Está sentado num terminal, o seu voo tem um pequeno atraso e, para passar o tempo, observa os aviões estacionados atrás da janela panorâmica.
Um Airbus A320 acaba de se alinhar numa porta de embarque. Na ponta das suas asas, duas grandes superfícies elevam-se em direção ao céu.
Um pouco mais à frente, outro avião possui extremidades de asa muito mais discretas. Num Boeing 737, parecem quase formar duas lâminas, uma orientada para cima, a outra para baixo. E depois chega outro aparelho… que não possui quase nada disto.
À primeira vista, poder-se-ia pensar que se trata apenas de uma questão de design.
Uma espécie de assinatura estética que permite reconhecer um avião.
Na realidade, estas formas estranhas situadas na ponta das asas respondem a um problema aerodinâmico muito concreto.
São geralmente chamadas de winglets.
E mesmo que pareçam minúsculos comparados com as dimensões de um avião comercial, a sua influência pode ser suficientemente importante para permitir que uma companhia aérea poupe quantidades consideráveis de combustível ao longo da vida de um aparelho.
Então, para que servem exatamente os winglets? Por que reduzem o consumo? Por que é que alguns aviões possuem winglets imensos enquanto outros parecem conseguir passar perfeitamente sem eles?
Para o compreender, é preciso começar por olhar para algo que quase nunca vemos: o que faz o ar na ponta de uma asa quando um avião voa.
O que é um winglet?
Um winglet é uma superfície aerodinâmica colocada na extremidade de uma asa.
Na sua forma mais facilmente reconhecível, parece uma pequena asa quase vertical que sobe em direção ao céu.
Mas nem todos os winglets são iguais.
Alguns são praticamente verticais. Outros estão inclinados para o exterior. Alguns fundem-se de forma muito gradual na forma da asa. Outros incluem até uma parte orientada para baixo.
E alguns aviões utilizam uma filosofia completamente diferente: em vez de adicionar uma pequena superfície vertical, os engenheiros prolongam simplesmente a asa para o exterior com uma extremidade afilada.
É nomeadamente por esta razão que a palavra “winglet” é por vezes utilizada um pouco apressadamente para designar todos os dispositivos que encontramos na ponta das asas.
A Airbus utiliza, por exemplo, o nome Sharklet para alguns dos seus dispositivos de extremidade de asa, enquanto encontramos na Boeing os blended winglets, os Split Scimitar Winglets ou ainda os Advanced Technology Winglets do 737 MAX.
A sua forma varia imenso.
Mas por trás de todos estes dispositivos esconde-se globalmente a mesma obsessão:
tornar a asa mais eficiente.
Para compreender os winglets, é preciso primeiro compreender o que acontece na ponta de uma asa
Quando um avião voa, as suas asas produzem sustentação.
Sem entrar num curso completo de aeronáutica, retenhamos apenas que existe uma diferença de pressão entre as duas faces da asa.
E no meio da asa, tudo corre relativamente bem.
O problema aparece na sua extremidade.
Uma asa real não é infinita.
Ela termina em algum lugar.
E quando o ar chega perto desta extremidade, o fluxo é perturbado. O ar contorna a ponta da asa e participa na criação de um movimento turbilhonar.
Atrás do avião aparecem então poderosos vórtices, chamados turbilhões marginais.
Talvez já os tenha visto sem saber o que estava a observar.
Em certas condições de humidade, é possível vislumbrar uma espécie de rasto turbilhonar atrás da extremidade das asas, nomeadamente durante as fases de descolagem ou aterragem.
Estes vórtices não são apenas espetaculares.
Representam também uma perda de eficiência.
A NASA explica que os turbilhões criados nas extremidades das asas participam naquilo a que chamamos resistência induzida, ou resistência ligada à produção de sustentação.
Por outras palavras, fazer voar o avião tem um custo aerodinâmico.
E é precisamente este custo que os engenheiros procuram reduzir.
O verdadeiro inimigo: a resistência induzida
Quando um avião avança no ar, tem de vencer diferentes formas de resistência.
Podemos imaginar a resistência como uma força que procura permanentemente abrandar o avião.
Para manter a sua velocidade, os motores devem produzir impulso suficiente para a compensar.
Quanto maior for a resistência, mais impulso é necessário produzir.
E quanto mais impulso for necessário, mais combustível os motores consomem geralmente.
É aqui que os poucos centímetros ou metros situados na ponta da asa começam subitamente a tornar-se muito importantes.
A resistência induzida está diretamente ligada à produção de sustentação e aos fenómenos tridimensionais que aparecem nomeadamente em torno das extremidades das asas.
Simplificando imenso, poderíamos resumir o problema assim:
a asa produz sustentação → aparecem vórtices → estes vórtices participam na resistência induzida → esta resistência custa energia.
Os engenheiros aeronáuticos procuram, portanto, há muito tempo limitar estas perdas.
E uma das soluções consiste precisamente em agir sobre a extremidade da asa.
Então, como funciona realmente um winglet?
O winglet modifica o fluxo de ar na ponta da asa.
O seu objetivo não é fazer desaparecer magicamente os vórtices. Um avião equipado com winglets continua, obviamente, a criar turbilhões marginais.
Mas permite reduzir os seus efeitos e melhorar a eficiência aerodinâmica global da asa.
A NASA resume o princípio de forma bastante clara: um winglet corretamente concebido reduz a intensidade do vórtice de ponta de asa e contribui assim para diminuir a resistência induzida.
E é aqui que aparece um dos aspetos mais interessantes do sistema.
O winglet pode, de certa forma, permitir que a asa beneficie de uma envergadura aerodinâmica efetiva mais importante, sem necessitar exatamente do mesmo aumento de envergadura que um simples prolongamento horizontal.
Isto é importante, porque uma asa mais comprida é também uma excelente forma de diminuir a resistência induzida.
Então, uma questão coloca-se imediatamente.
Por que não fabricar simplesmente asas gigantescas?
Por que não fazer asas muito mais compridas?
No plano puramente aerodinâmico, as asas compridas e finas são muito interessantes.
Basta observar um planador.
As suas asas parecem, por vezes, intermináveis.
Não é, obviamente, por acaso.
Quanto maior for o alongamento de uma asa, mais possível se torna reduzir a resistência induzida. A NASA recorda, aliás, que esta última diminui quando o alongamento aumenta.
Então, por que é que um Airbus A320 ou um Boeing 737 não possui simplesmente asas de planador?
Porque um avião não vive apenas no céu.
Tem também de funcionar… num aeroporto.
Imagine por um instante que aumentássemos brutalmente a envergadura de todos os aviões comerciais em vários metros.
Alguns já não caberiam corretamente no seu posto de estacionamento.
As distâncias entre os aparelhos teriam de ser modificadas.
Algumas vias de circulação tornar-se-iam demasiado estreitas.
As infraestruturas teriam de ser adaptadas.
E quanto mais comprida se torna uma asa, mais as restrições estruturais podem também evoluir.
Uma asa não é uma simples tábua leve fixada numa fuselagem. Suporta esforços consideráveis e contém, em muitos aviões comerciais, uma parte importante do combustível.
Aumentar a sua envergadura implica, portanto, considerar o peso, a estrutura, as cargas em flexão, a aerodinâmica e as restrições de operação no solo.
O winglet torna-se então uma espécie de compromisso elegante.
Procura obter uma parte das vantagens de uma asa mais eficiente sem aumentar tanto o seu volume horizontal.
Alguns por cento de combustível… será realmente importante?
É talvez aqui que os winglets se tornam mais impressionantes.
Suponhamos que uma modificação permite poupar apenas alguns por cento de combustível.
À escala do seu carro pessoal, isto pode parecer interessante, mas não revolucionário.
À escala de um avião comercial, o cálculo já não tem nada a ver.
Um aparelho comercial pode voar vários milhares de horas por ano.
Depois recomeçar no ano seguinte.
E no ano seguinte.
Durante, por vezes, duas décadas ou mais.
Multiplique depois isso por várias dezenas, ou mesmo centenas de aviões numa frota.
De repente, poupar alguns por cento torna-se enorme.
A Airbus indica, por exemplo, que os seus Sharklets podem proporcionar 4% ou mais de poupança de combustível em certas aplicações na família A320.
Por seu lado, a Aviation Partners Boeing anuncia para os seus Blended Winglets ganhos que podem atingir vários por cento consoante as missões, com uma melhoria do rendimento de combustível em cruzeiro que pode ir até cerca de 6% em certas condições.
Obviamente, estes números não podem ser aplicados indistintamente a todos os aviões, todas as rotas e todos os tipos de winglets.
Mas mostram bem por que é que as companhias se interessam tanto por eles.
Para uma companhia aérea, um winglet não é apenas uma peça bonita na ponta da asa.
É potencialmente combustível que não precisa de ser comprado durante milhares de voos.
Por que é que os winglets têm formas tão diferentes?
Agora que conhecemos o seu papel, surge outra questão.
Se o princípio funciona, por que é que os engenheiros não colocam exatamente o mesmo winglet em todos os aviões?
Porque na aeronáutica, uma solução que funciona perfeitamente num aparelho pode ser muito menos interessante noutro.
A asa de um Boeing 737 não foi concebida como a de um Airbus A350.
As velocidades, as massas, a estrutura, a envergadura, a flecha, o perfil da asa e as missões previstas não são exatamente os mesmos.
O dispositivo de extremidade deve, portanto, ser adaptado ao conjunto do avião.
Os winglets clássicos
Os primeiros modelos facilmente reconhecíveis são geralmente superfícies bastante verticais.
O Boeing 747-400 é provavelmente um dos exemplos mais célebres.
Se comparar um 747-400 com certos 747 mais antigos, as pequenas superfícies erguidas na ponta das asas saltam imediatamente à vista.
Os blended winglets
O princípio do blended winglet consiste, nomeadamente, em tornar a transição entre a asa e o winglet muito mais progressiva.
Em vez de ter a impressão de que uma pequena asa vertical foi simplesmente colada na extremidade, as duas formas unem-se com uma curvatura suave.
Encontramo-los, nomeadamente, em muitos Boeing 737 de gerações anteriores.
A Aviation Partners Boeing explica que esta integração progressiva contribui para reduzir a resistência e melhorar o desempenho.
Os Sharklets da Airbus
Se viaja regularmente de avião, provavelmente já os viu.
Os Sharklets são as grandes extremidades de asas levantadas que encontramos, nomeadamente, em muitos aparelhos da família A320.
Dão imediatamente um aspeto mais moderno ao avião, mas o seu interesse é, acima de tudo, aerodinâmico.
A Airbus indica que aumentam a envergadura efetiva da asa e reduzem a resistência induzida.
Os Split Scimitar e outros winglets duplos
E depois existem os winglets que parecem ter decidido que uma única superfície já não era suficiente.
Em certos Boeing 737, notamos uma grande parte orientada para cima acompanhada de uma segunda extremidade mais pequena dirigida para baixo.
É nomeadamente o caso dos Split Scimitar Winglets.
A forma é espetacular, quase agressiva, mas responde, também aqui, a uma procura de otimização do fluxo.
O 737 MAX e os seus Advanced Technology Winglets
O Boeing 737 MAX leva ainda mais longe esta lógica com um dispositivo muito reconhecível que comporta duas superfícies.
A Boeing explica que este sistema aumenta a sustentação e a envergadura efetiva, reduzindo ao mesmo tempo a resistência, com um ganho de consumo atribuído ao winglet que pode atingir cerca de 2%.
E os aviões que não têm winglets verticais?
É aqui que o assunto se torna particularmente interessante.
Porque depois de ler tudo isto, poderíamos pensar:
« Muito bem. Se os winglets são tão eficazes, todos os aviões deveriam tê-los. »
E, no entanto, não é o caso.
Observe, por exemplo, certos aviões modernos: a sua extremidade de asa pode ser muito comprida e afilada sem formar o grande apêndice vertical ao qual associamos geralmente a palavra winglet.
Não é porque os seus engenheiros se esqueceram do problema.
É simplesmente porque existem várias maneiras de o atacar.
Podemos utilizar um winglet.
Podemos aumentar o alongamento da asa.
Podemos empregar uma extremidade afilada e prolongada, muitas vezes chamada raked wingtip.
Podemos também conceber desde o início uma asa cuja geometria total seja otimizada para reduzir as perdas.
E este é um ponto essencial.
O winglet não é uma peça mágica que devemos absolutamente adicionar a cada avião.
Trata-se de uma solução entre outras.
Um winglet tem também desvantagens
Se os winglets apresentassem apenas vantagens, a questão estaria rapidamente resolvida.
Instalar-se-iam em todo o lado.
Mas adicionar uma superfície na ponta de uma asa adiciona também peso e modifica as cargas suportadas pela estrutura.
Tomemos um exemplo particularmente esclarecedor.
A Aviation Partners Boeing indica que a instalação de winglets num Boeing 757-200 implica não só o peso dos próprios winglets, mas também o das modificações estruturais associadas.
Isto mostra bem que a operação não consiste em pegar numa peça de carbono, aparafusá-la na ponta da asa e voltar a voar.
Quando um winglet cria forças aerodinâmicas suplementares na extremidade da asa, estas devem ser transmitidas a toda a estrutura.
É preciso, portanto, calcular as cargas.
Reforçar certas partes quando é necessário.
Testar.
Certificar.
E verificar se o benefício obtido supera o custo em massa, em complexidade e em manutenção.
Um winglet mal concebido poderia até ir no sentido contrário, adicionando mais resistência do que aquela que poupa.
A questão nunca é, portanto:
« Podemos instalar o maior winglet possível? »
Mas sim:
« Que forma dá o melhor compromisso para este avião específico? »
Podemos adicionar winglets a um avião antigo?
Sim, e é precisamente isso que torna o assunto interessante economicamente.
Certos aviões receberam winglets quando não os possuíam quando saíram da fábrica.
Falamos então de retrofit.
Imagine uma companhia a operar um aparelho que ainda possui dez ou quinze anos de carreira pela frente.
Modificar vários aviões representa, obviamente, um investimento importante.
Mas se esta modificação reduzir suficientemente o consumo em cada voo, o cálculo pode tornar-se interessante a longo prazo.
Uma despesa única hoje pode permitir poupar combustível durante milhares de horas de voo.
É por isso que vimos, ao longo dos anos, muitos Boeing 737, 757 ou 767 receberem diferentes sistemas de winglets.
Mas, mais uma vez: não se pode instalar qualquer coisa em qualquer avião.
A estrutura deve poder suportar as novas cargas e a modificação deve ser estudada e certificada.
Os winglets suprimem as turbulências de esteira?
Não.
E esta é uma confusão bastante frequente.
Uma vez que os winglets reduzem os efeitos associados aos vórtices de ponta de asa, poderíamos imaginar que um avião equipado com winglets quase já não cria turbulência atrás de si.
Isso seria largamente exagerado.
Um avião que produz sustentação continua a gerar uma circulação e turbilhões de esteira.
Um Airbus A380 não se torna, portanto, subitamente inofensivo para um pequeno avião que o seguisse apenas porque as suas extremidades de asas estão otimizadas.
Os procedimentos de espaçamento entre aparelhos continuam a ser indispensáveis.
Os winglets são concebidos, acima de tudo, para melhorar a eficiência aerodinâmica do avião que os transporta.
Os winglets servem apenas para poupar combustível?
O consumo é geralmente o benefício de que mais se fala.
Por uma razão óbvia: o combustível representa uma despesa considerável para uma companhia.
Mas reduzir a resistência pode trazer outras vantagens.
Se o avião consome menos combustível para percorrer uma certa distância, isso pode melhorar a sua autonomia ou a sua capacidade de transportar uma carga dada.
Certas configurações podem também oferecer melhores desempenhos em condições particulares de descolagem.
A Aviation Partners Boeing cita, por exemplo, melhorias possíveis de desempenho, de raio de ação e de capacidade de carga consoante os aviões e as missões.
E, naturalmente, queimar menos combustível significa também produzir menos CO₂ para cumprir uma missão equivalente.
Mais uma vez, o winglet não transforma radicalmente o avião por si só.
Mas na aeronáutica comercial, acumular pequenas melhorias é precisamente um dos meios mais eficazes de fazer progredir os desempenhos.
De onde vêm os winglets modernos?
A ideia de melhorar as extremidades das asas não é nova.
Os engenheiros trabalham há muito tempo no problema da resistência induzida.
Mas o desenvolvimento do winglet moderno está particularmente associado ao engenheiro americano Richard Whitcomb, que trabalhava no centro de investigação Langley da NASA.
Em meados dos anos 1970, Whitcomb estuda e testa diferentes configurações de superfícies quase verticais colocadas na ponta das asas.
A NASA indica que as suas investigações foram nomeadamente influenciadas pela observação do comportamento aerodinâmico das extremidades de asas nas aves planadoras.
Ensaios em túnel de vento são realizados, depois o conceito é testado em voo.
No final dos anos 1970, um KC-135 modificado voa assim com impressionantes winglets experimentais.
Os ensaios mostram então reduções mensuráveis de resistência, confirmando que a ideia não era apenas elegante no papel.
Algumas décadas mais tarde, basta olhar à nossa volta em qualquer grande aeroporto para medir o caminho percorrido.
Por que é que os novos aviões não têm todos winglets gigantes?
Porque o futuro da asa não consiste provavelmente em adicionar superfícies verticais cada vez maiores.
Os progressos em matéria de materiais compósitos e de cálculo aerodinâmico permitem hoje conceber asas muito mais finas, mais compridas e mais sofisticadas.
Os construtores procuram melhorar a asa inteira em vez de apenas uma pequena zona.
Os aparelhos modernos mostram, aliás, várias filosofias diferentes.
Em alguns, o winglet permanece muito visível.
Noutros, a extremidade parece quase prolongar-se naturalmente numa curva extremamente trabalhada.
E em futuros aviões, as asas poderão tornar-se ainda mais compridas.
O desafio será sempre o mesmo: obter um máximo de eficiência sem transformar o aparelho num pesadelo estrutural ou num avião impossível de estacionar nos aeroportos existentes.
É, finalmente, toda a história da engenharia aeronáutica.
Um compromisso permanente.
Winglet ou asa mais comprida: que solução é a melhor?
Não existe uma resposta universal.
Uma asa mais comprida pode ser extremamente eficaz para reduzir a resistência induzida.
Um winglet pode trazer uma parte desta vantagem limitando, ao mesmo tempo, o aumento de envergadura.
Uma extremidade afilada pode ser preferível noutro avião.
E uma asa inteiramente nova pode permitir combinar várias soluções.
Tudo depende da missão do aparelho.
Um avião regional que efetua várias descolagens e aterragens por dia não tem exatamente as mesmas restrições que um avião de longo curso que passa catorze horas em cruzeiro.
Um avião que tem de utilizar pequenos aeroportos não tem as mesmas restrições de envergadura que um aparelho concebido exclusivamente para grandes plataformas internacionais.
É por isso que dois aviões construídos na mesma época podem ter extremidades de asas completamente diferentes…
embora estando ambos perfeitamente otimizados para o que lhes é pedido.
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Conclusão: estas pequenas extremidades de asas estão longe de ser decorativas
Da próxima vez que estiver sentado perto de uma janela, observe a ponta da asa.
Esta pequena superfície que sobe em direção ao céu parece quase insignificante comparada com as dezenas de metros de envergadura do avião.
No entanto, ela conta bastante bem a maneira como funciona a aviação moderna.
Os engenheiros não procuram necessariamente uma revolução espetacular.
Procuram, por vezes, poupar alguns por cento aqui.
Alguns quilogramas ali.
Um pouco de resistência a menos.
Uma estrutura ligeiramente mais leve.
Um motor ligeiramente mais eficiente.
Tomados separadamente, cada um destes progressos pode parecer quase anedótico.
Mas multiplique alguns por cento de combustível por vários voos cada dia, várias centenas de aviões e vinte anos de operação…
e o pequeno detalhe aerodinâmico situado na ponta da asa começa subitamente a pesar muito.
Os winglets não estão, portanto, lá para dar um ar moderno aos aviões.
São o resultado de um problema que os engenheiros procuram resolver desde os inícios da aviação:
como produzir a sustentação de que precisamos desperdiçando o menos de energia possível?
E é provavelmente o que os torna tão interessantes.
Porque por trás desta pequena peça que a maioria dos passageiros nem sequer nota, escondem-se décadas de investigações, de cálculos, de ensaios em túnel de vento e de compromissos.
Da próxima vez que observar vários aviões alinhados perante um terminal, divirta-se a comparar as suas extremidades de asas.
Verá winglets.
Sharklets.
Duplas superfícies.
Pontas de asas afiladas.
E, por vezes, quase nada.
Soluções muito diferentes…
para um problema aerodinâmico velho como a própria aviação.
🎬 Para ir mais longe: para que servem realmente os winglets?
Compreendeu agora por que é que estas pequenas superfícies na ponta das asas são muito mais importantes do que parecem. Para visualizar ainda melhor o seu funcionamento e o seu papel na redução da resistência, aqui está um vídeo que resume o princípio.
FAQ: compreender tudo sobre os winglets
Para que servem os winglets de um avião?
Os winglets melhoram a eficiência aerodinâmica da asa, reduzindo nomeadamente os efeitos associados aos turbilhões de ponta de asa e à resistência induzida. Isto pode permitir diminuir o consumo de combustível e melhorar certos desempenhos.
Por que é que os winglets estão orientados para cima?
Esta orientação permite ao dispositivo agir sobre o fluxo de ar na ponta da asa sem necessitar do mesmo aumento de envergadura que um prolongamento inteiramente horizontal.
Os winglets permitem realmente poupar combustível?
Sim. O ganho depende, no entanto, imenso do tipo de avião, do dispositivo e da missão. A Airbus anuncia, por exemplo, poupanças que podem atingir cerca de 4% ou mais com certos Sharklets da família A320.
Qual a diferença entre um winglet e um Sharklet?
Sharklet é o nome utilizado pela Airbus para alguns dos seus dispositivos de extremidade de asa. O princípio geral permanece próximo do de um winglet: melhorar a eficiência aerodinâmica e reduzir a resistência.
Por que é que alguns Boeing 737 têm duas superfícies na ponta da asa?
Alguns utilizam Split Scimitar Winglets ou, no 737 MAX, Advanced Technology Winglets. A sua geometria permite explorar mais eficazmente o fluxo em torno da extremidade da asa.
Por que é que alguns aviões não têm winglets?
Porque um winglet não é a única maneira de reduzir a resistência induzida. Uma asa mais comprida, uma geometria diferente ou uma extremidade afilada podem obter um resultado semelhante ou mais adaptado às restrições do aparelho.
Podemos adicionar winglets a um avião antigo?
Sim, certos aparelhos dispõem de programas de retrofit. Mas a modificação necessita de um estudo aerodinâmico e estrutural, bem como de uma certificação adaptada.
Os winglets suprimem as turbulências de esteira?
Não. Podem reduzir certos efeitos dos vórtices, mas um avião que produz sustentação continua a gerar uma esteira turbulenta.
