Takket være utviklinger i aerodynamikk og teknologi går luftfartssektoren gjennom revolusjonerende endringer. Forskere, teknikere og luftfartsentusiaster samarbeider om å endre hvordan vi forstår fly og utvikler en mer effektiv, bærekraftig og tilgjengelig sektor enn noen gang.
Luftfartsindustrien er en av de største bidragsyterne til klimaendringer og er under stadig press for å redusere utslippene sine. Fremtiden må være effektiv og bærekraftig for at verden kan bli grønnere. Fly Net Zero er et initiativ fra flyselskaper om å nå null utslipp innen 2050. For å nå disse ambisiøse målene må vi utvikle innovative teknologier og revolusjonerende design.
Denne artikkelen ser nærmere på hvordan luftfartsindustrien takler disse utfordringene. Fra ny infrastruktur og neste generasjons aerodynamikk til bærekraftig drivstoff og elektriske fly, dette er en sektor som vil utvikle en effektiv og bærekraftig fremtid.
Morphing-vinger og tilpasningsdyktige strukturer
Flyets vinger kan ikke fungere like effektivt i ulike faser av flyvningen på grunn av flyets tradisjonelle stive struktur. Men som nye teknologier utvikles kan teknikere nå kanskje produsere såkalte “morphing-fly” som kan endre form i lufta. Morphing-vinger, som er inspirert av fugler, kan optimalisere ytelsen under ulike deler av reisen samtidig som de adresserer viktige problemer som drivstoffeffektivitet, utslippsreduksjoner og manøvreringsevne.
Naturen har lenge vært en kilde til inspirasjon for mennesker. Forskere har lenge vært fascinert av hvor enkelt fugler, insekter og selv fisk tilpasser seg sine ulike naturområder. Morfing-vinger er inspirert av levende dyr som kan endre form. Teknikere kan utvikle vinger som endrer konfigurasjonen i sanntid ved å se på hvordan fugler endrer vingeform under ulike manøvreringer.
Hvordan kan fly tilpasse seg?
Morfing-vinger refererer til flere teknikker og hver er ment å gi en spesiell aerodynamisk fordel. Blant disse mekanismene er:
- Vridning og bøying – Fleksibiliteten i vingestrukturen gjør det mulig å endre vingekrumningen, noe som påvirker oppdrift og luftmotstand i ulike faser av flyvningen. Smidigere avgang, mer effektiv cruising og økt landingsstabilitet muliggjøres alle av denne egenskapen.
- Shape Memory Alloys (SMA) – SMA-baserte morfing-vinger bruker materialer som tilpasser seg temperaturendringer ved å endre form. Teknikere kan designe vinger med innebygd SMA i vingestrukturen som automatisk tilpasser seg endrede flyforhold, og maksimerer ytelsen og drivstoffeffektiviteten.
- Pneumatiske aktuatorer – Disse aktuatorene endrer vingens form ved å blåse opp eller tømme bestemte deler av vingen ved hjelp av lufttrykk. Denne tilnærmingen gir presis geometrisk kontroll over vingen og kan modifiseres for å dekke ulike flybehov.
- Elektroaktive polymerer (EAP) – EAP tilpasser formen sin som respons på elektrisk stimulering. EAP gir morfologiske endringer i sanntid når de integreres i vingestrukturen, noe som forbedrer manøvreringsevnen og reduserer luftmotstanden.
I 2023 startet Imperial College London et forskningsprosjekt med fokus på morphing-vinger, der målet er å finne den mest effektive måten å tilpasse flyets vinger til varierende flyforhold.
BLI – Boundary Layer Ingestion
I design av dagens fly har flyskroget og fremdriftssystemet tradisjonelt blitt betraktet som separate enheter. Som et resultat av dette nærmer fremdriftseffektiviteten til konvensjonelle flymotorer seg grensen, og teknologiske gjennombrudd gir stadig mindre avkastning. BLI betyr at motorene plasseres nærmere flykroppen, slik at de kan fange opp og absorbere flykroppens grenselagsstrøm. Fordelene med BLI inkluderer forbedret fremdriftseffektivitet, redusert luftmotstand og bedre drivstoffeffektivitet. Ingeniører ved NASAs Glenn Research Centre tester ut denne typen fremdriftssystem i sin høyhastighets vindtunnel. Testingen kan ta flere år, men organisasjonen har sagt at den vil fortsette forskningen og utviklingen av BLI-teknologien i årene som kommer.
CFD – Computational Fluid Dynamics
Ved hjelp av den enorme datakraften som er tilgjengelig i dag, er CFD en banebrytende teknologi som simulerer og avbilder det kompliserte samspillet mellom væsker, for eksempel luft, når de beveger seg rundt flyflater. CFD har endret flydesign, ytelsesanalyse og testmetoder ved å gi teknikere inngående innsikt i aerodynamikk og luftstrømningsatferd. Det har blitt en hjørnestein i neste generasjons aerodynamikk.
Kjernen i CFD er å løse utfordrende matematiske ligninger som beskriver fysikken i væskebevegelser. Disse ligningene gir en grundig beskrivelse av hvordan luft oppfører seg rundt flyets overflater ved å ta hensyn til variabler som væsketetthet, hastighet, trykk og viskositet.
Teknikere kan visuelt utforske og analysere mange scenarier uten behov for omfattende fysiske prototyper ved hjelp av CFD-simuleringer, som gir en digital fremstilling av luftstrømsinteraksjoner ved å dele opp ligningene i mindre beregningsdeler. Airbus er et ledende luftfartsselskap bruker CFD for å få en bedre forståelse av aerodynamikk og for å maksimere flyets effektivitet.
Luftmobilitet i byer og eVTOL-fly
Urban air mobility (UAM) ser for seg en fremtid der elektriske fly med vertikal avgang og landing (eVTOL) frakter passasjerer og varer mellom byer, forsteder og andre urbane områder. Ved å utnytte kraften i neste generasjons aerodynamikk har UAM potensial til å revolusjonere bytransporten ved å tilby raskere pendling, mindre køer og en mer bærekraftig reisemåte. Det tyske selskapet Volocopter tester faktisk ut bruken av Volocity-flyet under OL i Paris i 2024.
Viktige funksjoner i UAM-fly:
- Vertikal avgang og landing (VTOL) – disse flyene bruker spesialisert aerodynamikk som gjør det mulig for dem å ta av og lande vertikalt, noe som gjør at de ikke trenger konvensjonelle rullebaner. Dette gjør at de kan bruke tak, helikopterlandingsplasser og til og med godkjente urbane landingssoner.
- Kortdistanseflyvninger – Kortdistanseflyvninger i byer og forsteder betjenes best med UAM-fly. Sammenlignet med bakketransport kan disse flyvningene tilby raskere punkt-til-punkt-forbindelser, særlig i perioder med stor trafikk.
- Elektrisk fremdrift – UAM-fly bruker ofte elektrisk fremdriftsteknologi for å redusere utslipp, minimere støyforurensning og fremme mer miljøvennlig bytransport.
UAM kan redusere trafikkbelastningen i byene ved å tilby en alternativ transportmåte, redusere reisetiden ved å omgå bakketrafikken og bidra til den globale innsatsen for å redusere karbonutslipp takket være den elektriske fremdriften.
Supersonisk reise
Ved å redusere flytidene betraktelig er supersonisk og hypersonisk luftfart et paradigmeskifte i luftfarten som har potensial til å endre langdistanse- og utenlandsreiser fullstendig. Disse innovasjonene forventes å revolusjonere fremtidens flyreiser og skape nye muligheter takket være neste generasjons aerodynamikk.
Reise mellom kontinenter på samme dag?
Overlydsflyging overskrider lydens hastighet, som er omtrent 1235 km/t ved havnivå og varierer med temperatur og høyde. Den berømte Concorde, et supersonisk passasjerfly, ga et glimt av fremtiden for supersonisk flyvning på 70- og 80-tallet. Concorde ble pensjonert i 2003 som følge av en rekke driftsmessige og økonomiske problemer. Men supersoniske passasjerfly er på vei tilbake og kan være i trafikk igjen innen 2029.
Det amerikanske flyselskapet Boom Supersonic bestilte nylig 20 supersoniske fly som skal hete “Overture”. Det 201 fot høye flyet bruker 100% bærekraftig drivstoff og kan nå hastigheter på opptil Mach 1,7 (2 099 km/t) – det raskeste kommersielle flyet i verden. Med disse hastighetene vil en flytur fra New York til London kun ta 3,5 timer.
Konklusjon
Neste generasjons aerodynamikk, i skjæringspunktet mellom innovasjon og nødvendighet, har potensial til å omdefinere måten vi oppfatter og opplever flyvning på. Aerodynamikken driver oss mot en fremtid med raskere, mer effektive og mer sammenkoblede luftrom – fra det fryktinngytende konseptet med morfing-vinger til de gjenoppståtte drømmene om supersoniske reiser. Til tross for disse fantastiske innovasjonene er det fortsatt utfordringer. For å utnytte potensialet i neste generasjons aerodynamikk er det nødvendig å navigere i komplikasjoner knyttet til materialer, lover og infrastruktur. Dette vil garantere at fremtidens luftrom ikke bare blir raskere og mer effektivt, men også tryggere og mer bærekraftig.
