Fluoriserende olje gløder og viser luftstrømmen rundt denne futuristiske flykroppen i vindtunnelen til NASAs Langley Research Center sommeren 2015. NASA utvikler ikke bare framtidas romskip, men også fly som sparer drivstoff og dermed slipper ut mindre CO2. (FOto: NASA Langley/Preston Martin)
Fluoriserende olje gløder og viser luftstrømmen rundt denne futuristiske flykroppen i vindtunnelen til NASAs Langley Research Center sommeren 2015. NASA utvikler ikke bare framtidas romskip, men også fly som sparer drivstoff og dermed slipper ut mindre CO2. (FOto: NASA Langley/Preston Martin)

NASA forsker på grønn luftfart

Prøver ut elektromotorer, bøyelige vinger og flyging i gåseflokk.

Publisert

Fly har et dårlig miljørykte, kanskje dårligere enn fortjent. Riktignok slipper de ut mye mer klimagasser enn konkurrentene per passasjerkilometer, isolert sett.

Likevel, ser du på utslippene ved bygging og vedlikehold av infrastruktur, som veier og skinner, er miljøregnskapet penere for flyet. Det trenger jo nesten bare en flyplass i hver ende.

Infrastrukturen til togdrift slipper ut over fire ganger så mye CO2 per setekilometer som infrastrukturen til fly, viser en forskningsrapport fra Vestlandsforskning fra 2010.

Radialt nye teknologier

Det som likevel gjør fly til en miljøversting, er drivstofforbruket den tida det er i lufta. Og dette drivstofforbruket kan reduseres.

Det skjer allerede. Siden rapporten ble skrevet, har fly blitt  litt mer miljøvennlige, takket være mer effektive motorer og endringer i flygemønster.

Men de virkelig store forbedringene kommer først med radikalt nye teknologier, slike som blant annet utvikles gjennom programmene til den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA.

Jetforsterkede sideror? Elektriske flymotorer? Bøyelige vinger? Vinger og skrog i ett? Formasjonsflyging i gåseflokk? Komposittskrog? Dette er noen av teknologiene som kan brukes til å lage grønnere fly.

Jetforsterkede sideror

Store sideror gir mer luftmotstand og drivstofforbruk. NASA bruker nå et Boeing 757 passasjerfly for å prøve ut blant annet mer effektive sideror på halefinnen.

Systemet henter varm eksosgass fra den lille jetmotoren som skaffer elektrisk strøm ti flyet. Eksosgassen kjøles ned og sendes ut gjennom mange små dyser i forkant av haleroret.

Dermed kan roret bygges mindre og mer miljøvennlig, men beholde roreffekten.

Sideror med små jetdyser prøves ut i vindtunnel. Disse dysene forsterker effekten av roret, slik at det kan gjøres mindre og dermed også lager mindre luftmotstand. (Foto: NASA/Dominic Hart)
Sideror med små jetdyser prøves ut i vindtunnel. Disse dysene forsterker effekten av roret, slik at det kan gjøres mindre og dermed også lager mindre luftmotstand. (Foto: NASA/Dominic Hart)

Elektriske flymotorer

I NASAs prosjekt LEAPTech forskes det på mange små propeller drevet av elektriske motorer. Propellene er fordelt langs forkanten av vingene. Det har flere fordeler.

Den første fordelen er selvfølgelig at energien kommer fra batterier, ikke fossilt drivstoff.

Den andre er at turtallet for hver propell kan styres individuelt. Det gir bedre utnyttelse av effekten ut fra plasseringen på vingen.

Den tredje fordelen er at elektromotorer gir full kraft også ved lave turtall, noe enhver som er blitt forbikjørt av en Tesla har erfart når lyset skifter til grønt.

Det betyr at propellene kan være større og rotere langsommere. Det gir mye mindre støy.

Mye av støyen fra et vanlig propellfly kommer nemlig fra tuppen av propellen. Den går så fort rundt at den bryter lydmuren og lager en supersonisk sjokkbølge.

Selve elektromotorene går også mer lydløst enn en tilsvarende stempelmotor.

Leading Edge Asynchronous Propeller Technology (LEAPTech) er mange små elmotorer med hver sin langsomtgående propell montert langs forkanten av en ving. I samarbeid med produsenten Joby Aviation prøver nå NASA og det amerikanske flyvåpenet ut denne vingen, i første omgang festet til en lastebil. Vingen skal etter planen fly på et småfly i 2017. (Foto: Joby Aviation)
Leading Edge Asynchronous Propeller Technology (LEAPTech) er mange små elmotorer med hver sin langsomtgående propell montert langs forkanten av en ving. I samarbeid med produsenten Joby Aviation prøver nå NASA og det amerikanske flyvåpenet ut denne vingen, i første omgang festet til en lastebil. Vingen skal etter planen fly på et småfly i 2017. (Foto: Joby Aviation)

Først på bil, så på fly

I 2015 gjennomførte NASA og samarbeidspartneren Joby Aviation en serie prøver med en ving der 18 slike elektriske motorer med propeller var påmontert.

Vingen ble festet til en lastebil og prøvekjørt for målinger på Edwards Air Force Base i California.

Etter planen skal et småfly prøvefly en forbedret utgave av denne vingen i 2017.

Bøyelige vinger

Når et vanlig fly skal bremse opp og fly langsomt før landing, folder det ut flater i bakkant av vingen, kalt flaps.

Disse flapsene er stive og felles ut med et hengsel. Hvis vingen isteden kunne bøyes gradvis, som på en fugl, ville vekten av vingen og luftmotstanden bli lavere.

En slik bøyelig ving har vært prøvd ut på en forretningsjet i 2014 og 2015 i et samarbeid mellom NASA, US_Air Force Research Laboratory og firmaet FlexSys.

Ifølge FlexSys kan den bøyelige vingen spare rundt ti prosent drivstoff og redusere støyen ved avgang og landing til nær det halve.

Adaptive Compliant Trailing Edge (ACTE) er en bøyelig flaps som prøves ut på et lite tomotors jetfly. Her er flapsen foldet ut til 20 grader på NASAs Armstrong Flight Research Center på Edwards Air Force Base i California. (Foto: NASA/Ken Ulbrich)
Adaptive Compliant Trailing Edge (ACTE) er en bøyelig flaps som prøves ut på et lite tomotors jetfly. Her er flapsen foldet ut til 20 grader på NASAs Armstrong Flight Research Center på Edwards Air Force Base i California. (Foto: NASA/Ken Ulbrich)

Vinger og skrog i ett

På samme måte som flaps kan integreres i vingen, så kan vingen integreres i flykroppen. Gevinsten er den samme: Skarpe kanter langs skroget jevnes ut, luftmotstanden og støyen blir redusert og drivstoff kan spares.

Slike fly har lenge vært utprøvd. Allerede på 1930-tallet var den amerikanske prototypen Burnelli UB-14 på vingene.

På begynnelsen av 2000-tallet utviklet NASA en fjernstyrt flygende vinge med over seks meter vingespenn.

Også dronen X-48 bruker denne konstruksjonen. Den er bygget av Boeing  i samarbeid med NASA og fløy for første gang i 2007.

Problemet med slike flygende vinger og andre integrerte vinger og skrog er likevel hvor man skal gjøre av passasjerene.

Boeings X-48B er ving og skrog smeltet sammen til en form. Her er den fotografert på den uttørkede innsjøen Rogers Dry Lake ved NASA Dryden forskningssenter på Edwards Air Force Base i California. (Foto: Armstrong Flight Research Center, NASA)
Boeings X-48B er ving og skrog smeltet sammen til en form. Her er den fotografert på den uttørkede innsjøen Rogers Dry Lake ved NASA Dryden forskningssenter på Edwards Air Force Base i California. (Foto: Armstrong Flight Research Center, NASA)

Formasjonsflyging i gåseflokk

Gjess flyr i plog av samme grunn som syklister drar hverandre i felt: Luftmotstanden blir mindre.

I framtida kan også fly gjøre det samme, styrt av lynraske autopiloter som hindrer sammenstøt.

Nå skal forskere fra West Virginia University og University of Kansas prøve prinsippet med droner, støttet av NASA Leading Edge Aeronautics Research Project.

Beregninger tyder på at rundt en sjuendedel av drivstoffet kan spares på denne måten.

Kanskje vil vi i framtida også oppleve flokker av aluminiumsfugler trekke over verdenshavene.

Komposittskrog

Komposittmaterialer er allerede i bruk i dagens passasjerfly, for eksempel Boeings Dreamliner. I framtida vil de bli enda mer utbredt i skrog og vinger.

Ikke bare er komposittmaterialer lettere, slik at drivstoff spares av den grunn. NASA utvikler nå en ny måte å sette sammen komposittdelene på.

Istedenfor nagler bruker de en sammensying av lag og staver av komposittmateriale.

Dermed tåler materialet skader bedre. Forsøk viser at når materialet bøyes og skades, vil ikke skaden utvide seg videre, som langs naglede plater.

Dessuten kan delene ha mykere former, som i den flygende vingen. Dette reduserer drivstofforbruk ytterligere.

Flak av karbonkompositt tåler skader bedre enn naglede plater, viser dette forsøket ved NASAs Langley Research Center. Sprekken i midten utvidet seg ikke videre, selv om materialet ble utsatt for mye større belasninger enn under en flygning. (Foto: NASA)
Flak av karbonkompositt tåler skader bedre enn naglede plater, viser dette forsøket ved NASAs Langley Research Center. Sprekken i midten utvidet seg ikke videre, selv om materialet ble utsatt for mye større belasninger enn under en flygning. (Foto: NASA)

Referanse og lenker:

Transport, energi og miljø. Sluttrapport. Morten Simonsen. Vestlandsforskning 2010.

Om jetforsterkede sideror på NASAs nettsted

NASAs artikkel om LEAPTech, vingen med de mange små elektriske flymotorene

Om LEAPTech på nettsidene til firmaet Joby Aviation, som har bygget vingen med elmotorene

Om bøyelige vinger på NASAs nettsted

Om blant annet formasjonflyging på NASAs nettsted

Om PRSEUS, ny framstillingsmetode for komposittskrog, på NASAs nettsted