Fly som en tårnseiler

Tårnseilere i vindtunnel har gitt svenske og nederlandske forskere kunnskap som kan brukes til å lage framtidas fly med bøyelige vinger. Tårnseileren er en mesterflyger som lever nesten hele livet i lufta.

Publisert

Tårnsvaler endrer formen på vingen utfra hva slags situasjon de er i. Hvis de trenger å hvile eller glidefly lange strekninger, brer de ut vingene maksimalt for å bedre løftet.

Hvis de derimot trenger å fly raskt og gjøre skarpe svinger for å jage insekter, stryker de vingene bakover som et jagerfly.

Denne evnen til forandre formen på vingen gjør tårnseileren til en mesterflyger som tilbringer mer av livet i lufta enn noen annen fugl. Den kan til og med sove flygende!

Ved å studere tårnsvalen kan forskerne få kunnskap til å bygge framtidas fly med vinger som forandrer form, såkalte morfende vinger.

Døde tårnseilere i vindtunnel

Forskere fra blant annet Wageningen-universitetet i Nederland og Universitetet i Lund i Sverige har plassert naturlig døde tårnseilere i en vindtunnel. Der lot de lufta suse forbi med en fart på over 100 kilometer i timen.

"Naturlig døde svaler fikk fly i vindtunnel ved Wageningen-universitetet i Nederland. (Foto: David Lentink)"
"Naturlig døde svaler fikk fly i vindtunnel ved Wageningen-universitetet i Nederland. (Foto: David Lentink)"

De gjorde også radarmålinger av levende tårnsvaler i glideflukt. Resultatene ble lagt fram i en artikkel i tidsskriftet Nature 26. april.

Forskerne fant ut at spredte vinger gav det beste løftet ved lave hastigheter. En slik vingeform var best når fuglen skulle hvile eller sove natta gjennom i en høyde av femten hundre meter over bakken.

Men spredte vinger gir også større luftmotstand ved høye hastigheter, og belastningen på vingen kan bli så stor at den vil knekke. Derfor trekker fuglen vingen bakover som på et jagerfly og oppnår bedre flyegenskaper ved høy fart.

Forskerne laget en aerodynamisk modell som beskriver hvordan tårnseileren flyr. Den samme modellen kan brukes til å utvikle framtidas fly. Men flyvinger som endrer form er ikke noe nytt. De er like gamle som flyet selv.

Brødrende Wrights morfende ving

Da Orville Wright fløy de første metrene over Kitty Hawk og skapte luftfartshistorie, var det med et fly der vingene kunne bøyes.

Flyet til Wright-brødrene hadde nemlig ikke vridbare ror, slik som moderne fly. Flygeren styrte flyet ved å vri på hoftene. Et hoftefeste dro i snorer som igjen bøyde vingen.

Jagerfly etterligner tårnseilere

Også flere jagerfly kan endre formen på vingen ved å folde den ut under avgang eller landing eller sveipe den bakover under skarpe manøvre og ved supersonisk fart.

"F-14 med utfoldede vinger øverst og bakoversvingte nederst."
"F-14 med utfoldede vinger øverst og bakoversvingte nederst."

Ett slikt fly var Grumman F-14 Tomcat, som ble brukt av den amerikanske marinen til rekognosering og kampoppdrag helt fram til 2006. Utbrett-vingen kom til nytte når flyet skulle ta av og lande på hangardekk.

Tomcat debuterte under den amerikanske tilbaketrekningen fra Saigon i 1974 og har vært på mange oppdrag i Midt-Østen, blant annet rekognosering over Bekaa-dalen i Libanon og under den første Irak-krigen i 1991, operasjon Desert Storm.

Da amerikanerne utredet sitt supersoniske passasjerfly på slutten av sekstitallet, ble det også tegnet inn en vridbar ving. Svingemekanismen ble imidlertid så stor at det knapt ble plass til passasjerer i kabinen, og prosjektet ble skrinlagt i 1971.

De tekniske vanskene med å lage vridbare vinger og den ekstra vekten har gjort at nyere fly ikke har denne finessen.

Morfende vinger - tilbake til utgangspunktet

"Konseptskisse av fly med fleksible vinger. (Illustrasjon: NASA)"
"Konseptskisse av fly med fleksible vinger. (Illustrasjon: NASA)"

Stive ror som vris på hengsler er primitiv teknologi, og fuglenes elegante lek med luftstrømmene gir et bilde av hvordan framtidas fly vil bli.

Fram til våren 2005 gjorde den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA forsøk med et ombygd F-18A jagerfly der balanserorene var erstattet av bøyelige vinger. Ved å vri på vingene kunne piloten få flyet til å dreie om lengdeaksen for å svinge.

Forsøkene viste at bøyelige vinger kan gjøres tynnere og mer effektive enn vinger med hengslede ror. Nye, sterkere materialer kan bøyes med elektrisk spenning og kan gi flyene glatte, bøyelige vinger der vingeformen styres av datamaskiner.

Den nyeste teknologien vender altså tilbake til løsningene som brødrene Wright valgte for sitt første fly - og tilbake til løsningen som evolusjonens naturlige utvalg har gitt en av våre aller beste flygere: tårnseileren.

Lever på luftplankton

Tårnseiler. (Foto: Pawel Kuzniar/Wikimedia Commons)
Tårnseiler. (Foto: Pawel Kuzniar/Wikimedia Commons)

Tårnseileren ble tidligere kalt tårnsvale. Den er ikke i slekt med svaler, men ligner på dem. Den lever i Sør-Norge, og kan sees i elegant snittflygning på jakt etter flygende godbiter.

Tårnseileren lever på det som kalles luftplankton: insekter og edderkopper. Når tårnseileren en sjelden gang lander, er det for å legge egg, ruge og så mate ungene med små matballer på ett gram som kan inneholde mer enn tusen insekter og edderkopper.

Om høsten trekker tårnseileren sørover, og kan fly opptil to tusen kilometer i ett strekk. Og det kan trengs, for tårnseileren tilbringer den norske vinteren helt nede i Sør-Afrika. I løpet av et liv kan tårnseileren fly opptil fire og en halv million kilometer, tilsvarende hundre ganger jorda rundt.

Når de kommer tilbake i mai, bygger tårnseilerne reder i hulrom i bygninger, i fuglekasser eller revner i fjellvegger. Redene må ligge høyt, for svalene kan ikke ta av fra flatmark. Lander de på bakken er de dømt til å dø av sult, med mindre en vennlig sjel plukker dem opp og kaster dem til værs så de får luft under vingene igjen.

Referanse:

How swifts control their glide performance with morphing wings. (D. Lentink et.al. Nature, Vol. 446, No. 7139, 26.april 2007)

Lenker:

Tidsskriftet Nature

NASAs nettside om forsøk med fleksible vinger