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Vor- / Nachteile von Winglets / Sharklets


wurzinra

Empfohlene Beiträge

Die Tests mit den Sharklets scheinen erfolgreich zu verlaufen. Sie könnten noch mehr Spriterspranis bringen als bisher erhofft:

Link

 

Wenn es sich so bewahrheiten sollte und die Sharklets sogar noch mehr als die angepeilten 3,5% (auf langen Strecken) Erspranis liefern, wäre das entsprechend auch ein positives Signal für das NEO-Programm.

Irgendwie ist hier ein kleiner Widerspruch in diesem Link. Die Sharklets sollen doch bei Start mehr bringen und nicht auf Strecke (in dieser Ausfuehrung). Warum wird die Ersparnis hoeher bei langen Fluegen?

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Es gibt bestimmt Leute (Ingenieure?) hier, die das besser erklären können. Ich kann es nur so wiedergeben, wie ich es verstanden habe.

 

Sollen die Winglets nicht den Luftwiderstand reduzieren durch die Verringerung von Luftwirbeln an den Tragflächenenden? Demnach wäre der Vorteil dann größer, wenn man länger fliegt (da man länger den Vorteil des geringeren Widerstands nutzt). Insgesamt soll ja so das Payload/Range-Verhalten und der Spritverbrauch verbessert werden.

Dass die Sharkelts vor allem bei kurzen Flügen was bringen, würde ich bezweifeln. Zwar sollen die Maschinen schneller steigen können, aber andererseits werden die Flieger ja durch die Winglets und nötige Verstärkungen im Flügel auch schwerer, sodass bei jedem Start mehr Gewicht in die Luft gebracht werden muss.

 

Ich hoffe, das stimmt so einigermaßen und wenn nicht, bitte ich um fachkundige Korrektur. ;)

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Sollen die Winglets nicht den Luftwiderstand reduzieren durch die Verringerung von Luftwirbeln an den Tragflächenenden?

 

Ja ist in etwa so, zumindest waren das die ersten Schritte in diese Richtung. Man nannte das aber noch Endscheiben und die sollten die Wirbel reduzieren.

Heute nutzt man die Wirbel an den Flügelenden um die Winglets so anzuströmen, dass eine (aerodynaische) Kraft und Flugrichtung erzeugt wird, wodurch sich der Widerstand verringert. Diese Kraft ist aber besonders bei hohen Anstellwinkeln, d.h. bei großen Druckunterschieden zw. Flügenoberseite und -unterseite ausgeprägt. Somit sind die größten aerdynamischen Vorteile der Winglets beim Start.

 

Das Gewicht der Winglets inkl. verstärktem Flügelholm (=Gewichtskraft nach unten) muss man aber den ganzen Flug über mitschleppen, d.h. ich brauche mehr Auftrieb, was wieder zu einem größeren induzierten Widerstand führt, wobei der aerodynamische Vorteil der Winglets im Reiseflug geringer ist. Deshalb sind ausgeprägte Winglets auch bei Kurzstreckenflugzeugen zu finden. (vgl. 737 vs. 747 oder auch bei Airbus, da werden die Sharklets jetzt ja auch an den A 320 und nicht an den A330 gebaut).

 

Natürlich ist das Gewicht beim Start auch interessant, muss ja eine Masse beschleunigen, aber die Gewichtskräfte über den Flug fallen mehr ins Gewicht, weshalb Sharklets/Winglets eher auf kurzen Strecken die größen Vorteile bringen.

 

Wo du recht hast ist natürlich, dass

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Somit sind die größten aerdynamischen Vorteile der Winglets beim Start.

 

Wann welche Form von Flügelende wieviel "bringt" hängt immer auch von der Grundeffektivität des Tragflächenprofils (d.h. der Situation ohne alle widerstandsreduzierenden Einrichtungen) ab. Es wäre bei der Beantwortung dieser Frage z.B. fahrlässig den A320-Flügel grundsätzlich mit der 737-Tragfläche zu vergleichen, denn da liegen vollkommen unterschiedliche Auslegungen zugrunde.

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Da hast du natürlich recht.

Dennoch sind die aerodynamischen Effekte von Winglets bei allen Flügeln die gleichen, auch wenn sich die Profile unterscheiden und die Tragflächen anderes ausgelegt sind. Deshalb kann ich natürlich auch nicht einfach einen B 737 Winglet an einen A320

bauen sondern muss ihn für diese Fläche auslegen.

Aber die größten Vorteile von Winglets ergeben sich bei hohen aerodynamischen Lasten.

Denn den 3-D Effekt der endlichen Flügel und damit der Wirbel an den Flügelkanten habe ich bei jeder Tragfläche bzw. jedem Leitwerk, auch wenn die Intensität z.B. auch von der Flügelform abhängt und es so natürlich Konfigurationen gibt, wie bei der B747-8 oder der B777, bei denen es am effektisten ist, keine Winglets einzusetzen. Denn es ist natürlich klar, nur weil ich eine Kraft nach vorne erzeuge, muss das nicht am Effektivsten sein, denn alle anderen Effekte (Kräfte auf Holm, größere benetzte Oberflache usw.) müssen natürlich auch betrachtet werden.

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es so natürlich Konfigurationen gibt, wie bei der B747-8 oder der B777, bei denen es am effektisten ist keine Winglets einzusetzen.

 

Die 747-8, 777-200LR und 777-300ER haben allesamt "winglets", allerdings haben sie hier eine andere (gereckte) Gestalt, wobei der erreichte widerstandsreduzierende Effekt der Spitzenkrümmung nach oben vergleichbar ist.

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Irgendwie ist hier ein kleiner Widerspruch in diesem Link. Die Sharklets sollen doch bei Start mehr bringen und nicht auf Strecke (in dieser Ausfuehrung). Warum wird die Ersparnis hoeher bei langen Fluegen?

 

Je schwerer das Flugzeug, desto größer der Anstellwinkel im Reiseflug, desto größer die Druckunterschiede Unter/Oberseite Flügel, desto größer der Nutzen der Winglets.

 

Gruß

Thomas

 

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Je schwerer das Flugzeug, desto größer der Anstellwinkel im Reiseflug, desto größer die Druckunterschiede Unter/Oberseite Flügel, desto größer der Nutzen der Winglets.

 

Gruß

Thomas

Wuerde ich nicht so stehen lassen, weil der Startanteil zur Flugstrecke in einem sehr kleinen Verhaeltnis steht.

Ich wollte bei meinem Kommentar nicht unbedingt der Gescheite sein, aber grundsaetzlich gilt doch, dass grosse vertikale Winglets fuer erhoehtes Startaufkommen besser ist und die schraegen (330,747) fuer Lqangstrecke sind, weil sie auch teilweise Auftrieb mit liefern, auch bei Raked Wings.

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Gehen wir das Thema mal sachlich an:

  1. Winglets / Sharklets / etc. (im Folgenden nur Winglet genannt) helfen den induzierten Widerstand (Wiki: Induced Drag) zu reduzieren, in dem sie den Widerstand durch die abgehenden Wirbel verringern.
  2. Der Einbau eines Winglets erfordert strukturelle Verstärkungen um zum einen der veränderten Auftrieberzeugung über der Tragfläche, dem Widerstand des Bauteils selber und der Belastung durch die Masse am Flügelende gerecht zu werden.
  3. Der induzierte Widerstand ist immer dann groß, wenn der Anstellwinkel groß ist, also bei geringen Geschwindigkeiten (Start/Landung) und im Reiseflug in großen Höhen (relativ zur aktuellen max altitude))
  4. Wenn ein Winglet nachgerüstet werden kann, ohne dass Strukturverstärkungen notwendig sind, da mit modernen Rechenmethoden nachgewiesen werden kann, dass der Basisentwurf konservativ ausgelegt war und damit genügen Reserven für das Winglet hat, ist der Vorteil eines Winglets sehr groß.
  5. Praktisch ergeben sich zwei Vorteile eines Winglets: Bei vergleichbaren Bedingungen ein höheres PTOW zu ermöglichen. Im Reiseflug den Widerstand und damit den Fuelfow zu verringern. Ggf. ergibt sich die Möglichkeit durch die bessere Aerodynamik früher einen höheren Flightlevel zu erreichen und dadurch Sprit zu sparen.

Im Endeffekt ist das ganze ein aerodynamische Modeerscheinung: Wie auch die Vergangenheit zeigt, gibt es immer wieder mal Entwürfe mit Winglets (B747-400, MD11, CRJ, A330/340) und ebenso welche ohne: B777, A320, A380, Dash8, ATR,...

Wenn der Sprit ausreichend teuer ist, ist eine Nachrüstung oft eine Option, wenn es der Flügel hergibt. Muss man den Flügel verstärken, muss der Sprit schon sehr teuer sein.... ;)

 

Gruß,

 

Nabla

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Muss man den Flügel verstärken, muss der Sprit schon sehr teuer sein.... ;) :)

 

Gruß,

 

Nabla

 

Stimmt, ist er aber auch.

Ganz grobe ungefähre Annäherung am Beispiel eine B738:

3000 Flugstunden in Jahr, 1500 Starts, 1000USD pro Tonne Kerosin, 2500 kg pro Stunde Verbrauch=

7Mio USD im Jahr für Jet a1. Dies sind koservative Zahlen. Sagen wir mal Winglets bringen 3% Ersparnis.

also mehr als 200.000 USD im Jahr, wenn man nur den minimalen Cruise-Verbrauch berücksichtigt.

In der Praxis, Ferienflieger, full payload sind auch 3000 kg pro Stunde cruise nichts ungewöhnliches.

Die ersten max. 5 minuten T/O power gehen gegen 9000 kg/h. Max Continues/ Climb zwischen 4000 und 7000 kg/h.

Ganz grobe Schätzung mit og. Daten für" meinen Ferienflieger" >300.000 USD im Jahr Ersparnis. Also haben sich die Dinger nach spätestens 5 Jahren gerechnet. (ca. 1Mio USD incl. Verstärkung der Structur, Wertsteigerung des Fliegers mal außen vor)

crosswind

flight performance engineer

 

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@crosswind: Hm, die Ersparnis erscheint mir etwas hoch, die Kosten für die MOD etwas niedrig. Die Firma MROAA gibt z.B. als erflogenen Wert für die B757 eine Ersparnis von ~42.000 USD pro Flugzeug pro Jahr an (Quelle)

Die Kosten für Winglets (ohne Einbau) liegen bei 885.000 USD (B737) bis 2,1 Mio USD (B767) (andere Quelle , Seite 43)

Einbauaufwand liegt bei ~800 (738 mit Provisions) über 1600 (733 ohne Provisions) bis hin zu ~5500-7000 Mannstunden für eine 763. (Quellen: noch eine Quelle , ...und die letzte Quelle )

 

Gruß,

 

Nabla

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Jetzt muss ich aber kleinlich werden ;)

Zitat:

Jet Fuel (EUR) US$/gal. 2,91 Quelle Airliners.de

 

AA-MRO offers expert winglet modification on 757, 767 and 737 models (pre-provisioned and not). Blended winglets can cut soaring fuel costs by up to 5 percent, depending on length of routes:

 

737 – 700 — up to 110,000 gallons

737 – 800 — up to 130,000 gallons

Zitatende:

 

Also ich rechne da wieder ganz grob mal für die 738 100,000 gallons times 2,91 roughly 300.000$

Für die 757 und die 767 kann ich nicht sprechen, kenne ich nicht.

Was den Jahresverbrauch einer 738 wie in meinem Beispiel betrifft? Das sind erflogene Werte.

Ganz einfach, wie geschrieben auf Basis von vielleicht 3% benefit.

Und ich habe sowohl 738 ohne und mit Winglets in der Flotte. Ja, die B738W sind neuer als die anderen aber ich kenne eben auch Maschinen die Mid-life im Rahmen einer heavy maintenance aufgerüstet wurden. Preis bei Turkish Technic 2009 roughly 1Mio USD. And keep in mind ich schreibe von einem gut ausgelasteten Ferienflieger Aber eigentlich ist das doch alles a bisserl off topic, oder?

Nichts für Ungut aber meinen Job kenne ich ziemlich gut :)

crosswind

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ich habe sowohl 738 ohne und mit Winglets in der Flotte.

 

Nur mal interessehalber, vorausgesetzt Deine Zahlen stimmen (was ich nie anzweifeln würde): was gibt es für Gründe, nicht alle Maschinen mit winglets auszustatten, bei den exorbitanten Einsparpotentialen?

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Nur mal interessehalber, vorausgesetzt Deine Zahlen stimmen (was ich nie anzweifeln würde): was gibt es für Gründe, nicht alle Maschinen mit winglets auszustatten, bei den exorbitanten Einsparpotentialen?

 

Na wenn die Flieger gelaesed sind und sich der Return schon abzeichnet? Und außerdem der Lessor nicht mitfinanzieren will, wie in genanntem Fall, dann rechnet es sich eben auch manchmal nicht! Wenn man dann für einen "Short Term Lease" ca 4-5 Jahre Refinanzierung benötigt, je nach utilization und nur der Lessor hat wirklich einen Benefit davon, dann lässt man es halt bleiben. (At the end of the day, it all comes down to money)

Gruß

crosswind

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je nach utilization und nur der Lessor hat wirklich einen Benefit davon, dann lässt man es halt bleiben. (At the end of the day, it all comes down to money)

 

Schon klar, aber die Raten, die der Leasinggeber pro Zeiteinheit nehmen kann sind doch mit einem höherwertig ausgestatteten Flieger (mit winglets) sicher auch höher als die bei der Grundausstattung (ohne winglets). Auf diesem Wege würde das investment der Leasingfirma in die Ohren langfristig durch grössere Erlöse bei den Leasingnehmern wieder reinkommen.

Langfristig werden die erzielbaren Vorteile m.E. auf jeden Fall etwas kleiner werden, wenn die Flottenverbräuche durch Triebwerksupdates und grossflächige Nutzung von Einsparpotentialen wie continuous descent approach o.ä. noch weiter nach unten gehen.

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  • 2 Monate später...

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