Spørg Scientariet: Hvorfor har fugle ikke ’winglets’ ligesom fly?

Illustration: Bigstock/Lotus_Studio

Mads Nyvold har stillet et spørgsmål:

Winglets og sharklets – altså opadvendte vingespidser – vinder kraftigt ind i flydesign.

Fordelen er også indlysende, idet flyene kan spare 7-20 procent i brændstof, da winglets hjælper med at ødelægge bremsende hvirvelstrømme af luft, der ellers dannes bag det yderste af vingen.

Samtidig har vi så en stærk tendens inden for design af droner og fly, hvor ingeniører forsøger at aflure flyvende dyr deres unikke flyveegenskaber i håbet om, at vi får øje på nye, små detaljer, forfinet gennem evolutionen, og som vi kan overføre til moderne flyvende fartøjer, som kan blive en smule mere effektive.

Her falder winglets, så vidt jeg kan se, i et tomrum. Fordi de gør vitterligt vinger mere effektive, når et fly er i luften.

Men hvorfor er der – mig bekendt – så ingen væsener i naturen, hvis vinger tilsvarende har udviklet en form for winglets?

Er det, fordi winglets er en for stor ulempe, når f.eks. fugle skal have opdrift og basker med vingerne?

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor har mennesker og fugle ikke samme type kromosomer?

Anders Hedenström, professor på Institut for Biologi på universitetet i Lund, svarer:

Det er rigtigt, at man nu til dags ofte ser, at vingerne vender opad på fly (winglets), hvilket reducerer hvirvelstrømmene og dermed sænker omkostningerne til løftekraft og dermed brændstof.

Fugle har ikke disse vinklede vingespidser, selv om vi under vingens nedslag kan se, at de ydre ’håndsvingfjer’ (de yderste 10-12 fjer på vingen) bøjes opad på grund af den aerodynamiske belastning.

Her ses håndsvingfjerene yderst. Illustration: Kclama/Wikipedia
Håndsvingfjer fra flagspætte, grønspætte, spurvehøg og tårnfalk. Illustration: Jopparn/Wikipedia

Men mange fugle har en anden morfologisk tilpasning i form af adskilte håndsvingfjer (spredte fingre), hvilket har samme effekt som winglets på fly.

De adskilte håndsvingfjer reducerer hvirvelstrømmenes styrke og dermed den såkaldt inducerede modstand (omkostningerne ved at generere løftekraft).

Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan finder storken til Afrika, og hvorfor yngler den ikke der?

Takket være de adskilte håndsvingfjer kan fugle have kortere vingefang, end hvis 'fingrene' var krydsede på vingespidsen, og dermed kan de lettere manøvrere i smalle rum, som når de flyver rundt mellem træer og buske – eller som rovfugle og storke, som cirkler i termik.

De fleste arter har denne type vingespidser – dog ikke havfugle som albatrosser, som ikke ’spreder fingrene’. Albatrosser har ikke behov for at kunne manøvrere blandt vegetation, da de flyver over det åbne hav.

Derfor er deres vinger 'konstrueret' til at være lange og smalle, hvilket også giver kraft til lave omkostninger. Dette gælder i øvrigt også for mursejlere.

Se desuden vores artikel om alliker, hvor vi forklarer fænomenet med de håndsvingfjerene i detalje.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jo bredere en vinge er jo mere en pudeeffekt har de på luften under istedet for en virveleffekt hvor luften kan undslippe ud og op. I en ideel situation glider en vinge på en uendelig masse af luft som ikke når at bevæge sig under passagen. Altså en hård overflade ulig at træde i sand. En winglet er blot et lodret forsøg på at efterligne en længere vinge fordi de helst ikke vil have længere vinger af praktiske hensyn i lufthavne. Så fugle har allerede 'længere' vinger, altså bedre end winglets. Det kan være helt tynde 'fingre' af fjer ala den her https://www.sciencedaily.com/images/2015/0... Eller grey headed albatros som har højeste cruise hastighed http://www.bushpea.com/bd/ph/geo/mi/grey-h...

Et super effektivt fly har en meget lang knivbladsvinge og det ser man også på de ekstreme konkurrence svævefly. Høj hastighed og lav masse hjælper også. Jeg kan ikke huske den relevante formel med de parametre i men det er overraskende dramatisk hvor meget det hjælper at optimere disse.

  • 1
  • 7

......men delvist er det noget sludder Dan.

Vinglets på rutefly anvendes for at få lavere modstand og for at undgå en længere vinges belastninger og ikke for at minimere pladsen i lufthavne, men at de så gør det er jo ikke dårligt.

Svævefly har lange vinger, der ikke er knivsblade tynde, men har et profil der giver maksimal opdrift i forhold til modstanden.

Svævefly har idag også vinglets, for mindske modstanden og delvis for at lette kræfterne i vingens midte, hvilket også gør vingen lettere.

https://www.schempp-hirth.com/en/sailplane...

At lav masse er fordelagtigt er noget sludder, al den stund ,at man (kan) fylder 4-500 litervand i vingerne, for at gøre svæveflyet flyet tungere, hvis termikken(opdriften under skyerne) er kraftig nok. Man opnår derved at flytte det bedste "glidetal" til en højere hastighed der er gavnligt når man skal flyve mod vinden.

  • 9
  • 3

Jo, Dan har fuldstændig ret i, at det i høj grad er pladsforhold i lufthavnene, der motiverer til brug af winglets. Vinger med større spændvidde formindsker luftmodstand og brændstofforbrug, men den samme effekt kan fås ved at forlænge vingetipperne opad. Så kalder man dem winglets.

  • 2
  • 2

A380 har et vingefang på 79,8 meter A320 har et vingefang på 34 meter B737 har et vingefang på 39,47 meter

De to sidste er født med den samme vingelængde før winglets som nu efter

Winglets er primært et modstandsænkende element, når det er udført som sådan og ja det formindsker spændvidden, samtidigt med, at selve wingletten ikke bidrager direkte med de vingebelastende opdriftkræfter som en længere vinge ville bidrage med. De forøger dog opdriften på de yderste meter af vingen

https://da.wikipedia.org/wiki/Winglet https://www.youtube.com/watch?v=FNqXf6t7e-w https://www.youtube.com/watch?v=GXFpLnPpDtY

Og ikke en lyd om pladshensyn i lufthavnene

  • 5
  • 2

Rigtigt svar Bjarke ... 4-500 liter er dog lige i overkanten, normalt er der ballasttanke til ca. 200 liter.

Det bedste glidetal forbliver det samme (teoretisk en smule højere) ved at flyve med vandballast - man kommer dog hurtigere ned men ligeså langt frem ;-)

  • 4
  • 0

Svævefly har idag også vinglets, for mindske modstanden og delvis for at lette kræfterne i vingens midte, hvilket også gør vingen lettere.

Da jeg fløj svævefly for 12 år siden holdningen at; 'there is no subsitute for span' Og hvis valget var mellem 0.5m længere vinger eller svinglets, så gav den længere 'plane' vinge bedre performance. (Og det er billigere at producere en plan vinge) Problemet er bare at hvis man udstyrer et 15 m svævely med 0.5m længere vinger, så får den en spændvidde på 16m, og må ikke længere konkurrere i 15 m klassen. Så svinglets er en måde at forbedre glidetallet uden at bryde klasse reglerne for begrænsninger i spændvidde. jeg ved ikke om sharklets (finger formede tipper) ændre på om en plan vinge er bedre en tip der bøjer op. Sharklets kan laves på begge måder. https://i.dailymail.co.uk/i/pix/2017/05/08... Vinglets har dog fordele en flad vinge ikke har.. En Discus 2 (som har svinglets), har mere retnings stabilitet en en gammel Discus (Uden vinglets), det virker om om den har mere hale finne..

  • 4
  • 0

I en ideel situation glider en vinge på en uendelig masse af luft som ikke når at bevæge sig under passagen. Altså en hård overflade ulig at træde i sand.

Det, du beskriver, er nærmest en slæde, der glider på et fast underlag.

En vinge kan kun have opdrift, hvis den sender luft nedad i henhold til Newtons 2. lov. Opdriften er lig impulsændringen af den luft, som vingen afbøjer nedad.

Den ideelle situation er, at den inducerede modstand er lig nul, hvilket kun kan forekomme med en vinge med uendelig spændvidde.

Opdrift er i øvrigt på ingen måde et simpelt fænomen, men er bl.a. stærkt styret af de viskose kræfter i det tynde grænselag på vingens overflade.

  • 5
  • 0

Når man taler om Winglets er der faktisk mange som ikke er klar over at en stor del af gevindsten ved Winglets ikke kun skyldtes deres evne til at minimere modstanden som skabes af randhvirvlen (wingtip vortics), men derimod skal findes ved at den trækkraft de genererer.

Opad pegende Winglets formet som en vingeprofil, hvor den den buede side vender ind mod flyskroget, bliver vinklet en smule udad, således at de ved flyets marchfart har den optimale indfaldsvinkel til at genererer en opdriftskraft der peger skråt frem mod flyets næse. Dette betyder at en lille del af denne vectors komponent peger fremad og dermed modarbejder den vector der hedder modstand (drag) og som peger bagud. Den anden komponent af der skabes af Winglets peger ind mod flyet og skaber et bøjningsmoment på vingen. Dette betyder i praksis at vinger med Winglets enten skal være stærkere eller at deres max hastighed reduceres lidt for ikke at vride dem for meget.

Dette link har en fin visualisering af Winglets og deres måde at lave trækkraft ud af randhvirvlen.

http://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aer...

  • 1
  • 0

Det, du beskriver, er nærmest en slæde, der glider på et fast underlag.

En vinge kan kun have opdrift, hvis den sender luft nedad i henhold til Newtons 2. lov. Opdriften er lig impulsændringen af den luft, som vingen afbøjer nedad.

Dette er sandt, men der sker dog noget der godt kan minde om det Dan skriver når en vinge flyver tæt ved jorden i det der kaldes Ground Effekten. Dette fænomen bliver oftest beskrevet som effektivt fra en højde der svarer til en tredjedel af flyets vingefang og nedefter. Bjarke, Niels og alle andre som har prøvet at flyve et svævefly tæt ved jorden kan sikkert tale med om hvordan Ground Effekten får flyet til at føles som om det ridder på en pude af luft, og hvordan modstanden reduceres drastisk. De russiske ekranoplan udnyttede dette fænomen til fulde.

https://ing.dk/artikel/rusland-boerster-st...

  • 1
  • 0

...luftbremser for at ikke bruge for lang landings distance.

Flintstone caravellerne fra Sud Aviation(det nuværende Airbus consortium) i 1955 havde problemer ground effekten fra starten i 1955. Man forsynede dem så med luftbremser, som kunne modvirke denne effekt. Caravelle I var den første rigtige komersielle Caravelle. Caravellen var en rigtig succes. Jeg fløj med den første gang i 1969 og var meget facineret af dens meget fleksible vinger.

https://dan.wikitrans.net/Sud_Aviation_Car...

  • 2
  • 0

Jo, men designerne af flyet vil gerne have givet flyet endnu længere vinger for at spare brændstof, men så kan flyene ikke være i lufthavnene. Derfor har de taget det næstbedste valg, og brugt vinglets.

Jeg ved ikke hvorfor at ovenstående er blevet down voted.. Fra https://en.wikipedia.org/wiki/Airbus_A380#... "The optimal wingspan for this weight is about 90 m (300 ft), but airport restrictions limited it to less than 80 m (260 ft), lowering aspect ratio to 7.8 which reduces fuel efficiency[130] about 10%" De nuværende A380 har 10% højere forbrug, pga. at vingearealet er opnået ved en lavt aspect ratio (Vinger med kort span, og lang korde) Lufthavne har ikke plads til fly der har en planform som svævefly..

http://www.boldmethod.com/learn-to-fly/air... "High aspect ratio wings have one major advantage: because the wingtip has less area, there is less vortex induced downwash, which means a lot less induced drag." 'less area' skal ses i relation til det samlede areal. Længere vinger og winglets giver nogenlunde de samme effekter.. Lange vinger giver størst forbedring for fly der flyver med optimal L/D dvs. 'langsomt' som svævefly og rutefly i stor højde.

  • 1
  • 0

..i Kastrup er følgende;

""The A380 can land or take off on any runway that can accommodate a Boeing 747. Runway lighting and signage may need changes to provide clearance to the wings and avoid blast damage from the engines and taxiway shoulders may be required to be stabilised to reduce the likelihood of foreign object damage caused to (or by) the outboard engines, which overhang more than 25 m (82 ft) from the centre line of the aircraft.

Baner og taxiways er for smalle så nogen steder er der fare for at motorerne suger/ blæser jord og og uønskede ting op til skade for motorer og andre fly og ja der skal også være specielle pladser til det store fly.

Man skal dog ikke være bekymret, for tendensen går mod noget mindre fly som Boing777 med 60 meters spændvidde, da store fly som A380 vil blive indsat på de mest traffikerede mellemlange ruter på grund af passagermangel . Paris -New York eks.

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten