Hoewel, winglets bestaan ​​al sinds het midden van de jaren zeventig, er is nog steeds een grote verscheidenheid aan vormen, maten, en hoeken.

Als je ooit een foto hebt gemaakt uit het raam van een commercieel vliegtuig, je hebt hoogstwaarschijnlijk een geweldige foto van een winglet - dat deel van de vleugel aan de punt dat naar boven wijst. Die kleine verandering in de vorm van de vleugeltip doet veel. Het vermindert de weerstand, wat zich kan vertalen naar een hogere snelheid of om een ​​piloot in staat te stellen gas terug te nemen en brandstof te besparen. Het helpt ook om vleugeltipwervels te verminderen die problematisch kunnen zijn voor vliegtuigen die in hun kielzog vliegen.

Hoewel, winglets bestaan ​​al sinds het midden van de jaren zeventig, er is nog steeds een grote verscheidenheid aan vormen, maten, en hoeken. Het analyseren van winglets om de optimale eigenschappen te vinden om te resulteren in de laagste netto weerstand voor een vliegtuig was het doel van de onderzoekers van de Universiteit van Illinois, Phillip Ansell, Kai James, en afgestudeerde student Prateek Ranjan.

"Veel academische studies over niet-vlakke vleugelontwerpen idealiseren winglets die zijn geïnstalleerd met een scherpe bocht van 90 graden aan de uiteinden, hoewel er veel dingen mogelijk mis zijn met het hebben van deze scherpe kruispunten. Omdat individuele vliegtuigen een unieke reeks beperkingen en vereisten hebben, het is moeilijk om generalisaties te maken over hoe een vliegtuig moet worden ontworpen, " zei Ansell, assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van het College of Engineering aan de Universiteit van Illinois. "Echter, als we kijken naar niet-planaire vleugelsystemen, we hebben het probleem gedestilleerd tot iets heel specifieks en canonieks. We gebruikten een methode van multi-fidelity optimalisatie, te beginnen met zeer eenvoudige wiskundige algoritmen om de ontwerpruimte beter te begrijpen met een nauwkeurigheid van plus of min 10 procent, voerde vervolgens geavanceerdere simulaties uit om te begrijpen hoe de winglet het stromingsveld en de prestaties van de vleugel beïnvloedt."

In hun onderzoek hebben het team concentreerde zich op een niet-lineair vleugelontwerp, bekend als Hyper Elliptic Cambered Span (HECS) vleugelconfiguraties, waarbij de verticale projectie van de vleugel wiskundig kan worden beschreven met behulp van de vergelijking van een hyperellips.

"We hebben de vleugelgeometrie teruggebracht tot iets heel eenvoudigs, "Zei Ansell. "We hebben de niet-planariteit van de vleugel uitgedrukt - hoe gebogen hij is, hoe hoog de vleugeltips zijn, enz. - vergelijkingen gebruiken voor een hyperellips. Nu kunnen we eenvoudig de waarden in de vergelijking wijzigen om de best presterende vleugel te vinden, terwijl we een scherpere of vloeiendere kromming inruilen als de punt wordt benaderd, evenals grotere of kleinere vleugelhoogten."

Ansell zei dat het algoritme begon met een vaste lift, een vaste geprojecteerde overspanning, een vast buigmoment van de vleugel, en een vast gewicht, om een ​​vleugel te genereren met de minimale weerstand - en uiteindelijk efficiënter te zijn.

"Terwijl anderen niet-vlakke vleugels hebben bestudeerd met gemengde vleugelontwerpen, de meesten hebben alleen gekeken naar het zogenaamde 'onzichtbare' aspect van de vleugelweerstand, het negeren van de complexe bronnen van weerstand geïntroduceerd door de viscositeit van de lucht, ' zei Ansell. 'Maar dat is maar ongeveer de helft van het plaatje. In onze formulering we hebben deze stroperige weerstandsbronnen opgenomen omdat dit een substantiële invloed heeft op de netto-efficiëntie van de vleugel. Bijvoorbeeld, het is gemakkelijk om de stroperige weerstand van de vleugel te verminderen door zeer hoge winglets aan de uiteinden toe te voegen met zeer scherpe verbindingen. Echter, er is een duidelijke viskeuze drag-penalty door dit te doen die de effectiviteit van een dergelijk ontwerp in de praktijk vermindert."

"Door een rigoureuze numerieke optimalisatieprocedure uit te voeren, we waren in staat om systematisch de ruimte van mogelijke ontwerpen te verkennen, en uiteindelijk ontwerpen te verkrijgen die ongebruikelijk lijken, en dat we nooit hadden kunnen voorspellen door louter op intuïtie te vertrouwen, " zei Kai James, ook een assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek.

Ansell zei dat dit geïntegreerde optimalisatiekader de huidige staat van vleugelontwerp met lage snelheid zal ondersteunen, maar ook kan leiden tot een verbetering ten opzichte van de huidige conventionele vleugelontwerpen. opererend in het subsonische vluchtregime.

Onderzoek voor de krant, "Optimale hyperelliptische gewelfde spanconfiguraties voor minimale weerstand, " werd uitgevoerd door Prateek Ranjan, Filip Ansell, en Kai James. Het verschijnt in de Tijdschrift voor vliegtuigen.