Perché il Boeing 767-300ER ha alette così enormi

Il Boeing 767-300ER è da tempo una parte fondamentale delle operazioni a medio e lungo raggio per le compagnie aeree di tutto il mondo. Appartiene alla famiglia 767 widebody dell’azienda che ha contribuito a definire i viaggi a doppio corridoio fin dai primi anni ’80. Il programma è stato introdotto per la prima volta nel 1982 ed è stato progettato per offrire prestazioni transcontinentali e intercontinentali con costi operativi inferiori rispetto ai tri-jet e ai primi quad-jet.

Il 767-300ER, la variante a raggio esteso, è stato lanciato per soddisfare la richiesta delle compagnie aeree di una migliore autonomia senza passare a una cellula più grande. Rispetto alla variante 767-300, offriva una maggiore capacità di carburante, un peso massimo al decollo più elevato e capacità di settore più lunghe. Il tipo di aereo entrò in servizio nel 1988 e divenne rapidamente la variante più ricercata della gamma, e fu ampiamente utilizzato sulle rotte transatlantiche e intercontinentali da operatori come American Airlines e Japan Airlines.

A prima vista, il 767-300ER somiglia molto agli altri aerei della famiglia 767. Ma una caratteristica che lo distingue sono le sue ali, quelle distintive estensioni verticali curve alle estremità alari. Sono alte quasi 11 piedi e sono le ali più grandi mai montate su un aereo commerciale.

Le alette del 767-300ER non facevano parte del design originale

Sono stati aggiunti per aiutare il 767-300ER a volare più lontano e in modo più efficiente. Riducono la resistenza aerodinamica ad altitudine di crociera, riducendo il consumo di carburante e migliorando le prestazioni dell’aereo sulle rotte a lungo raggio. Detto questo, queste alette non facevano parte del progetto originale dell’aereo.

Quando la variante entrò in servizio alla fine degli anni '80, venne consegnata con un profilo alare standard, proprio come il resto della famiglia 767. Le alette miste sovradimensionate viste oggi sulla maggior parte dei -300ER sono state introdotte molto più tardi come retrofit opzionale. Sono stati sviluppati da Aviation Partners Boeing (APB) e avevano lo scopo di migliorare l’efficienza del carburante e la durata operativa dell’aereo.

Poiché l'ala originale non era progettata per supportare le alette, la modifica doveva essere più ampia per fornire il livello di vantaggio aerodinamico a cui gli operatori miravano. È stato reso disponibile per il 767-300ER e -300F. Ma il -300ER ha visto l’adozione più diffusa.

All'epoca disponeva della più grande flotta attiva ed era ancora ampiamente utilizzato sulle rotte transatlantiche e intercontinentali, dove era possibile massimizzare il risparmio di carburante. I principali operatori come Delta, American e Japan Airlines hanno aggiornato le loro flotte, mentre FedEx e UPS hanno fatto lo stesso con i loro cargo.

Come le Winglet del 767-300ER hanno trasformato le prestazioni

Le alette montate sul 767-300ER sono tra le più alte di qualsiasi aereo widebody in servizio commerciale. Misurano circa 11 piedi di altezza e sono arretrati in una curva morbida, che forma un'estensione mista dell'ala piuttosto che una pinna verticale affilata. Sono costruiti con materiali compositi leggeri, progettati per resistere allo stress aerodinamico a velocità di crociera.

La loro funzione principale è quella di ridurre la resistenza che si forma alle estremità alari durante il volo. Secondo Aviation Partners Boeing, le alette miste progettate per il 767-300ERridurre il consumo di carburante fino al 6,5%. Per gli operatori con una lunghezza media del settore elevata e un utilizzo costantemente elevato degli aeromobili, ciò si traduce in un risparmio di oltre 500.000 galloni di carburante per aereo all’anno.

Questa modifica è stata introdotta nel 2008 quando i prezzi del carburante stavano aumentando in tutto il settore e ha dato ai vettori un chiaro vantaggio economico. è stato il primo a installare le alette e ad iniziare i test di volo. La certificazione è stata ottenuta poco dopo e la domanda ha subito una rapida accelerazione.

Entro la metà del 2008, Aviation Partners Boeing aveva ottenuto più di 130 ordini fermi in 10 compagnie aeree. Il successo del programma riflette anche un crescente spostamento del settore verso aggiornamenti volti al risparmio di carburante sugli aerei più vecchi. All'epoca, Joe Clark, fondatore e presidente di Aviation Partners Boeing, dichiarò:

"I Blended Winglets sono il prodotto aftermarket più "verde" disponibile oggi per l'industria aeronautica. Un 767 che brucia mezzo milione di galloni di carburante per aerei si traduce in una riduzione annuale di oltre 5.000 tonnellate di CO₂ per aereo."

Quando il programma delle alette 767-300ER prese slancio, oltre 2.000 aerei Boeing erano già stati dotati di alette miste. La tecnologia era stata precedentemente certificata per diversi tipi, inclusi 737-300, 737-500, 737-700, 737-800, 737-900, 757-200 e 737-BBJ.

Perché esistono le Winglet e da dove nasce il concetto

Le alette sono ora standard sulla maggior parte degli aerei moderni e sono spesso abbinate al marchio della compagnia aerea, ma il loro valore risiede nelle prestazioni. Migliorano l'ala riducendo l'energia persa alle punte durante il volo. La fisica è relativamente semplice. Quando l'aria scorre sopra un'ala, la differenza di pressione tra la superficie superiore e quella inferiore genera portanza. Ma alle estremità delle ali, questo squilibrio fa sì che l’aria muoia a spirale verso l’alto e all’indietro, formando vortici.

Questi vortici creano una resistenza indotta, che riduce l’efficienza aerodinamica e aumenta il consumo di carburante. Le alette interrompono queste spirali. La loro inclinazione verso l'alto e la forma aerodinamica indeboliscono il vortice e consentono all'ala di generare la stessa portanza con meno resistenza. Ciò si traduce in un minor consumo di carburante, un’autonomia estesa e operazioni più efficienti, soprattutto sui voli più lunghi.

Il concetto risale a più di un secolo fa. Nel 1897, l'aerodinamico britannico Frederick Lanchester propose superfici di punta verticali, note come piastre terminali, per ridurre questa perdita di energia. Questi primi progetti hanno avuto effetti limitati ma hanno introdotto l’idea centrale. Negli anni '70, l'ingegnere della NASA Richard Whitcomb sviluppò la moderna aletta, ispirata al modo in cui gli uccelli inclinano le piume in volo.

Progettò una piccola estensione dell'ala curvata verso l'alto e la testò nelle gallerie del vento e successivamente in volo su un Boeing KC-135 modificato. Nel corso di 47 voli di prova, le alette hanno dimostrato un risparmio di carburante fino al 5% senza richiedere modifiche strutturali all'ala. Il produttore di business jet Learjet è stato il primo a installare le alette su un aereo di serie nel 1977. Per l'aviazione commerciale, alla fine degli anni '80, sono state introdotte le alette inclinate, che hanno aumentato l'autonomia del 3,5% rispetto al modello precedente.

Da lì, i produttori di apparecchiature originali (OEM) e le società di modifica hanno iniziato a sviluppare vari tipi di alette, su misura per velivoli specifici. Aviation Partners ha guidato gran parte del progresso dell’aftermarket, in particolare per le flotte Boeing a corpo stretto e a corpo largo di medie dimensioni.

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Le modifiche alle estremità alari si sono evolute in modo significativo nel corso dei decenni, e ogni generazione offre prestazioni ed efficienza migliori. I progetti riflettono il progresso tecnologico, nonché la comprensione di come il flusso d'aria interagisce con l'ala ad alta velocità. Come abbiamo spiegato in precedenza, il primo tentativo conosciuto di controllare i vortici delle punte si presentò sotto forma di piastre terminali verticali piatte. Sebbene aerodinamicamente limitati, introdussero l'idea di base di gestire il flusso d'aria a spirale all'estremità dell'ala.

Alette inclinate

Uno dei primi progetti ampiamente adottati nell'aviazione commerciale erano le alette inclinate, che erano angolate verso l'esterno e verso l'alto dall'estremità dell'ala. Furono introdotti sul Boeing 747-400 alla fine degli anni '80. Possono essere visti anche sull'Airbus A330 e A340.

Winglet misti

Il successivo grande passo avanti è arrivato con le alette miste, ampiamente adottate nelle flotte Boeing 737, 757 e 767. Queste alette utilizzano una curva liscia verso l'alto che transita aerodinamicamente dall'ala anziché formare un angolo acuto. Migliora la continuità del flusso d'aria, riduce la resistenza alle interferenze e consente un maggiore risparmio di carburante su settori più lunghi.

Alette della scimitarra divise

Le ali a scimitarra divise sono state progettate come aggiornamento del modello misto. Ha introdotto una pinna ventrale rivolta verso il basso sotto la punta. Il progetto ha ulteriormente interrotto la formazione di vortici attaccandoli da entrambe le direzioni. Questi sono stati ampiamente adottati sulla flotta 737 Next Generation e MAX, in particolare tra gli operatori ad alta frequenza e attenti al carburante come .

Vicino

Estremità delle ali rastrellate

A differenza delle alette aggiuntive, le estremità alari inclinate estendono la superficie alare stessa con un lungo movimento all'indietro. Questo approccio, utilizzato sugli aerei più recenti come il 787 e il 777, aumenta la portata effettiva e migliora il rapporto portanza/resistenza durante la crociera. Eliminando la giunzione tra ala e aletta, le punte inclinate riducono al minimo le interferenze e sono particolarmente efficaci a velocità e altitudini elevate.

Suggerimenti per la piegatura

Questa è l’ultima innovazione apparsa sul nuovissimo widebody di Boeing, dove le punte più inclinate sono abbinate a un meccanismo pieghevole per mantenere la compatibilità aeroportuale. Queste punte rimangono estese durante il volo per l'efficienza aerodinamica e si ripiegano a terra per soddisfare i limiti delle dimensioni del cancello.

Squali

Anche Airbus ha risposto con il proprio design ottimizzato delle estremità alari chiamato Sharklets. Sono stati introdotti sulla famiglia A320 all'inizio degli anni 2010 e presentavano una struttura liscia e aerodinamicamente sagomata, simile negli effetti alle alette miste ma adattata alla geometria delle ali dell'Airbus. Hanno offerto un risparmio di carburante fino al 4% e hanno esteso l’autonomia dell’A320 fino a 100 miglia nautiche. Il produttore europeo ha successivamente introdotto una tecnologia simile sulle famiglie A330neo e A350.

Qual è il futuro delle Winglet?

Le ali hanno apportato miglioramenti aerodinamici consistenti negli ultimi decenni, ma la fase successiva di sviluppo è già in corso. I progressi nella fluidodinamica computazionale (CFD), nella scienza dei materiali e nell'integrazione dei sistemi aeronautici stanno dando forma a una nuova generazione di dispositivi alari che vanno oltre le strutture statiche.

Una delle direzioni più promettenti sono le alette adattive, superfici che possono cambiare forma o angolo durante il volo in base alle condizioni in tempo reale. Come spiegato da FlyUSA, queste strutture dinamiche mirano aottimizzare l’efficienza nelle diverse fasi, offrendo miglioramenti della portanza durante il decollo e riduzione della resistenza durante la crociera. Sebbene il concetto mostri potenzialità, l’implementazione è stata limitata dalla complessità e dai requisiti di affidabilità delle parti mobili sotto carico.

Inoltre, alcuni programmi di sviluppo stanno esplorando come le ali possano ospitare sensori, antenne di comunicazione o persino pannelli solari. Questi sistemi integrati potrebbero supportare qualsiasi cosa, dal monitoraggio della salute strutturale alla trasmissione dei dati, e trasformare le estremità alari in contributori attivi alle operazioni degli aerei. Anche i materiali continuano a svolgere un ruolo chiave. La prossima fase delle alette potrebbe utilizzare strutture composite ancora più leggere o incorporare materiali intelligenti.

Il tutto da asporto

L'aggiunta delle alette, infatti, ha trasformato il 767-300ER da un vecchio twinjet in una piattaforma più efficiente e versatile. Senza alcuna modifica alla fusoliera o al motore, gli operatori hanno ottenuto un aumento misurabile delle prestazioni che ha permesso loro di estrarre più valore dagli aerei esistenti.

Il solo risparmio di carburante ha giustificato l’ammodernamento, ma gli effetti secondari, come migliori margini di decollo, minore stress del motore e migliori opzioni di carico utile, hanno contribuito a mantenere il valore dell’aereo anche nel suo secondo decennio di servizio. Inoltre, hanno anche contribuito ad aiutare gli aerei più vecchi a soddisfare le normative ambientali più severe.

In un momento in cui i prezzi del carburante erano volatili e le pressioni aumentavano, la capacità di ridurre le emissioni di carbonio senza sostituire completamente la flotta è diventata un vantaggio strategico. In molti modi, il successo del programma Winglet ha contribuito a definire il modo in cui le compagnie aeree gestiscono le transizioni della flotta in un ambiente ad alto costo e a basso margine.