Flygplanet. Henrik Larsén, Sara Hougberg, Anders Johansson

Transkript

1 Flygplanet Henrik Larsén, Sara Hougberg, Anders Johansson Linköpings tekniska högskola, TGTU37 Teknikens utveckling ur ett samhällsperspektiv SL1

2 Innehållsförteckning 1. Inledning Syfte Frågeställningar Metod Stora tekniska system Lars Ingelstams teori Flygplanets utveckling Första flygplanet Propeller flygplanet Jetmotorn Flygplanets framtid Flygplanets miljöpåverkan...11 Diskussion...12 Källförteckning

3 1. Inledning Flygplanet är i dag något som vi tar för givet och inte kan tänkas vara utan. Men hur var det egentligen allting började och vilka viktiga milstolpar har präglat flygplanets utveckling. Vi har även valt att fokusera på hur Lars Ingelstams teori om stora tekniska system skulle kunna appliceras på flygplanet. Vi vill även få reda på lite om flygplanets framtid. Det är en väldigt stor fråga så vi har valt att begränsa oss till vad några av världens flygbolag tror och göra för en klimatrenare framtid. 1.1 Syfte Vårt syfte med denna uppsats är att få en djupare förståelse i flygplanets utveckling ur ett historiskt perspektiv. Vi vill även ta fram framtida möjligheter för en klimatsmartare värld. Mål Kursens målsättningar är att ge grundläggande kunskaper till studiet av teknik och teknikens utveckling med utgångspunkt i sociala, historiska och kulturella perspektiv samt att ge möjlighet att reflektera över relationen teknikutvecklare och teknikbrukare utifrån dessa perspektiv. Figur 1: Målbeskrivning för kursen TGTU Frågeställningar: 1. Hur har dem stora milstolparna i flygplanets utveckling sett ut? 2. Hur ser framtiden ut enligt flygbolagen? 3. Hur ser man flygplanet enligt Lars Ingelstams teori? 1.3 Metod Vi kommer att hämta vår information från internetsidor, men också kommer vi ta information av kurslitteraturen. Vi strävar efter att använda oss av tillförlitliga källor. 3

4 2. Stora tekniska system Lars Ingelstams teori Vi bestämde oss för att skriva om stora tekniska system enligt Ingelstams teori. Då går man efter flera faser. Den första fasen är uppfinna och konstruera, där kommer bröderna Wright in i bilden där de hade stor betydelse för flygplanets uppkomst. Förbränningsmotorn byggdes, propellrarna vart förbättrade, och framförallt så hade man nu ett flygplan som kunde flyga av egen kraft. Under första världskriget så utvecklades flygplanet mycket och tillverkningen tog fart på allvar. Detta var startskottet för flygplanet och många såg nu vilken potential som flygplanet hade. Efter detta så fortsatte utvecklingen framåt och framför allt när ny teknik kom. Som till exempel avancerade kretskort, autopilot, jetmotorer och så vidare, vilket har gett oss flygplanet som vi har idag. Flygplanet används av många miljoner människor årligen, för att behålla flygplanet som ett frekvent transportmedel så krävs det ett antal saker. Säkerheten måste vara på topp, detta gäller både utvändig och invändigt. Flygplanet måste vara säkert i den bemärkelsen att planet inte drabbas av en massa incidenter som påverkar folks förtroende för flyget. Den invändiga säkerhet är något som har kommit de senaste åren och handlar mestadels om att man ska komma åt terrorister och andra liksinnade människor/grupper som vill kapa eller spränga planet. En avveckling av flygplanet verkar inte rimligt, då den numera är en självklar del av vår vardag. Det man fokuserar på i dag är snarare hur man kan göra flygplanet säkrare och miljövänligare. Den senare är även det något som kommit på senare år, och kommer onekligen vara något som kommer fortsätta vara ännu viktigare i framtiden. (Ur Världens gång teknikens utveckling, 2009) 4

5 3. Flygplanets utveckling Att flyga har människan velat göra under en lång tid. Kineserna var de första som lyckades, då de använde stora drakar och varmluft ballonger på 1000 talet. Fast problemet med dessa var att människor inte kunde åka med, var beroende av att det blåste, samt svåra att kontrollera (Claes Thiel) Leonardo da Vinci skissade under talet ritningar på helikopter liknade saker, även ritningar på ett slags flygplan som hade flaxade vingar som påminde mycket om vingarna på fåglar. Många av Leonardos uppfinningar kom dock aldrig längre än till ritbordet. Problemet var att hans uppfinningar var före sin tid. Man kunde inte hitta drivkällor som kunde driva hans maskiner (NATIONALENCYKLOPIDEN 2010) 3.1 Första flygplanet Det första moderna flygplanet anser man att bröderna Orville och Wilbur Wright byggde den 17 december Bröderna hade en cykelverkstad tillsammans, men deras intresse för flygning var påtagligt. De arbetade mycket med sina idéer och hämtade mycket inspiration från Otto Lilienthal. Han var en tysk som gjorde många experiment med glidflygarplan, och var den första som flög efter principen tyngre än luft. Över 2000 flygförsök med glidarplan gjorde han. Dock så misslyckades hans sista och han föll från 17 meter och bröt ryggen. Hans död kom på morgonen efter. Detta hände 1896 och efter hans död, så började bröderna Wrights att läsa in sig på Ottos artiklar och annan litteratur om ämnet. Bröderna Wright genomförde även de många försök med glidarplan och testade många teorier med över 200 olika vingtyper. Bröderna var duktiga, både med den teoretiska och praktiska delen. Hyfsat imponerade eftersom ingen av dem hade en examen från highschool. Orville och Wilbur må inte ha kommit på glidarplanet, men de skapade en mängd saker som var avgörande för att de lyckades bygga det första motoriserade flygplanet (Trux. John 2010) Bröderna Wright jobbade mellan med sina glidarplan, tiden präglades av många motgångar (och krascher) men de kom fram till viktiga saker under denna tid. Man ville bygga ett motoriserat plan från början, men var tvungna att börja med glidplanen för att få en bra bas. Dom arbetade med att få till rätt storlek på sina plan och att hitta ett bra styrsätt. Man räknade även en del på teoretiska modeller och var väldigt noggranna. Bröderna byggde ganska tidigt en vindtunnel som de använde för att testa deras olika vingpar. Detta var en väldigt modern uppfinning som säkerligen spelade en stor roll i deras framgångar. Fast de mest betydande uppfinningarna var deras propellrar och förbränningsmotorn. Motorn kunde byggas tack vare Charles Taylor, en man som jobbade i deras cykelverkstad. Bröderna fick hjälp med ritningar och byggandet av denna motor som vägde 78kilo och var på 12 hästkrafter samt snurrade 1200 varv per minut. Med denna motor så fick man helt nya förutsättningar, det var nu möjligt att få tillräckligt med kraft att 5

6 driva planet, samtidigt som vikten hölls nere. Detta var ett genombrott för bröderna Wright, nu kunde man montera sin motor och förhoppningsvis flyga för egen kraft. Men för att klarar av den ökade vikten som motorn gjorde så, behövdes vingspannet ökas till 13meter. Glidarplanen man hade byggt förut hade ett mindre vingspann och var klenar byggt. Nu fick man bygga ett nytt flygplan som var mer robust, större och som kräver nya lösningar. Den 17 december 1903 så lyckades man med det som hade varit så eftertraktat (Trux John 2010) Man gjorde 4 flygförsök denna dag och med dåtidens mått så var detta en enorm bedrift. Det fösta försöket varade i 12 sekunder och flög 36 meter och vid det sista försöket flög man hela 243 meter. Succén var ett faktum och efter detta så tog flygindustrin verkligen fart. Under näst kommande år så fortsatte bröderna att förbättra sina plan och slog nya höjd och längd rekord. Man flög nu i andra länder som England, Italien, och frankrike. Man kunde ta passagerare med upp i luften. (Trux John 2010) Man sålde ett flygplan till amerikanska militären år 1909 och när första världskriget började flera länder använda stridsflygplan. Under första världskriget så utvecklades flygplanet snabbt, då det var en viktig komponent för att vinna kriget. Det vart en kapplöpning huvudsakligen mellan England/Frankrike och tyskarna. Båda sidorna ville ha flygplan som var snabbare, lättare och allmänt bättre än den andre. När kriget sedan var över så började man ta sina förbättringar och införa dessa i det civila livet. Utvecklingen skyddades på och flygplanen fick ny användnings områden. Post, frakt och passagerare flygplan kom som en blixt från klar himmel och privata flygbolag börjades komma. Flygplatserna fick också en upprustning och vart bättre anpassade för nattflyg. (Klackenberg Henrik 2010) 3.2 Propellerflygplan Blériots flygning år 1909 då han flög över engelska kanalen och Charles Lindberghs flygning över Atlanten år 1927 är två viktiga milstolpar i propellerflygplanets historia. Louis Blériot, född 1 juli 1872 i Cambrai, död 2 augusti 1936 i Paris, var en fransk flygpionjär. År 1906 började Blériot ägna sig åt flygning. Han var i grunden ingenjör och började konstruera ett monoplan, uppkallat efter honom själv, som visade sig ge uppseendeväckande resultat redan år Två år efter, den 25 juli 1909, flög han med sitt monoplan (Blériot XI) från Calais i Frankrike, över Engelska kanalen, och landade på en äng vid Dover Castle i England. Härmed var Louis Blériot den första att flyga över Engelska kanalen och han hyllades med ett pris på 1000 pund av en engelsk dagstidning. Flygturen påbörjades och tog 37 minuter med en azanimotor på 23 hästkrafter. Vilket då på den tiden måste ha varit otroligt snabbt och effektivt, medan vi idag anser det vara ganska långsamt för den korta sträckan med tanke på den utveckling av flygplan vi har nått idag. Blériot grundade även en flygplansfabrik, AB Blériot aéronautique, som blev en av det främsta i Frankrike. Han utövade ett stort inflytande på flygteknik och flygindustri i Frankrike.( U.S. Centennial of Flight Commission.gov , First Fly English Channel.com 2009) 6

7 Charles Augustus Lindbergh, född 4 februari 1902 i Michigan, död 26 augusti 1974 på Hawaii. Lindbergh var den första att genomföra en soloflygning nonstop över Atlanten. Flygturen ägde rum maj Han flög med sitt plan Spirit of St. Louis som finns att beskåda på National Air and Space Museum i Washington, D.C. Lindbergh startade sin flygning i Garden City, New York och avslutade den i Paris och den tog 33,5 timmar. Lucky Lindy blev Lindberghs smeknamn och han blev mycket hyllad efter denna flygtur.(charles Lindbergh.com ) Jetmotorn har verkligen gjort inverkan på flygplanets utveckling. Turen New York Paris idag tar cirka 6 timmar medan samma tur för 80 år sedan tog 33,5 timmar, detta är tack vare flygplanets utveckling och framförallt jetmotorn. 3.3 Jetmotorn Redan under 1930 talet stod engelsmannen Frank White som första person att få patent på en jetmotor, men Frank s motor skulle inte bli den första jetmotorn som äntrade luftrummet. För i tyskland år 1939 provflög man för första gången en jetmotor, det var Hans von Ohain som hade konstruerat den. Frank Whites jetmotor flögs för första gången år Jetmotorn fick sin stora betydelse som flygmotor, efter en snabb utveckling under och efter andra världskriget. Det första civila jetflygplanet sattes i trafik för första gången Ett par år senare satte man igång reguljär trafik med jetflygplan. Jetmotorn använder sig av en öppen gasturbincykel. Luften tas in i luftintaget där olika tryckhöjningar kan förekomma beroende på flyghastigheten. Luften passerar i sin tur genom en eller flera kompressorer, där trycket höjs innan bränslet tillförs och förbränningen uppstår. Förbränningen sker i den såkallade brännkammaren. Gasen som uppstår expanderar delvis i en eller flera turbiner. Turbinerna ger tillräckligt mycket arbete som behövs för att driva kompressorerna. Det ytterligare arbetet som finns tillängligt i gasen efter turbinerna omvandlas i munstrycket till en stråle med hög hastighet och därmed till en dragkraft. Med tanke på att gasturbinen i jetmotorn ger en hög verkningsgrad vid höga flyghastigheter, är så pass lätt och har en liten frontarea, gör att jetmotorn är mycket lämplig att ha som flygplansmotor. Jetmotorn har en otrolig dominans, tack vare att jetflygplan kan flyga fortare än propellerflygplan. En jetmotors prestanda styrs av den temperatur som gasen till turbinen får ha. Vill man öka dragkraften på jetmotorn kan man placera ytterligare en brännkammare före munstycket. Brännkammaren kallas då efterbrännkammaren. I efterbrännkammaren höjer man temperaturen mycket kraftigt på gasen, på så sätt får man en stor ökning av dragkraften samtidigt som bränsleförbrukning också ökar. Tack vare att flygplanet har blivit ett ännu mer smidigt och användbart transportmedel i och med jetmotorn har användningen av flygplanet ökat. Det vanligaste användningsområdet för flygplanet är såklart att transportera passagerare. För detta finns det flygplan som kan ta allt ett fåtal passagerare upp till 500 passagerare. När det gäller transport av till exempel mat 7

8 och gods är flygplanet svårt att slå. Det som förr i tiden kunde ta upp till nästan en månad att transportera med båt kanske bara tar mellan 5 10 timmar att transportera idag. Ett annat mycket viktigt användningsområde som flygplanet har är krigföring. Flygvapnet är absolut det farligaste och effektivaste vapnet som vi har på vår jord idag. Dagens utveckling och teknologi inom flygvapnet har gått så pass lång att det finns ett flygplan idag som nästan är helt omöjliga att upptäcka. Flygplan kan också användas till reklam, exempelvis banderollreklam. Ett flygplan drivs idag av så kallat jetbränsle. Skillnaden mot vanlig fordonsbensin är att jetbränsle har en mycket högre kokpunkt. Bränsle som driver en jetmotor kallas för flygfotogen, då jetbränslet består av kolväten. Det ställs oerhörda krav på att jetbränsle produceras på rätt sätt. Det ska uppfylla högt ställda krav som finns specificerade i tekniska standarder. Dessa standarder innebär att jetbränslet måste ha en mycket god köldegenskap, god kemisk stabilitet och goda förbränningsegenskaper. Självklart skall inte bränslet skada olika packningar, metaller och andra material i bränslesystemet. Jetbränsle lagras oftast i stora tankar under jord vid flygplaster, just med tanke på att bränslet inte får komma i kontakt med vatten. När det gäller leveranser av flygbensin, skall (enligt riksdagsbeslut) koldioxid samt energiskatt debiteras. På Shell Aviations (världsledande leverantör av flygbränsle) hemsida kan man läsa att flygfotogenen idag kostar 755 öre/liter på Arlanda i Stockholm. 4. Flygplanets framtid När man pratar om flygplanets framtid är självklart miljöpåverkan den stora frågan. Det är ganska förståeligt med tanke på att flygsektorn står för ungefär 3,5 procent av människans påverkan på miljön. Dessutom är flygsektorn den sektor som ökar mest. Bara dem senaste 15 åren har resor med flyg nästan fördubblats. Trots den stora miljöfrågan menar många att en flygfri värld inte är att tala om, istället är alternativa bränslen som kommer att rädda flygsektorn och miljön på lång sikt. Än så länge har många idéer ifrågasatts och fortfarande är flygbolagen väldigt hemliga med sina förslag. Svårigheten med dem nya förslagen inom alternativa flygbränslen är den ekonomiska biten. Tidningen miljö utveckling skrev år 2008 en artikel om några av dessa alternativ: I Sverige håller ett företag i Göteborg vid namn EcoPar AB på att utveckla ett syntetiskt bränsle, med målet att producera det från biomassa. Tester visade att EcoPar AB: s syntetiska bränsle hade avgaser som var helt fria från det cancerogna ämnet bensen. Ett syntetiskt bränsle är fritt från aromater och svavel. Ser man ur ett helt perspektiv, från framställning till utsläpp, så minskar koldioxidutsläppen från ungefär 30 till 40 procent, om nu råvaran är naturgas. Om nu istället råvaran är biomassa kommer minskningen av koldioxidutsläpp istället vara 90 procent. Användningen av syntetiskt bränsle kommer att kosta ungefär en till två kronor mer per liter än vanligt jetbränsle. De stora fördelarna med 8

9 det syntetiska bränslet är att det går att blanda med vanligt jetbränsle, på så sätt kan också riskerna för driftproblem minskas. Dessutom kan man använda bränslet i vanliga jetmotorer. En av världens ledande flygplanstillverkare, Airbus, testade i början av 2008 ett bränslecellsystem under en flygning av ett A320 plan. Bränslecellsystemet var främst till för att driva flygplanets elsystem, reservhydraulik och skevroder. Det var första gången som denna typ av bränslekälla användes på ett civilt flygplan. Testet resulterade i att det väteoch syrgassystemet genererade upp till 20 kilowatt elenergi och den enda rest produkten som bränslecellerna producerade var 10 liter vatten. Bränslecellsystemet testades en gång till under en internationell flygshow i Berlin, även då med ett A320 flygplan. Projektet med bränslecellsystem är mycket nära ett samarbete mellan Airbus, Michelin och det tyska rymdcentret DLR. Målet med den nya tekniken är såklart att minska utsläppen, men också att minska bränsleanvändningen och reducera buller. Under februari 2008 flög en av Virgins Atlantics jumbojet över Engelska kanalen, tankad med biobränsle. Flygplanet flögs på höjden fot och biobränslet fungerade i normala jetmotorer. Däremot i testet hade bara en av planets fyra motorer blandningen som bestod av 80 procent vanligt bränsle och 20 procent biobränsle. De övriga motorerna flögs med vanligt bränsle. Företaget siktar på att använda biobränsle i alla sina kommersiella flygningar och cirka 6 år. Ägaren till Virgin Atlantics har uttalat sig om att alger kan visa sig vara ett framtida biobränsle. Qatar Airways gör en stor satsning på att bli det första flygbolaget i världen att flyga alla sina kommersiella flygplan med naturgas. Qatar Airways har tillsammans med deras samarbetspartner, Qatar Petroleum, Shell, Airbus och Rolls Royce, inlett en forskning med målet att ta fram ett flytande syntetiskt drivmedel till flygmotorer genom att omvandla naturgas via en så kallad Gas to liquids process. Angelica Hull driver idag sedan åtta år tillbaka Swedish Biofuels, och har som mål att använda biodrivmedel till bensin och dieseldriva fordon. Sommaren 2007 lanserade Swedish Biofuels en kommersiell produkt, ett så kallat Agrodiesel 15. Agrodiesel 15 är ett miljövänligare dieselblandbränsle för alla typer av dieselmotorer där biokomponenterna är framtagna från växter. Ansvarig bakom denna teknik är den doktor examinerande ryskan Angelica Hull, som tillsammans med sin far har fått två miljoner amerikanska dollar från USA:s försvarsdepartement, för att driva ett forskningsprojekt och utveckla ett miljövänligt flygbränsle. Efter amerikansk önskan tillverkas biobränslet av spannmål, men fungerar också på restprodukter från skogsindustri eller jordbruk. Den stora skillnaden mellan Swedish Biofuels och exempelvis etanoltillverkning är att koldioxiden som bildas vid förbränningen används i processen. Angelica vill även visa att produkten kan kommersialiseras. I nyhetstidningen Nyteknik.se skriver Lars Anders Karlberg (2010) om att Stockholm Arlanda Airport även dem idéer på att skaffa så kallat grönt bränsle. Man siktar på att använda sig av 10 procentig grön inblandning i vanligt jetbränsle. Det betyder att 9

10 koldioxidutsläppen skulle minska med ton per år, Arlanda skulle då bli världens första koldioxidneutrala flygplats. Att införa detta projekt skulle innebära en stor investering. Till en början måste man hitta villiga intressenter och man måste räkna med att det kommer kosta 5 7 miljarder kronor i investeringskapital. Flera flygbolag som är redo för stora satsningar är British Airways. Infrastruktur.se skriver en artikel om att British Airways har inlett ett samarbete med ett amerikanskt bioengeriföretag, Solena Group, för att tillsammans bygga ett av Europas första anläggning för grönare jetbränsle. Tanken är att bränslet ska framställas av sopavfall från biomassa och redan inom fem år beräknar flygbolaget med att använda jetbränslet till delar av sin flotta. British Airways kommer att först och främst vara dem som använder sig av bränslet som kommer att produceras i anläggningar, som i sin tur byggs av Solena Group. Planerna är att anläggningarna skall byggas på fyra olika platser i östra London. Produktionen kommer att kunna omvandla ton avfall per år till 60 miljoner liter grönt jetbränsle. Med det nya gröna jetbränslet, beräknar British Airways med en 95 procentig minskning av utsläpp av växthusgaser, jämfört med användningen av fossila bränslen. British Airways och Solena Group hoppas på att samarbetet kommer att leda till produktion av ett hållbart och miljövänligare alternativ till jetfotogen. Projektet är ett steg på vägen till att nå det stora målet, att minska koldioxid utsläppet med 50 procent till år

11 5. Flygplanets miljöpåverkan Inrikesflygets andel av de svenska koldioxidutsläppen: Andel av transportsektorns utsläpp 3% Andel av Sveriges totala utsläpp 1% Källa: Tabellen nedan visar utsläpp från samtliga svenska flygplatser år 2006: Utsläpp i ton från samtliga svenska flygplatser 2006 Inrikes utsläpp Utrikes utsläpp Nationella utsläpp Utsläpp inom LTO cykeln* Koldioxid (CO2) Kväveoxider (NOX) Svaveldioxid (SO2) Kolmonoxid (CO) Ofullständigt förbrända kolväten (HC) *LTO cykeln (landning/start cykeln) Källa: Luftfartsstyrelsen rapport 2007:3 Flygets utveckling

12 Diskussion flygplanets framtid Vi i gruppen är överens om att flygplanet inte kommer att kunna avvecklas. Inom en snar framtid kommer det inte att finnas några andra alternativ som kan ersätta flygplanets smidighet att transportera människor och gods. Skulle inte flygplanet ha uppfunnits så tror vi att människor runt om i världen inte hade rest på samma sätt som vi gör idag. Vi tror på en framtid med alternativa bränslen och nya tekniska lösningar. Detta kommer att leda till en otrolig konkurrens när det gäller alternativa bränslen, främst när det gäller att odla fram råvaran. Detta kommer att få vissa följder, troligtvis förhöjda biljettpriser där en del av kostnadsökningen går till att klimatkompensera. Är det då värt att höja priserna för en bättre miljö? Ja, det anser vi att det är. Nått måste göras, vi måste se framåt och tänka på kommande generationer. Framtiden inom flygsektorn tror vi inte kommer att minskas, vi är istället inne på att det kommer att ökas. Folket kommer att vara beredda på att betala för flygbiljetter med tanke på att strävan om resa runt i världen fortfarande kommer att vara stor. Att tänka på hur samhället skulle se ut utan flygplanet är en väldigt konstig tanke, vi tror att vi människor har blivit så pass bekväma med flygplanet att ens tänka tanken om avveckling inte riktigt går ihop. För att nå ett resultat måste flygbolagen och tillverkare gå i samverkan för att fortsätta utvecklingsarbetet. Ett bolag kan inte påverka teknikutvecklingen i någon större utsträckning men däremot kan dem själva välja att tillämpa den bästa tekniken. Med detta innebär att bolaget i sig genomför åtgärder såsom, bättre bränsle, grön inflygning och ecodriving. Men däremot i samarbete med andra bolag och samhället tror vi att man kan utföra detta i en större grad, mot ett klimatrenare samhälle. 12

13 Källförteckning: Tryck källa: Gyberg Per, Hallström Jonas, Världens gång teknikens utveckling 2009 Webbsidor: Nationalencyklopedin (2010) Hämtat från: da vinci/ Biblioteket (2010) Hämtat från: Militärhistoria (2010) Hämtat från: varldskriget/flygaress under forsta varldskriget / Populärhistoria (2010) Hämtat från: Centrennialofflight (2010) Hämtat från: Firstflyenglishchannel (2010) Hämtat från: Charles Lindbergh (2010) Hämtat från: Nyteknik (2010) Hämtat från: Nationalencyklopedin (2010) Hämtat från: Infrastruktur (2010) Hämtat från: airways i satsning pa gront jetbransle Shell (2010) Hämtat från: static.shell.com/static/sesv/downloads/shell_for_businesses/aviation/prislista_flygbensin_flygfotogen_sep_10.pdf Miljöutveckling (2010) Hämtat från: utveckling.se/nyheter/artikel.php?id=

14 Luftfartsstyrelsen rapport 2007:3 Flygets utveckling Hämtat (2010) från: 60b6 4aba 9831 ad478daa9f58.aspx Naturvårdsverket (2010) Hämtat från: 14