Winglet

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Blended Winglet an einer Boeing 737-800
Winglets („Wingtip Fences“) an einem Airbus A 380

Winglets bzw. Sharklets oder Wingtip Fences (Bezeichnungen für zwei spezielle Winglettypen bei Airbus), deutsche Bezeichnung Flügelendscheiben, sind an den Enden der Tragflächen von starrflügligen Luftfahrzeugen angebrachten Anbauten, die den induzierten Widerstand von Tragflächen verringern. Bei motorgetriebenen Luftfahrzeugen senkt dies den Treibstoffverbrauch; Winglets an den Flügelenden von Segelflugzeugen oder Hängegleitern verbessern den Gleitwinkel bei niedriger Geschwindigkeit und erhöhen die Seitenstabilität.

Funktion[Bearbeiten]

Drei C-17-Transporter mit Winglets

Winglets erhöhen die Streckung einer Tragfläche, ohne die Spannweite zu vergrößern. Dies bringt

ohne durch Spannweiten-Vergrößerung Einschränkungen bei der Handhabung am Boden in Kauf nehmen zu müssen.

Nachteilig wirkt sich aus

  • der erhöhte Widerstand bei hohen Geschwindigkeiten.

Bei der Auftriebserzeugung durch Tragflächen endlicher Streckung bilden sich durch den Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite Wirbel, aus denen im Flügelaußenbereich Wirbelschleppen entstehen. Die Luft strömt von der Unterseite der Tragflächen, wo Überdruck vorliegt, um die Tragflächenenden herum nach oben, wo Unterdruck herrscht. Die Wirbel sind bei positiver Tragflächenpfeilung an der Flügelspitze am stärksten und rollen sich (je nach Flugzustand) zu einem Randwirbel auf. Die Wirbel induzieren am Ort des Flügels eine abwärts gerichtete Kraft, wodurch ein induzierter Luftwiderstand entsteht. Winglets reduzieren nun den Einfluss dieser Wirbel, indem sie den Randwirbel zerteilen (ein Teil geht am Flügel-Winglet-Übergang ab, ein Teil an der Wingletspitze) und durch ihre Profilgebung nach außen ablenken. Die Gesamtstärke der Wirbel bleibt dabei gleich. Die gewünschte Reduzierung des Luftwiderstands rührt am Ende daher, dass die Tragfläche besser ausgenutzt wird und effektiver arbeiten kann. Ein mit Winglets ausgerüstetes Flugzeug kann (im Vergleich zu einem mit identischer Tragfläche ohne Winglet) bei gegebenem Gewicht und Geschwindigkeit mit einem geringeren Anstellwinkel operieren, was den induzierten Widerstand verringert.

Winglets müssen für jeden Flugzeugtyp unter Berücksichtigung der Flügelfläche und der voraussichtlichen Fluggeschwindigkeiten angepasst werden. Zum Beispiel entwickelt die zusätzlich umströmte Fläche bei hohen Geschwindigkeiten mehr zusätzlichen Reibungs- und Druckwiderstand, als sie an induziertem Luftwiderstand einspart.

Winglets führen zu einem gewissen Anstieg der Flugzeug-Leermasse. Wenn man ein Flugzeug mit Winglets nachrüsten will, entstehen Kosten für die Installation. Früher lohnte sich ein Anbau nicht immer; angesichts des hohen Ölpreises ist der Break-Even-Point heute relativ schnell erreicht.

Nach Angaben von Boeing kann durch den Einsatz von Winglets der Kraftstoffverbrauch um drei bis fünf Prozent gesenkt werden.[1][2]

Die bislang größten Winglets (Stand 20xx) finden sich mit 3,45 Metern Höhe bei der Boeing 767-300ER. Die Wingtip Fences des Airbus A380-800 haben eine Höhe von 2,30 Meter.

Die Beschädigung, der Verlust oder die Demontage eines Winglets kann prinzipiell über eine veränderte Trimmung kompensiert werden.

Geschichte[Bearbeiten]

„Natürliche Winglets“ beim Kondor (gefächert)
1979 erprobte die NASA Winglets an einer KC-135A

Obgleich von stark vereinfachter Geometrie, sind Winglets den Flügelspitzen der Vögel nachempfunden. Lange Schwungfedern, die fächerförming und in der Höhe gestaffelt gespreizt werden, sorgen bei Vögeln für bessere aerodynamische Eigenschaften. Louis B. Gratzer nannte diese nach oben gebogenen Enden dann Winglets. Er war Aerodynamik-Chef bei Boeing, untersuchte die Aerodynamik der Flügel bei Vögeln und bemerkte die Ähnlichkeiten (siehe auch Bionik).

Winglets sind keine moderne Erfindung. Die Grundidee der Winglets wurde sogar schon 1897 von Frederick W. Lanchester zum Patent angemeldet; es gab vor dem Zweiten Weltkrieg Fluggeräte mit wingletartigen Flügelendstücken. Im Zweiten Weltkrieg fanden sie erstmals unter der Bezeichnung „Henschelohren“ in der Serie Verwendung (Heinkel He 162), wo sie entgegen der heute üblichen Bauweise nach unten abgeknickt waren.

Die Ölkrise zu Beginn der 1970er Jahre bewegte die NASA, sich dieser alten Patente wieder anzunehmen und sie zu verbessern.

Im Passagierflugzeugbau eingeführt wurden die Winglets von Airbus bei der A310-300 in Form kleiner Flügelendscheiben (so genannter „Wingtip Fences“).[3] Im Gegensatz zu diesen ursprünglichen Endscheiben an den Flügeln besitzen heutige Winglets häufig spezielle Profile, was gewünschte Effekte deutlich verbessern kann. Bei den Flügelspitzen der A380 wurde jedoch wiederum auf Wingtip Fences ähnlich denen der A310-300 zurückgegriffen, da neuere Winglet-Entwürfe die Spannweite auf ein für Verkehrsflughäfen nicht geeignetes Maß vergrößert hätten.

Um 1980 begannen einige Hersteller von Hängegleitern, diese mit Winglets auszustatten[4]. Ein Hersteller testete sogar „Wings mit aufgefiederten Schwingen“.[5]

Ausführungen[Bearbeiten]

Tragfläche einer Boeing 747-400 mit „klassischem“ (eckigem) Winglet
Überflug einer 747-8F, die Raked Wingtips sind gut zu sehen

Es gibt verschiedene Winglet-Ausführungen und -Konstruktionen, die im Folgenden in einer Übersicht mit Beispielen dargestellt werden.

  • Blended Winglets (mit fließendem Übergang vom Flügel zum Winglet). Beispiele:
    • Boeing 737NG (nicht verfügbar für 737-600, außer bei der 737-900ER nicht serienmäßig), BBJ. Mittlerweile auch nachrüstbar bei Boeing 757, Boeing 737-300, Boeing 737-500 und 767. Airbus benennt seit Ende 2009 seine neu entwickelten Winglets für die A320-Familie als Sharklets wegen der an Haiflossen erinnernden Form. Mit der 2,4 m hohen und zusammen 200 kg wiegenden Vorrichtung ist nach Herstellerangabe eine Kraftstoffersparnis von mindestens 3,5 % möglich.[6]
  • Wingtip Fences (meist etwas kleinere Winglets, senkrecht nach oben und unten ausgerichtet). Beispiele:
    • Airbus A300-600R, A310-300, A320-Familie, A380; Airbus führt diese Wingtip Fences in etwa symmetrisch aus, d. h. sie sind zu gleichen Teilen nach oben und nach unten ausgerichtet. Für die A320-Familie wurden im Jahr 2006 auch normale und blended Winglets im Flugversuch erprobt, jedoch wegen eines im Verhältnis zum zusätzlichen Gewicht der Winglets zu geringen Effizienzgewinns nicht in die Serienproduktion übernommen.
  • Spiroids (schlaufenförmige Tragflächenenden). Bisher wurde diese Winglet-Form auf einigen Versuchsträgern untersucht. Spiroids sollen eine weitere Kraftstoffeinsparung um 10 % bewirken können.
  • Mischformen
    • Airbus A350XWB; dieser Typ hat eine Mischform aus blended Winglets und raked Wingtips, d. h. speziell geformte, hochgestellte Flügelspitzen, die jedoch gegenüber dem Rest des Flügels nicht so stark angewinkelt sind wie einige andere Winglet-Formen
    • McDonnell Douglas MD-11; dieser Typ verfügt über ein großes, nach schräg-oben ausgerichtetes Winglet, das durch ein kleines, nach schräg-unten ausgerichtetes Winglet ergänzt wird

Andere Anwendungen[Bearbeiten]

Winglet am Rotorflügel einer Windkraftanlage

Im Jahr 2005 fanden Winglets erstmals beim Team McLaren-Mercedes auch Einzug in die Formel 1, da diese den Luftstrom besser zum Heckflügel leiten. Damals verwendeten McLaren-Mercedes und BMW-Sauber diese Winglets und bei vielen anderen Teams waren Abwandlungen zu erkennen.

Es finden sich Winglets auch an Rotorflügeln mancher Windkraftanlagen.

Unterschallmilitärflugzeuge können wie Passagierflugzeuge von Winglets profitieren, weshalb manche neuere Typen mit ihnen ab Werk ausgerüstet wurden. Überschallschnelle Flugzeuge wie Düsenjäger verwenden allerdings keine Winglets.

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Neue Winglets für Boeing 737-800: 3–5 % weniger Kraftstoff bedeuten Entlastung für die Umwelt (Version vom 23. Oktober 2008 im Internet Archive), Pressemitteilung von Boeing vom 20. Februar 2000
  2. Blended Winglets Improve Performance im AERO Magazin Nr.  3, 2009 von Boeing
  3.  Helmut Kreuzer: Jettliner, von der Comet zum Airbus A 321. Air Gallery Verlag, Ratingen 1991, ISBN 3-9802101-4-6.
  4. Z. B. Jos Guggenmos aus Kempten im Allgäu das Modell "Wings"
  5. Objekt 9464/01: Hängegleiter: Wings mit aufgefiederten Schwingen im Otto-Lilienthal-Museum Anklam.
  6. Information zu Sharklets auf airbus.com, abgerufen am 29. Januar 2011

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Winglets – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien