Fly skal baske med vingerne

Let som skum, stærk som metal og bøjelig som gummi – ingeniører har udviklet en ny flyvinge, der kan bøjes og styre flyet helt uden mekaniske dele. Opfindelsen kan føre til en helt ny flytype, der flyver som fugle.

Let som skum, stærk som metal og bøjelig som gummi – ingeniører har udviklet en ny flyvinge, der kan bøjes og styre flyet helt uden mekaniske dele. Opfindelsen kan føre til en helt ny flytype, der flyver som fugle.

Der lyder et ding, da lampen med sikkerhedsbæltet bliver tændt.

Du spejder ud ad vinduet mod New Yorks skyline, inden du lander, og ser, hvordan den ene vingespids vrider sig nedad og op igen i takt med flyets bevægelser.

Vingen bøjer sig let og naturligt efter luftstrømmene, som sad den på en fugl, der elegant gled gennem luften.

Fly med vinger, der kan ændre form i flydende bevægelser, er nu godt på vej til at gå i luften.

Et hold af forskere fra NASA og MIT har for nylig testet en ny type vinge, der kan bøjes og vrides næsten uden hjælp fra motorer og mekaniske dele.

Det vil gøre vinger lettere og mere aerodynamiske.

I første omgang skal teknologien bruges i droner og små fly, men på længere sigt kan den nye vinge bane vejen for en helt ny type fly, der basker med vingerne og i nogle tilfælde måske helt kan undvære propeller eller jetmotorer.

Prototypen af vingen er blevet monteret manuelt. I fremtiden skal robotter bygge vingen.

Perfekte vinger findes ikke

Det er umuligt at konstruere den perfekte flyvinge med de materialer og den teknologi, som flyproducenterne bruger i dag.

En vinges ideelle form er simpelthen forskellig, alt efter om flyet letter, cruiser eller lander.

Flyet har brug for masser af opdrift og fremdrift, når det letter, mens farten skal tages af, når der lægges an til landing.

Derfor har fly en række bevægelige flader kaldet flaps, som sidder langs vingens bagkant.

Ved takeoff vippes de nedad, så de giver fremdrift og opdrift til at løfte flyet.

Ved landing bliver flapsene kørt helt ud, så de giver maksimal luftmodstand og dermed bremser flyet.

En moderne flyvinge er fyldt med motorer, kabler og hydraulik, som gør det muligt at køre flapsene ud og ind.

Alt udstyret er tungt: Én vinge på en Boeing 747 vejer for eksempel op til 43.000 kilo, omkring en tiendedel af hele flyets vægt.

Jo flere kilo flyet skal løfte fra jorden og holde flyvende, desto mere brændstof bruger det.

Dertil kommer, at konstruktion og vedligeholdelse af vingen er både kompliceret og dyr.

I 1903 havde Wright-brødrenes fly ikke flapper, men vingerne var lavet af træ og stof og var derfor fleksible. Piloten lå på maven og styrede flyet ved at trække i reb, der fik vingerne til at vride sig. Her er flyet set forfra: Hvis piloten ville rulle flyet mod venstre, trak han i rebene, så bageste del af højre vinge bøjede sig nedad og bageste del af venstre vinge bøjede opad. Det øgede opdriften i højre side og sænkede den i venstre, så flyet rullede.

Ny vinge låner fra fortiden

I flyvningens barndom for over 100 år siden var vinger konstrueret af træ og stof.

Det gjorde dem mere fleksible end moderne vinger, da piloten kunne manøvrere ved at bøje vingerne med snoretræk.

Men efterhånden som vi fløj længere, højere og hurtigere, blev der behov for mere holdbare materialer, som kunne tåle påvirkninger fra vind og vejr i mange kilometers højde.

Derfor er moderne vinger konstrueret af metaller som aluminium og titanium eller kompositmaterialer som glas- og kulfiber.

Men materialerne er stive og ubøjelige.

Den hellige gral inden for vingedesign er en konstruktion, der forener den høje styrke fra moderne vinger med fleksibiliteten fra stof- og træflyene.

Og nu er gralen måske fundet: en stærk flyvinge, der er lettere og mere fleksibel end en konventionel vinge og næsten lige så fri for bevægelige dele som et gammeldags stoffly.

NASA- og MIT-forskere har bygget en fleksibel vinge, hvis skelet ser ud til at bestå af tusindvis af små, tændstiktynde stænger.

Alle, der har prøvet at bygge med tændstikker og lim, ved, at selv den mest vakkelvorne bro kan stabiliseres med tværstivere.

Det er netop en gitterkonstruktion med hundreder af små stivere på langs og på tværs, som gør den nye vinge stærk som metal, selvom den primært består af luft.

NASA’s nye bøjelige vinge er opbygget af hundredvis af små elementer, der ligner tændstikdiamanter med otte sider. Når diamanterne bliver koblet sammen, danner de et tæt gitter, der er bøjeligt og kan vrides for at opnå den optimale aerodynamik.

©

Vingen vrider og bøjer sig

Vingen vejer 5,6 kg/m3 – kun lidt mere end aerogel, det letteste materiale i verden. Vingen har ingen bevægelige dele indeni, men piloten kan aktivere motorer langs vingens kant, som via tynde kulfiberrør kan trække i og vride og bøje vingens bagkant og spids.

©

Bøjeligt gitter er én bevægelig flade

Vingen består af hundredvis af hule grundelementer, der er sat sammen i et gitter. Forskere placerer stive og bløde elementer i et mønster, så vingen er stabil, men samtidig kan bøje og vride sig, når luftstrømme påvirker den, så aerodynamikken altid er optimal ift. situationen.

©

Fleksible diamanter danner gitteret

Grundelementerne er 5 cm brede, ottesidede “diamanter” af polyetherimid, en fleksibel type plast. Diamantstrukturen giver den maksimale robusthed med færrest mulige samlingspunkter. En lille del af elementerne forstærkes med glasfiber, så de er ubøjelige.

Vingen er én stor flap

Gitteret i den nye fleksible vinge er opbygget af hundreder af diamantformede, hule “byggeklodser” – de fleste af dem i et bøjeligt plastmateriale, mens andre er forstærket med glasfiber, så de er stive.

Vingen kan sammenlignes med et læsejl, hvor de fleksible byggeklodser er selve sejldugen, mens de stive byggeklodser er stængerne.

Når sejlet er rejst, kan dugen blafre i vinden, men stængerne sikrer, at sejlet holder formen.

Takket være byggeklodssystemet kan forskerne styre graden af stivhed eller bøjelighed.

De stive byggeklodser er placeret inde ved flyets skrog og langs vingens forkant, fordi de dele bærer vingens vægt.

De fleste fleksible byggeklodser findes i vingens bagkant og spidser, som derfor kan bøjes.

Dermed kan vingen bøje som siv i vinden. Det giver en effektivere brændstofudnyttelse, da det mindsker luftmodstanden.

Til forskel fra almindelige vinger styres vingen ikke via motorer og hydraulik inde i selve vingen, men ved hjælp af motorer, som sidder monteret helt inde ved vingens inderkant langs flyets skrog.

Motorerne er forbundet via tynde kulfiberrør til for eksempel vingens spids og bagkant.

Piloten kan via rørene trække i disse dele af vingen og få dem til at bøje eller vride sig.

Dermed bliver hele vingen til én stor, fleksibel flap.

Det gør vingen både lettere og mere aerodynamisk end de stive vinger med hydraulisk styrede flaps, som bruges i dag.

Forskernes nye bøjelige vinge vejer under en hundrededel af en almindelig vinge på samme størrelse.

Mindre vægt betyder mindre brændstofforbrug, så vingen kan få fremtidens fly til at nå meget længere på literen og for eksempel nøjes med mindre brændstoftanke.

Samtidig er vingen enklere at bygge, fordi størstedelen af det sædvanlige maskineri kan undværes.

Forskernes prototype har et vingefang på størrelse med små propelfly, og deres plan er, at ultralette droner, der for eksempel fragter medicin til isolerede katastrofeområder, bliver de første fartøjer, der skal bruge vingen.

Letvægtsdroner og små privatfly er kun begyndelsen. Om 30-40 år kan vi se store passagerfly med bøjelige vinger.

Den fleksible vinge kan på sigt ændre flyvningen, som vi kender den, og bane vejen for nye flytyper, som basker med vingerne, så de i nogle situationer kan flyve næsten uden motorkraft.

Næste destination for vingen, siger forskerne, er rummet.

Vægt er akilleshælen i rummissioner, og her vil den fleksible gitterkonstruktion være ideel, fordi den er så let.

Forskerne mener, gitteret kan bruges til alt fra rumstationer til droner, der skal lede efter liv på andre planeter.