Winglets und Sharklets – über Sinn und Unsinn der abgeknickten Flügelenden

Winglets, Sharklets, … der Namen gibt es viele für die nach oben gebogenen Flügelenden von Verkehrsflugzeugen. Sie sollen, so die Theorie, Treibstoff sparen, Flugzeuge insgesamt leiser machen und gehören einfach auf ein modernes Flugzeug. Ist das so?

Zunächst erhöhen Winglets/Sharklets das Leergewicht des Flugzeugs: einmal durch ihr Gewicht und zudem muss die Struktur des Flügels verstärkt werden, um das zusätzliche Gewicht und zusätzliche aerodynamischen Kräfte (Biegemomente…) aufzunehmen. Dies erhöht bei gleicher Nutzlast den Verbrauch und reduziert die maximal mögliche Zuladung.

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Beim Abflug – Langsamfliegen – lassen sich die Flügelenden schön spreizen. Ideal umgesetzt in der Natur, die Technik ist mit dem adaptiven Flügel noch lange nicht so weit. (c) hkl

Die aufrecht in der Strömung stehenden Sharklets vergrößern den Formwiderstand des Flugzeugs.

Dagegen wird der induzierte (durch den Auftrieb erzeugte Widerstand) gerade bei hohen Anstellwinkeln, also im Langsamflug, verkleinert, da die Wirbelbildung an den Flügelenden durch die Sharklets gehemmt wird.

Das ist ihre Daseinsberechtigung.

Im Langsamflug ist dadurch auch der Gesamtwiderstand (Form- + induzierter Widerstand) reduziert. Diese Widerstandsreduktion führt zu geringerem Treibstoffverbrauch und zu geringerem Lärm im Langsamflug.

Also nur im Langsamflug haben die Sharklets Vorteile. Und da ist ein Flugzeug nur im Ab- und Anflug und im Reiseflug in großen Höhen – letzteres durch die geringe Luftdichte. In großen Höhen ist trotz hoher True Airspeed die angezeigte Geschwindigkeit (Indicated Airspeed) gering und dadurch befindet sich das Flugzeug aerodynamisch gesehen im Langsamflug.

Ihren Vorteil können die Sharklets also nur auf langen Flügen mit großem Anteil an Reiseflug in der optimalen Flughöhe ausspielen. Kurze Flüge (beispielsweise Frankfurt – Stuttgart; Frankfurt – München; Düsseldorf – Berlin …) profitieren eher nicht, sondern leiden unter den Nachteilen.

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Vögel haben es einfach. Platzsparend lassen sich die Flügel verstauen bei der Sitz-(Park)Position. Eine Wunschvorstellung für jeden Flughafenbetreiber… (c) hkl

Denn die Eselsohren haben auch etliche Nachteile:

  • die größere Breite des Flugzeugs (35,8 m statt 34,1 m etwa beim A320). Dadurch entstehen zusätzliche Restriktionen beim Rollen und Parken.
  • Die Sharklets befinden sich hinter dem aerodynamischen Drehpunkt des Flugzeugs. Durch ihre seitliche Fläche wirken sie wie eine Vergrößerung des Seitenleitwerks. Dies führt zu höherer Richtungsstabilität.
    Bei An- und Abflügen mit Seitenwind bedarf es dadurch aber auch höherer Seitenruder-ausschläge, um das Flugzeug (gegen den Seitenwind) ausgerichtet auf der Landebahnmittellinie zu halten. Das wiederum verschlechtert das Handling für die Piloten.
    Beim A320 hat der Autopilot daher auch eine höhere Seitenwind-Beschränkung mit Sharklets (maximal 15 statt 20 Knoten). Das Limit für die Piloten bleibt seltsamer Weise gleich: 30 Knoten bei beständigem Wind, bei Windböen bis zu 38 Knoten.
    Laut gestandenen Verkehrsfliegerpiloten merkt man den Unterschied, ob das Flugzeug mit oder ohne Sharklets ausgerüstet ist, beim täglichen Fliegen deutlich.
  • Der geringere Widerstand im Anflug reduziert zwar den Verbrauch, dennoch wirkt er auch einer der wesentlichen Funktionen der Landeklappen entgegen. Diese sollen nicht nur den Auftrieb erhöhen und so geringere Anfluggeschwindigkeiten und Landedistanzen zulassen, sondern auch durch ihren zusätzlichen Widerstand das Handling erleichtern.
    Sharklet-Flieger fühlen sich folglich im Anflug so an, als ob man nicht mit vollen Klappen anfliegt. Auf Schubreduzierung reagiert der Flieger langsamer, da nicht die volle Bremswirkung zur Verfügung steht. Das hat eine längere Landestrecke zur Folge, der Flieger „flared“ länger und will sich nicht auf die Bahn setzen.

Zurzeit sind Sharklets beim Kauf noch eine Option, der A320neo wird künftig in jedem Fall so ausgeliefert. Warum aber bestellen trotzdem praktisch alle Fluggesellschaften (auch die, die eher überwiegend kurze Strecken fliegen) Eselsohren für ihre Flugzeuge?
Die Meinung des Kunden zählt. Und der unbedarfte Passagier glaubt halt nunmal, dass Flugzeuge ohne Sharklets veraltet sind. Sharklets – fürs Marketing?