ראיתם פעם את הכנפונים הקטנים עם לוגו חברת התעופה בקצה הכנף של מטוסי נוסעים? למה הם שם בעצם?
אם טסתם לחו"ל וישבתם ליד החלון, ואם התמזל מזלכם לשבת דווקא מעל הכנף, ודאי הבחנתם שהקצה שלה מתעקל כלפי מעלה, בניצב לפני הקרקע. בדרך כלל חברות התעופה מוסיפות שם גם לוגו פרסומי, ואולי אפילו חשבתם שזו המטרה של העיצוב המשונה. אך הרי כיוון שהפרסום פונה כלפי המטוס עצמו, רק מי שכבר בחר בחברת התעופה רואה אותו והפרסום אינו אפקטיבי. לכן ברור שהסיבה חייבת להיות אחרת.
למעשה, הכנפונים הללו הומצאו בשנות ה-70 בעקבות משבר הנפט, והם מפחיתים משמעותית את צריכת הדלק של המטוס. איך זה נעשה? כדי להתנגד לכוח הכבידה שמושך את המטוס למטה, מפעילות הכנפיים כוח עילוי כלפי מעלה. מבנה הכנף יוצר הפרש לחצים בין האוויר שמתחת הכנף לזה שמעליה, ואם מצרפים את הכוח הזה כפי שהוא פועל על פני כל שטח הכנף, מקבלים כוח חזק מספיק כדי לגבור על כבידת כדור הארץ.
אך בקצה הכנף מתרחשת תופעה נוספת. על מנת להשוות את הלחצים, אוויר בלחץ גבוה מתחת לכנף, נע במהירות לעבר האזור שמעליה. התנועה שנוצרת היא מעגלית בקירוב, וכיוון שהמטוס נע קדימה, נוצרת מעין ספירלה משוכה לאחור, בצורת מערבולת. המערבולות האלה מושכות את המטוס אחורה, ומצטרפות לכוח הגרר שפועל כדי להאט את המטוס נגד כיוון הדחף של המנוע. בנוסף, המערבולות מסיטות הצדה את כיוונו של כוח העילוי, ולכן מפחיתות את כוח העילוי הכולל על שתי הכנפיים. כדי לפצות על זה יש לטוס במהירות גבוהה יותר ולבזבז דלק נוסף. הרבה פעמים אפשר לראות את מערבולות קצה הכנף הללו כשמטוס ממריא במזג אוויר מעונן. והתמונות מרהיבות.
תנועת המטוס קדימה יוצרת מעין ספירלה משוכה לאחור בצורת מערבולת | צילום: Shutterstock
חסכוניים ומייצבים
הפתרון שפותח בשנת 1973, ויש המשייכים אותו לפיתוחים מוקדמים מראשית עידן התעופה, כבר ב-1905, היה פשוט לכאורה. הוספת כנפונים בקצות הכנפיים גורמת לאוויר בלחץ הגבוה לעשות מסלול ארוך יותר כדי להגיע לאזור הלחץ הנמוך שמעל הכנפיים, ובמהלכו הוא מתערבב עם אוויר בלחץ ממוצע שנמצא בין לבין ולכן מצמצם את המערבולות. מבחנים הראו שהכנפונים משפרים את טווח המטוס ב-6-3 אחוזים. בנוסף, הכנפונים מפחיתים את הרגישות של קצות הכנפיים למערבולות קיימות וכך משפרים את יציבות הטיסה.
ניסויים בכנפוני קצה כאלה נעשו כבר בשנות ה-70 על ידי נאס"א, חיל האוויר האמריקאי וגופים פרטיים ומסחריים. רק בשנת 1985 יצאה לבסוף חברת בואינג עם דגם ה"ג'מבו" החדש 747-400, שהיה מטוס הנוסעים הראשון עם כנפונים. בזכות הפיתוח הזה גדל טווח התעופה של המטוס ב-3.5 אחוזים לעומת הדגם הקודם: 747-300.
כיום קיימים עיצובים מגוונים לכנפונים הללו: ישרים, משוכים לאחור (נפוצים במטוסי בואינג) ו"כנפוני גדר" שמתארכים הן מעל הכנף והן מתחתיה (נפוצים במטוסי איירבוס). לכל עיצוב יש ייתרונות וחסרונות משלו, והתחום נמצא בפיתוח מתמיד. הכוחות הפועלים על המטוס במקביל לקרקע הם כאמור כוח הגרר, שמושך את המטוס לאחור, וכוח הדחף של המנועים שהודף אותו קדימה. לכן כל הפחתה קטנה בכוח הגרר שיוצרות המערבולות שקולה לשיפור ביעילות המנוע, וטומנת בחובה רווח כלכלי עצום וטיסה חלקה יותר.
בקצה הסקאלה, קיימים עיצובים של "כנפיים סגורות", שמחוברות זו לזו וכך מונעות כל מעבר של אוויר מאזור הלחץ הנמוך לזה הגבוה. כך הן מקטינות למינימום את מערבולות הגרר, אך כמובן יוצרות חסרונות אחרים.
אם נסתכל על עופות דורסים נגלה שגם הם פיתחו כנפונים, הרבה לפני שאנחנו התחלנו בכלל לחשוב על טיסות ועל חיסכון בדלק.
עופות דורסים פיתחו את המנגנון הזה הרבה לפני חברות התעופה. עיט זוקף כנפיים | צילום: Shutterstock
טיסה נעימה!
