Radikalt lukket flydesign kunne se grønnere himmel tage flugten

Luftfart er en af ​​de mest miljøskadelige transportformer, tegner sig for 3 % af alle EU's drivhusgasemissioner. Men nye flydesign inspireret af arbejdet fra en flyingeniør fra det tidlige 20. århundrede og naturlige stoffer som honeycomb og græs kunne være med til at reducere det miljømæssige fodaftryk ved at flyve.

Med næsten 1 milliard passagerer på vej til europæiske himmelstrøg i 2016, og antallet er stadig stigende, væksten i europæisk luftfart har været svimlende. Effekten er, at lige så mange andre industrier reducerer drivhusgasemissioner gennem effektivitet og ny teknologi, luftfart er stigende.

Én person, der flyver fra London til New York og tilbage, genererer nogenlunde samme emissionsniveau som et års boligopvarmning for den gennemsnitlige europæer. På den nylige Transport Research Arena-konference i Wien, Østrig, en begivenhed på højt niveau, der dækker alle former for europæisk transport, Professor Hans Joachim Schellnhuber, direktør for Potsdam Institute for Climate Impact Research i Tyskland, sagde helt at undgå flyrejser var den bedste mulighed for at beskytte miljøet.

Men som Sergio Barbarino, formand for Alliance for Logistics Innovation through Collaboration in Europe (ALICE) svarede, det er et usandsynligt scenarie. "Vi kan ikke bare fortælle folk, at de ikke længere kan holde ferie på De Kanariske Øer, " han sagde.

Flyrejser er måske kommet for at blive, men der er ingen tvivl om, at ingeniører skal finde nye måder at gøre det renere og grønnere på. En idé er radikalt at redesigne et flys vinge, så det kræver væsentligt mindre operationelt brændstof, en tilgang, der i øjeblikket er under udvikling af et projekt kaldet PARSIFAL.

Aerodynamikkens fader

For deres design, holdet søgte inspiration hos den berømte tyske luftfartsingeniør Ludwig Prandtl, ofte betragtet som aerodynamikkens fader. I 1924, Prandtl havde en idé om et fly med en usædvanlig vinge, der reducerede trækkoefficienten og forbedrede den aerodynamiske effektivitet, men ideen blev stort set ignoreret dengang.

I slutningen af ​​1990'erne, Professor Aldo Frediani fra universitetet i Pisa, Italien, og koordinator for PARSIFAL-projektet, brugt matematik til at bevise, at Prandtls vingeteori var plausibel. Professor Frediani og hans team begyndte at arbejde på designet af et nyt fly med lukkede vinger baseret på Prandtls originale koncept.

"De teoretiske resultater kan bruges til at definere en ny konfiguration, vores konfiguration, " han sagde.

I stedet for to separate vinger, der strækker sig på hver side af skroget, vores velkendte koncept om et fly, det Prandtl-inspirerede fly har en vinge, som sløjfer og lukker tilbage om sig selv i et lukket vingedesign uden vingespidser. Dette reducerer mængden af ​​træk, der virker på flyet, hvilket betyder, at der forbrændes mindre brændstof. Dette er især vigtigt for start og landing, da det er de faser af flyflyvning, der normalt suger mest brændstof og udleder de fleste emissioner.

"Disse fly vil være meget mere bekvemt set fra brændstofforbruget, støjforurening og emissioner, " sagde prof. Frediani.

Holdet har udviklet en lille model af deres fly, men ideen er at fokusere på mellemstore fly, med det mål at øge antallet af passagerer, der transporteres pr. flyvning fra omkring 180 til 310. Forskerne vurderer, at flyet kunne være i luften om 10-15 års tid, afhængigt af sikkerhedskontrol og flyproducenters interesse. Deres næste skridt er at forfine aerodynamikken, motorposition og kontrol, mens universitetet i Pisas økonomiafdeling arbejder sammen med PARSIFAL for at bestemme flyets forventede økonomiske ydeevne.

"Denne løsning kan fuldstændig ændre fremtidens lufttransport, " sagde prof. Frediani.

I mellemtiden andre ingeniører henter inspiration fra naturen til at udvikle 3-D-printede flykomponenter, der kan reducere vægten med op til 30 %. Jo mindre et fly vejer, jo mindre brændstof kræves, resulterer i en betydelig reduktion af CO ₂ emissioner.

Honeycomb struktur

Melanie Gralow er en biomimetisk designingeniør for Bionic Aircraft -projektet, som tager naturens lektioner til at forbedre dele til fremstilling af fly.

"Tynde overflader eller stænger har en tendens til at deformeres meget let under hele fremstillingsprocessen, " forklarede hun. "Du kan stivne dem ved at anvende en bestemt overfladestruktur. Bikagestrukturen er en af ​​de bioinspirerede strukturer, der kan bruges til at stive væggen uden at tilføre for meget vægt. "

Projektet henter også inspiration fra græsstængler, som udsættes for bøjningsbelastninger af vinden på samme måde som stivere i flykomponenter. Bøjningsbelastninger er kræfter, der virker på en konstruktion sideværts og derfor kan resultere i, at den bøjer.

"Stænglen er hul indvendig, og den har et dobbeltvægssystem, " sagde Gralow. "Den skal modstå vindstyrker i naturen, men stivere i den tekniske verden skal også modstå bøjning. Ved at anvende det dobbeltvæggede system på stiverne, vi kan gøre dem mere lette, men samtidig lige så stive, som de skal være."

For at gøre disse indviklede, meget detaljeret, lette dele, teamet bruger 3-D-printere med laserstråleteknologi. Selvom det er ideelt til små præcisionsarbejde, forskerne siger, at det stadig er langt ude at printe et helt fly på denne måde.

"For nu, målet er egentlig at fokusere på mindre dele, fordi byggepladserne på de nuværende printere er begrænsede. De største kommercielle trykkerier er omkring 40-50 centimeter i bredden, så det sætter den maksimale størrelsesgrænse for nuværende 3D-trykte metaldele, "sagde Gralow.