Même si, les winglets existent depuis le milieu des années 1970, il existe encore une grande variété de formes, tailles, et angles.

Si vous avez déjà pris une photo par la fenêtre d'un avion commercial, vous avez probablement une superbe photo d'un winglet, cette partie de l'aile à l'extrémité qui s'incline vers le haut. Ce petit changement dans la forme du bout de l'aile fait beaucoup. Il réduit la traînée, ce qui peut se traduire par une vitesse plus élevée ou permettre à un pilote de ralentir et d'économiser du carburant. Il aide également à réduire les tourbillons de bout d'aile qui peuvent être problématiques pour les avions volant dans leur sillage.

Même si, les winglets existent depuis le milieu des années 1970, il existe encore une grande variété de formes, tailles, et angles. L'objectif des chercheurs de l'Université de l'Illinois, Phillip Ansell, était d'analyser les winglets pour trouver les caractéristiques optimales permettant d'obtenir la traînée nette la plus faible pour un avion. Kai James, et étudiant diplômé Prateek Ranjan.

"De nombreuses études universitaires sur les conceptions d'ailes non planes idéalisent les winglets installés avec un virage serré à 90 degrés aux extrémités, bien qu'il y ait beaucoup de choses potentiellement mal à avoir ces jonctions pointues. Parce que les avions individuels ont un ensemble unique de contraintes et d'exigences, il est difficile de faire des généralisations sur la façon dont un avion doit être conçu, " dit Ansell, professeur adjoint au Département d'ingénierie aérospatiale du Collège d'ingénierie de l'Université de l'Illinois. "Toutefois, en regardant des systèmes d'ailes non planaires, nous avons distillé le problème à quelque chose de très spécifique et canonique. Nous avons utilisé une méthode d'optimisation multi-fidélité, en commençant par des algorithmes mathématiques très simples pour mieux comprendre l'espace de conception avec une précision de plus ou moins 10 %, puis a exécuté des simulations plus avancées pour comprendre comment le winglet influence le champ d'écoulement et les performances de l'aile."

Dans leurs recherches, l'équipe s'est concentrée sur une conception d'aile non linéaire, connues sous le nom de configurations d'ailes à envergure hyper elliptique cambrée (HECS), où la projection verticale de l'aile peut être décrite mathématiquement en utilisant l'équation d'une hyper-ellipse.

"Nous avons distillé la géométrie de l'aile en quelque chose de très simple, " a déclaré Ansell. " Nous avons exprimé la non-planéité de l'aile - à quel point elle est incurvée, à quelle hauteur sont les extrémités des ailes, etc.—en utilisant des équations pour une hyper-ellipse. Maintenant, nous pouvons facilement changer les valeurs dans l'équation pour trouver l'aile la plus performante tout en troquant une courbure plus nette ou plus douce à mesure que la pointe est approchée, ainsi que des hauteurs d'ailettes plus grandes ou plus petites."

Ansell a déclaré que l'algorithme a commencé avec un ascenseur fixe, une portée projetée fixe, un moment de flexion fixe de l'aile, et un poids fixe, pour générer une aile qui a le minimum de traînée et finalement être plus efficace.

"Alors que d'autres ont étudié des ailes non planes avec des conceptions d'ailettes mélangées, la plupart n'ont regardé que l'aspect dit « non visqueux » de la traînée de l'aile, en ignorant les sources complexes de traînée introduites par la viscosité de l'air, " Ansell a déclaré. "Mais ce n'est que la moitié de l'image. Dans notre formule, nous avons inclus ces sources de traînée visqueuse car elles ont une influence substantielle sur l'efficacité nette de l'aile. Par exemple, il est facile de réduire la traînée non visqueuse de l'aile en ajoutant des winglets très hauts aux extrémités avec des jonctions très pointues. Cependant, il y a une pénalité de traînée visqueuse distincte en faisant cela qui réduit l'efficacité d'une telle conception dans la pratique."

"En effectuant une procédure d'optimisation numérique rigoureuse, nous avons pu explorer systématiquement l'espace des conceptions possibles, et finalement obtenir des designs qui peuvent sembler inhabituels, et que nous n'aurions jamais pu prédire en nous fiant à une simple intuition, " dit Kai James, également professeur adjoint au Département de génie aérospatial.

Ansell a déclaré que ce cadre d'optimisation intégré aidera l'état actuel de la conception des ailes à basse vitesse, mais pourrait également entraîner une amélioration par rapport aux conceptions d'ailes conventionnelles actuelles, fonctionnant en régime de vol subsonique.

Recherche pour le papier, "Configurations de travée cambrées hyper elliptiques optimales pour une traînée minimale, " a été dirigé par Prateek Ranjan, Philippe Ansell, et Kai James. Il apparaît dans le Journal des aéronefs.