Fly skal flakse med vingene

Lett som skum, sterk som metall og bøyelig som gummi – ingeniører har utviklet en ny flyvinge som kan bøyes og styre flyet helt uten mekaniske deler. Oppfinnelsen kan føre til en helt ny flytype som flyr som fugler.

Lett som skum, sterk som metall og bøyelig som gummi – ingeniører har utviklet en ny flyvinge som kan bøyes og styre flyet helt uten mekaniske deler. Oppfinnelsen kan føre til en helt ny flytype som flyr som fugler.

Det lyder et lite pling når lampen med sikkerhetsbeltet blir skrudd på.

Du speider ut av vinduet mot New Yorks skyline før du lander og ser hvordan den ene vingespissen vrir seg ned og opp igjen i takt med flyets bevegelser.

Vingen bøyer seg lett og naturlig etter luftstrømmene, som om den tilhørte en fugl som gled elegant gjennom luften.

Fly med vinger som kan endre form i flytende bevegelser, er nå godt på vei til å gå på vingene.

Et team av forskere fra Nasa og MIT har nylig testet en ny type vinge som kan bøyes og vris nesten uten hjelp fra motorer og mekaniske deler.

Det vil gjøre vinger lettere og mer aerodynamiske.

I første omgang skal teknologien brukes i droner og småfly, men på sikt kan den nye vingen bane vei for en helt ny type fly som flakser med vingene og i noen tilfeller kanskje kan unnvære propeller eller jetmotorer helt.

Prototypen av vingen har blitt montert manuelt. I framtiden skal roboter bygge vingen.

Perfekte vinger finnes ikke

Det er umulig å konstruere den perfekte flyvingen med de materialene og den teknologien som flyprodusentene bruker i dag.

En vinges ideelle form er rett og slett ulik alt etter om flyet letter, cruiser eller lander.

Flyet trenger massevis av oppdrift og framdrift når det letter, mens farten skal bremses når det går inn for landing.

Derfor har fly en rekke bevegelige flater som kalles flaps, som sitter langs bakkanten av vingen. Ved takeoff vippes de nedover, slik at de gir nok oppdrift til å løfte flyet.

Ved landing blir flapsen vippet helt ut, slik at de gir maksimal luftmotstand og dermed bremser flyet.

En moderne flyvinge er fylt med motorer, kabler og hydraulikk som gjør det mulig å bevege flapsen ut og inn.

Alt det utstyret er tungt: En vinge på en Boeing 747 veier for eksempel opptil 43 000 kilo, omkring en tiendedel av vekten til hele flyet.

Jo flere kilo flyet skal løfte fra bakken og holde i lufta, desto mer drivstoff bruker det.

I tillegg er det komplisert og dyrt å bygge vingen, og å vedlikeholde den.

I 1903 hadde ikke Wright-brødrenes fly flaps, men vingene var laget av tre og stoff og var derfor fleksible. Piloten lå på magen og styrte flyet ved å trekke i tau som fikk vingene til å vri seg. Her er flyet sett forfra: Hvis piloten legge flyet mot venstre, trakk han i tauene slik at den bakerste delen av høyre vinge bøyde seg nedover og bakerste del av venstre vinge bøyde seg oppover. Det økte oppdriften på høyre side og senket den på venstre.

Ny vinge låner fra fortiden

I flyvningens barndom, for over 100 år siden, var vinger laget av tre og stoff.

Det gjorde dem mer fleksible enn moderne vinger, siden piloten kunne manøvrere ved å bøye vingene ved å dra i snorer.

Men etter hvert som vi fløy lenger, høyere og raskere, ble det behov for mer holdbare materialer, som tålte vær og vind i mange kilometers høyde.

Derfor er moderne vinger laget av metaller som aluminium og titan eller komposittmaterialer som glassfiber og karbonfiber.

Men disse materialene er stive.

Den hellige gral innen vingedesign er en konstruksjon som forener den høye styrken fra moderne vinger med fleksibiliteten fra stoff- og treflyene.

Og nå er gralen kanskje funnet: en sterk flyvinge som er lettere og mer fleksibel enn en konvensjonell variant, med like få bevegelige deler som på et gammeldags stoffly.

Nasa- og MIT-forskere har bygget en fleksibel vinge, der skjelettet ser ut til å bestå av tusenvis av stenger som er tynne som fyrstikker.

Alle som har prøvd å bygge med fyrstikker og lim, vet at selv den mest vaklevorne bro kan stabiliseres med tverrstag.

Det er nettopp en gitterkonstruksjon med hundrevis av små avstivere på langs og på tvers som gjør den nye vingen sterk som metall, selv om den først og fremst består av luft.

Nasas bøyelige vinge er bygget av hundrevis av elementer som ser ut som diamanter lager av fyrstikker, med åtte sider. Når diamantene blir koblet sammen, danner de et tett gitter som er bøyelig og kan vris for å oppnå den optimale aerodynamikken.

©

Vingen vrir og bøyer seg

Vingen veier 5,6 kg/m3 – bare litt mer enn aerogel, det letteste materialet i verden. Vingen har ingen bevegelige deler, men piloten kan aktivere motorer langs kanten, som via tynne karbonfiberrør kan trekke i vingens bakkant og spiss, og dermed vri og bøye den.

©

Bøyelig gitter er én bevegelig flate

Vingen består av hundrevis av hule grunnelementer som er satt sammen i et gitter. Forskere plasserer stive og myke elementer i et mønster, slik at vingen er stabil, men samtidig kan bøye og vri seg. Dermed er aerodynamikken optimal ut fra situasjonen.

©

Fleksible diamanter danner gitteret

Grunnelementene er 5 centimeter brede «diamanter» med åtte sider. De er laget av polyeterimid, en fleksibel type plast. Diamantstrukturen gir den maksimale robustheten med færrest mulig festepunkter. Noen elementer forsterkes med glassfiber.

Vingen er én stor flaps

Gitteret i den fleksible vingen er bygget opp av hundrevis av diamantformede, hule «byggeklosser» – de fleste av dem i et bøyelig plastmateriale, mens andre er forsterket med glassfiber, slik at de er stive.

Vingen kan sammenlignes med en sammenleggbar levegg, der de fleksible byggeklossene er selve seilduken, mens de stive byggeklossene er stengene.

Seilduken kan blafre i vinden, men stengene sørger for at den holder på den opprinnelige formen.

Takket være byggeklossystemet kan forskerne styre graden av stivhet eller bøyelighet

De stive byggeklossene er plassert inne ved skroget og langs forkanten av vingen fordi de delene bærer vekten.

De fleste fleksible byggeklossene finnes i bakerst og ytterst, så de delene kan bøyes. Dermed kan vingen bøye seg som siv i vinden.

Det gir en mer effektiv drivstoffbruk siden det reduserer luftmotstanden.

I motsetning til vanlige vinger styres ikke vingen via motorer og hydraulikk inne i selve vingen, men ved hjelp av motorer som sitter montert helt inne ved innerkanten av vingen, langs skroget på flyet.

Motorene er forbundet via tynne karbonfiberrør til for eksempel spiss og bakkant.

Piloten kan bruke rørene til å trekke i disse delene av vingen og få dem til å bøye eller vri seg. Dermed blir hele vingen til en stor, fleksibel flaps.

Det gjør vingen både lettere og mer aerodynamisk enn de stive vingene med hydraulisk styrte flaps som brukes i dag.

Forskernes nye vinge veier under en hundredel av de tradisjonelle variantene.

Mindre vekt betyr mindre drivstofforbruk. Nye vinger kan la framtidens fly nå mye lenger på hver liter drivstoff.

Fly med disse nye vingene kan også nøye seg med mindre drivstofftanker. Samtidig er vingen enklere å bygge fordi man kan unnvære mesteparten av maskineriet.

Forskernes prototype har et vingespenn som på små propellfly, og planen er at ultralette droner som for eksempel frakter medisiner til isolerte katastrofeområder, blir de første fartøyene som skal bruke vingen.

Lettvektsdroner og små privatfly er bare begynnelsen. Om 30–40 år kan vi se store passasjerfly med bøyelige vinger.

Den fleksible vingen kan på sikt endre flyvningen som vi kjenner den og bane vei for nye flytyper som flakser med vingene, slik at de i noen situasjoner kan fly nesten uten motorkraft.

Neste reisemål for vingen, sier forskerne, er verdensrommet.

Vekt er akilleshælen ved romferder, og her vil den fleksible gitterkonstruksjonen være ideell fordi den er så lett.

Forskerne mener gitteret kan brukes til alt fra romstasjoner til droner som skal lete etter liv på andre planeter.