8 aero framtida prognoser. Groende förändring

Storlek: px
Starta visningen från sidan:

Download "8 aero framtida prognoser. Groende förändring"

Transkript

1 8 aero framtida prognoser Groende förändring

2 framtida prognoser aero 9 Flygindustrin står just nu inför den största förändringen sedan jetplanen introducerades för drygt ett halvt sekel sedan. Medan de senaste femtio åren har inneburit gradvisa förbättringar av flygplanens storlek och hastighet är den främsta drivkraften i dag behovet av andra tekniska lösningar som ska ge renare och tystare flygplan. Den spirande teknik som nu dyker upp inom områden som aerodynamik, strukturmaterial, systemeffektivitet och alternativa bränslen ser ut att kunna göra denna förändring till verklighet. Av: Jonathan Clarke fotomontage: TK

3 10 aero framtida prognoser Foto: Carla thomas/nasa Illustration: MIT Illustration av hur ett flygplan med Subsonic Fixed Wings kan se ut Ett demoflygplan av X-48B med BWB ( Blended Wing Body ) Flygindustrin har ungefär 2,2 miljarder passagerare varje år. Det motsvarar en tredjedel av jordens hela befolkning och står för cirka två procent av människans kolutsläpp. I jämförelse pumpar bilar och andra markbundna transportmedel ut fem gånger så mycket koldioxid (CO2). Ändå är det jumbojeten och inte den lilla oansenliga Minin som anses som den värsta miljöboven. Men flyg- och rymdindustrin presterar alltid som bäst under press, oavsett om man vill spränga ljudvallen eller att skicka människor till månen. Målet för 2000-talet är ett koldioxidneutralt flyg. Välfinansierad miljöforskning Stora ekonomiska intressen står på spel. Allt större statliga och privata medel satsas på den miljörelaterade flyg- och rymdforskningen. Ett exempel är att EU-kommissionen och industrin under fem år gemensamt satsar en miljard euro på banbrytande teknik inom ramen för projektet Clean Sky. Airbus har satsat 320 miljoner euro om året på att företagets nya flygplan från och med 2020 ska släppa ut 50 procent mindre koldioxid och 80 procent mindre kväveoxider. De tekniska framstegen har redan visat att de kan göra skillnad. Enligt Boeings miljörapport för 2009 har jetplanens koldioxidutsläpp sjunkit med ungefär 70 procent, medan bullret har minskat med 90 procent och det på bara femtio år. Airbus har pekat på liknande framgångar i sin Environmental Social & Economic Report. Båda företagen har dessutom satt upp nya djärva mål för den generation flygplan som nu är under utveckling. Boeings efterlängtade långdistansplan, 787:an, har redan från början konstruerats för att ge en 20-procentig förbättring av bränsleeffektiviteten, en 20-procentig sänkning av koldioxidutsläppen och 60 procent mindre buller jämfört med dagens liknande jetplan. Airbus svar på 787:an är A350 XWB, som enligt det europeiska konsortiet ska sänka bränsleförbrukningen och koldioxidutsläppen med upp till 25 procent jämfört med andra flygplan inom samma kategori. Subsonic fixed wing project På längre sikt satsar NASA på avsevärt kraftfullare förbättringar av utsläpp, buller och prestanda i sitt trestegsprojekt Subsonic Fixed Wing. Efter 787 och A350 kommer troligen nästa utvecklingssteg omkring Då ska en ny serie Tillsammans beräknas alla winglets ha sparat flygbolagen mer än 550 miljoner liter bränsle om året. medeldistansplan ersätta dagens A320 och 737. I NASAs studie kallas steget N+1, och målet är att minska bullret med 32 db, kväveoxidutsläppen med 70 procent och bränsleförbrukningen med 33 procent jämfört med i dag. N+1 förutsätter flygkropp och vingkonfiguration av standardtyp men med ny motorteknik, som en propellerfläkt eller växlad turbofläktmotor. Dessutom förutspås en helt annan flygplansform från och med NASAs N+2-mål går ut på att sänka bullret med 42 db, kväveoxidutsläppen med 75 procent och bränsleförbrukningen med 40 procent. Ett av de hybridkoncept som forskarna på Boeing och NASA överväger är den flygande vingen BWB (Blended Wing Body). Det innebär att vingen och flygkroppen byggs ihop till en enda effektivare lyftkropp med mindre yta och aerodynamiskt motstånd. Tack vare konfigurationen kan motorerna också placeras ovanpå flygplanet, så att bullret skärmas av ner mot marken. Demoflygplan redan i luften Vid NASA Dryden Flight Research Center på Edwards-flygbasen i Kalifornien finns redan demoflygplanet X-48B, i skalan 8,5 med en vingbredd på 6,40 m. År 2010 är det tänkt att ännu ett obemannat BWB-demoflygplan, X-48C, ska ingå i provflygningsprogrammet. Med det ska man testa tystare teknik som en del i NASAs nya program för miljövänligare flygplan, Environmentally Responsive Aircraft. X-48C vindtunneltestas just nu vid NASA Langley. Den har två turbofläktmotorer med högt bypassförhållande

4 framtida prognoser aero 11 foto: boeing foto: USAF/1:e sergeant Barry Loo En prototyp av X-48C monterad i en fullskalig vindtunnel En bakåtsvept vingspets kan sänka luftmotståndet med upp till 5,5 procent. Det bästa sättet att minska växthusgaserna för flygoch rymdindustrin är enligt många att helt enkelt använda alternativa bränslen i stället för tre och dubbla snedställda stjärtfenor i stället för winglets. NASAs N+3-mål är ännu djärvare. Det innebär ytterligare minskade kvävedioxidutsläpp, en bullerminskning på 71 db och över 70 procent lägre bränsleförbrukning omkring För att kunna förverkliga dessa mål måste flyg- och rymdindustrin öka den aerodynamiska effektiviteten rejält under de närmaste åren. Dessutom krävs lättare strukturer, effektivare system och alternativ till dagens fossila bränslen. Winglets sparar bränsle De senaste 40 åren har redan inneburit stora framsteg när det gäller mindre luftmotstånd och högre marschfart. Bland uppfinningarna märks den superkritiska vingprofilen med nedböjd undersida av bakkanten. Andra förbättringar var införandet av winglets som minskar luftvirvlarna och ökar bärkraften. Nästa steg var den högeffektiva blended winglet, utvecklad av Aviation Partners. Denna tydligt böjda winglet Purgerbusken kan bli framtidens bränsle. finns nu på nästa generations cirka :or och beräknas ha sparat flygbolagen sammanlagt mer än 550 miljoner liter bränsle om året. Bakåtsvepta vingspetsar Nyare konstruktioner, som långdistansplanen Boeing 777 och 787, är utrustade med en annan vingspetsanordning, en bakåtsvept vingspets som kan minska luftmotståndet med upp till 5,5 procent jämfört med endast 4 procent på 737:an. Nya studier inriktas på att minska skrovets ytfriktion, eftersom det kan stå för ända upp till 50 procent av luftmotståndet vid en långdistansflygning. En metod går ut på att skapa ett passivt gränsskikt med hjälp av V-formade räfflor. I hybridkonceptet för att åstadkomma laminärströmning kombineras en optimal utformning av vingprofilen med att gränsskiktet sugs in i vingen. Lättare material Utvecklingen av lättare material och ombordsystem bidrar också till sänkt bränsleförbrukning och lägre utsläpp. Ungefär en fjärdedel av A380:s skrov består av kompositmaterial, däribland en vingbox i kolfiber som har minskat flygplanets vikt med hela 1,5 ton. Användningen av ett pneumatiskt högtryckssystem på psi och elektriska styrsystem har dragit ned vikten ännu mer. I och med lanseringen av 787:an och konkurrenten A350 utgör kompositmaterialen 50 procent eller mer av hela strukturen. För första gången inbegriper detta även vingarna och flygkroppen. Utvecklingen mot fler eldrivna system sänker inte bara vikten. Det innebär samtidigt en möjlighet till stora effektivitetsförbättringar. Genom att driva landningsställen, miljöstyrsystemen, avisningen och hydraulpumparna med elkraft undviker man att stjäla dragkraft från huvudmotorerna. I en konstruktion utan luftavtappning, som i 787:an, förväntas kraftförlusten från motorerna minska med 35 procent. Det ökar räckvidden och minskar bränsleförbrukningen med 1 till 2 procent vid marschfart. Alternativa bränslen Det bästa sättet att minska växthusgaserna för flyg- och rymdindustrin är enligt många att helt enkelt använda alternativa bränslen. Tyngdpunkten ligger på andra generationens biobränslen från råvaror som alger, purgerbusken, halofyter och dådra. Till skillnad från första generationens biobränslen som nu ofta används, exempelvis majsbaserad etanol, konkurrerar de nya växtbaserade bränslekällorna inte med livsmedelsresurserna. De Fortsättning >

5 12 aero framtida prognoser I sin strävan att bli miljövänligare inriktar sig flyg- och rymdindustrin först och främst på teknik som ska ge effektivare och renare driftprestanda, som bättre aerodynamik, strukturer, system och alternativa bränslen. Men på lång sikt finns det en annan viktig miljöaspekt att ta hänsyn till, nämligen flygplanens hela livscykel, från det att de byggs till att de hamnar på skrotupplaget. Utmaningen är att hitta miljövänliga lösningar så tidigt som möjligt när nya projekt påbörjas. Det handlar om att inse vilka totala effekter ny teknik kommer att få under sin livscykel och se till att vi börjar utveckla rätt teknik vid rätt tidpunkt, förklarar Henrik Runnemalm, ansvarig för forskning och teknik på Volvo Aero. När konstruktörerna utvärderar nya material till flygplan koncentrerar de sig framförallt på viktbesparingar och starkare strukturer. Runnemalm håller med och föreslår andra faktorer som är viktiga när man fattar beslut om nya konstruk- Fortsättning > kan dessutom massodlas i många områden världen över, även i öknar och saltvatten, och framförallt återabsorbera koldioxid (se även sidan 38). Airbus anser att nästa generations hållbara biobränslen skulle kunna användas vid cirka 30 procent av alla kommersiella flygtransporter 2030 och har därför slagit sig ihop med Honeywell, International Aero Engines och JetBlue Airways för att uppnå det målet. Boeing har å sin sida inlett ett samarbete med Air New Zealand, Continental Airlines och Japan Airlines samt motortillverkarna General Electric, Pratt & Whitney och Rolls-Royce för att provflyga med olika kombinationer av biobränslen. Först måste biobränslena certifieras så att de kan användas inom flygindustrin från 2013, men för en blandning av hälften biobränslen och hälften Jet A-1-bränsle skulle detta kunna ske två år tidigare. Den amerikanska militären är också mycket intresserad av den nya generationens bränslen eftersom man vill minska beroendet av utländskt producerad olja. USA:s flygvapen har redan genomfört egna provflygningar med transportplanet C-17 och bombplanet B-52 och vill nu certifiera hela flottan för en blandning med upp till 50 procent biobränslen inom de närmaste fyra åren. Tekniskt genombrott Som en följd av miljölobbyns växande krav på förändringar står nu flyg- och rymdindustrin inför ett tekniskt genombrott i klass med de stora framsteg som gjordes under 1900-talet. I en färsk rapport om biobränslen drar vd:n för Air Transport Action Group, Paul Steele, följande slutsats: Det handlar inte om några lätta hinder, men de är inte oöverstigliga. Flyghistorien kantas ju faktiskt av människor som uppnått fantastiska ting, trots att alla just då hävdade att det inte gick. µ Experterna tycker till Henrik Runnemalm, ansvarig för forskning och teknik på Volvo Aero Det handlar om att inse vilka totala effekter ny 1961 lovade den unge, nyvalde presidenten, John F. Kennedy, att USA före årtiondets slut skulle ha landsatt en människa på månen och sänt henne säkert tillbaka till jorden. Det blev startskottet för ingenjörer att förena sina krafter och ledde till att Neil Armstrong kunde promenera på månen för 40 år sedan. Många anser att det nu behövs en liknande uppmaning för att lösa 2000-talets stora utmaning den globala uppvärmningen. Vi behöver ett brandtal i klass med det som motiverade folk på 1960-talet att starta Apolloprogrammet. Vi inser ännu inte vilken enorm tioner. Det handlar till exempel om hur mycket energi som krävs för att tillverka ett visst material, vilka bioch avfallsprodukter som genereras och slutligen hur materialet ska kasseras och återvinnas när flygplanen har tjänat ut. Användningen av kompositmaterial har exploderat under årens lopp. Ursprungligen användes de i sekundära komponenter som motorhuvar, sedan i viktigare strukturer som vertikala och horisontella stabilisatorer. Dagens nya 787:or består till ungefär hälften av kompositmaterial. Även om kolfiberförstärkt plast är betydligt lättare än stål, titan och till och med aluminium, bör konstruktörer som tänker på miljön inte glömma bort att det är ett oljebaserat material som är svårt att återvinna. Att hitta ett alternativ till oljebaserade, fossila bränslen är också en stor utmaning, trots de uppmuntrande resultaten från de första provflygningarna med andra generationens biobränslen. Vi står inför en rad utmaningar, inte minst när Professor Kevin Noone, institutionen för tillämpad miljövetenskap vid Stockholms Vi måste göra genomgripande förändringar, inte Foto: Jukka Lamminluoto utmaning vi har framför oss. Men när vi väl gör det kommer det att krävas genomgripande förändringar, förutspår professor Kevin Noone från institutionen för tilllämpad miljövetenskap vid Stockholms universitet. Vi har de tekniska kunskaper och färdigheter som behövs för att skapa ett hållbart flygtransportsystem, men den kompetensen ligger latent. Det handlar om att tillämpa kunskaperna. Vi har siktat för lågt. I stället för att arbeta på gradvisa förbättringar av konventionell teknik måste människor fokusera på genomgripande förändringar, menar Noone.

6 framtida prognoser aero 13 politikern tycker till teknik får det gäller att skapa en ny stödjande infrastruktur som gör alternativa bränslen till en daglig verklighet. Därför måste vi se till att den väg vi väljer innebär verkliga förändringar på global nivå och att det inte bara blir en begränsad förändring för förändringens egen skull, påpekar Runnemalm. Nästa tillfälle att lansera ny teknik kommer inom det närmaste årtiondet, då en ny generation mindre medeldistansplan måste utvecklas för att ersätta dagens 737 och A320. Enligt Runnemalm kommer nästa årtionde att bli en intressant övergång. Branschen kommer då att förändra sina plattformar och framdrivningssystem i grunden, om det så gäller BWB (Blended Wing Body) eller propellerfläktmotorer (Open Rotor). På lång sikt kanske branschens största utmaning ändå blir att hitta de ingenjörstalanger som behövs för att förverkliga den förändringen. Vi måste hitta nya anpassade sätt att utbilda folk och göra vår bransch mer attraktiv för dem. En faktor som skulle kunna vara motiverande är utmaningen med att verkligen kunna påverka världen på det miljöplanet, avslutar Runnemalm. µ universitet gradvisa förbättringar Innovationstakten inom flyg- och rymdindustrin har saktat av betydligt och därmed lockar den inga nya förmågor. Det gick bara 66 år mellan bröderna Wrights första flygning och Armstrongs månvandring, men det kommer att ha gått minst 50 år innan nästa människa promenerar på månen. Det leder till att antalet nya ingenjörer som lockas till branschen sjunker och att den åldrande personalstyrkan i USA nu har en medelålder på 55 år. Vi måste göra ingenjörsvetenskapen mer lockande för ungdomar, menar Noone. För femton år sedan motiverades studenterna av att hitta ett bra betalt jobb, men dagens studentgeneration är mycket mer medveten om vad som pågår i omvärlden. Vad vi behöver nu är en utmaning som fångar deras intresse. µ Tobias Krantz, högskole- och forskningsminister Klimatförändringarna gör det nödvändigt att investera i miljöforskning Den 1 juli 2009 tog Sverige över ordförandeskapet i EU. Under detta halvår leder Sverige EU:s arbete och ansvarar för att driva utvecklingen framåt i viktiga EUfrågor. Aero Magazine talade med högskoleoch forskningsminister Tobias Krantz för att höra vad han har att säga om miljöforskningens framtid. Under hösten hålls flera stora seminarier som handlar om att trygga framtida forskningsresurser. Du deltog själv i konferensen om kunskapstriangeln i Göteborg i slutet av augusti. Varför är det så viktigt att tänka på den framtida tillgången på kunskap just nu? Samhället står inför enorma utmaningar. Vi måste omvandla våra energisystem och göra dem klimatneutrala. Samtidigt går vi igenom den värsta ekonomiska krisen sedan 1930-talet. Behovet av kunskap och forskning är enormt. Men kunskaperna behövs inte bara för att lösa de problem vi står inför under de närmast kommande åren. Det är också nödvändigt att lägga grunden för framtida generationers välstånd och låta bli att göra om samma misstag en gång till. Det är därför som den svenska regeringen gör sina största forskningsinvesteringar någonsin, trots konjunkturnedgången. Hur viktigt är det att investera i miljöforskningen? De klimatförändringar vi ser gör det nödvändigt att investera i miljöforskning. Ur svensk synpunkt är det särskilt viktigt att göra investeringar, eftersom vår miljöforskning intar en ledande position interna tionellt. Det är därför som den klimatrelaterade forskningen är ett av områdena i de strategiska program som regeringen lanserar. Dessa strategiska program är ett försök att samla kompetensen och skapa en internationellt konkurrenskraftig forskningsmiljö inom de områden där Sverige är särskilt framträdande. Vad anser du om den framtida miljöforskningen? Finns det skäl att oroa sig eller ser det hoppfullt ut? Jag tror att det kommer att finnas en efterfrågan på både grundforskning och tilllämpad forskning under många år framöver. En stor del av denna forskning kommer självklart att vara klimatrelaterad. Men den största delen av regeringens ökade forskningsanslag på fem miljarder kronor kommer att gå direkt till fri grundforskning genom större bidrag till universitet och tekniska institut och ökad finansiering av Vetenskapsrådet. På så sätt kan vi förhindra att forskningen blir alltför ensidig. För några årtionden sedan låg tyngdpunkten på ozonlagret. Numera ligger den på klimatförändringarna. Vad blir det sedan? Svensk miljöforskning måste bygga på en bred bas och ha möjlighet att definiera och hantera de utmaningar som framtiden bär med sig. µ