Lesbók Morgunblaðsins - 16.03.1996, Blaðsíða 2

**»
STÓRT farþegarými, svipað leikhús-
sal, tekur 6-800 farþega. A)Fyrsta
farrými. B)Efra loft. C)Eldsneyti.
D)Vörugeymsla. E)Neðra loft.
; _____' ♦**♦¥*•»

ORÐALISTI
Hjáflæði...Bypass
Hjálmskjár..Helmet visor
Huliðsvél..Stealth airplane
Klár.....Smart
Skynjunarvirkjun..Cognitive engineering
Snertilag..Boundary layer
Staðvitund..Situation awamess
Tvinnublanda.Composite material
Örskynjari..Microsensor
Örvirki..„Microactuator
andi vængi, B-35 og B-49) og stærri flug-
vélar komist ekki í framkvæmd er tækni-
þróunin slík að hún mun gera næstu kyn-
slóð venjulegra flugvéla hagkvæmari og
öruggari. Þannig munu örgjörvar, örskynj-
arar og örvirkjar sem dreift verður um alla
flugvélina valda byltingu í hönnun og notk-
un nýrra flugvéla. Þannig mun „klára“ flug-
vélin gera hönnuðum kleift að hafa stjóm
á mörgum fyrirbærum sem þeir hafa lengi
vitað af en ekki verið færir um að stýra.
Sjálfvirk stjómun t.d. örvirkja sem breyta
loftstraumi yfir vængi á grundvelli upplýs-
ingasöfnunar frá örskynjurum getur minnk-
að loftmótstöðu og þannig aukið hag-
kvæmni og hraða, eða bætt dreifingu álags
á vængi þannig að öryggi og ending aukist.
Upplýsingasafn frá neti örskynjara getur
þannig lengt tíma sem flugvélin getur ver-
ið án skoðunar og einnig gert flugvirkjum
kleift að finna orsakir vandamála fljótt og
örugglega. Aðrir skynjarar geta með því
að samnýta upplýsingar frá gervitunglum
gefið áhöfn mun nákvæmari upplýsingar
um staðsetningu ekki bara þeirra eigin flug-
véla, heldur einnig annarra flugvéla í ná-
grenninu.
(Einnig er unnið að hönnum tækja til
að gera flugvélum kleift að fylgjast með
ókyrrð í lofti sem getur valdið farþegum
miklum óþægindum. Þýð.)
NÝJAR efnablöndur
Ekki er víst að slík „klár“ flugvél komist
í framleiðslu strax. Samt munu flugfélögin
beina athygli framleiðenda að lækkuðum
rekstrarkostnaði flugvéla sinna. Þannig
miin tölvutæknin hjálpa til með því að sýna
hvaða hlutir eru öruggastir og endingar-
bestir og hveija skortir á og þannig beina
athygli framleiðenda enn frekar að endur-
bótum á þeim hlutum sem þörf er að bæta.
Einnig munu efnisfræðingar glíma við nýj-
ar efnablöndur. Ný málmblanda úr áli og
litíum vekur vonir vegna lægri eðlisþyngdar
og meiri styrks en aðrar álblöndur hafa.
Vegna þessa valdi Airbus samsteypan að
nota þessa blöndu í frambrúnir vængjanna
í hinum nýju gerðum Airbus A330 og A340.
Meiri notkun þessarar ál-litíum blöndu
mun líklega bíða þar til málmsérfræðingar
finna samsetningu sem stendur betur móti
sprungumyndun. Alcoa álsamsteypan er
sögð vera að þróa ál-litíumblöndu sem eyk-
ur sprunguþol meira en þriðjung framyfír
núverandi álblöndur. Rannsókn Alcoa sýnir
að þessi blanda gæti sparað um 12% af
þyngd stélflata á stórum flugvélum eða um
300 kg. Annar möguleiki eru „tvinnublönd-
ur“ þar sem kolþráðum er tvinnað í fjöllið-
ur sem gerir blönduna mjög sterka miðað
við þyngd. Aðlaga má blöndurnar að þeim
burði sem efnið þarf að standast með því
að breyta magni og stefnu kolþráðanna í
blöndunni.
Undanfarin ár hafa bæði herflugvélar
og aðrar notast við tvinnublöndur í þá hluta
flugvéla sem ekki verða fyrir miklu burðar-
álagi. Hátt verð og skortur á þekkingu á
því hvernig þessar blöndur bregðast (bila)
undir álagi hafa komið í veg fyrir að þær
séu notaðar víðar í farþegaflugvélum.
Hönnuðir eru hægt og bítandi að afla sér
þessarar þekkingar þannig að tvinnublönd-
ur eru nú um 9% af þyngd Boeing 777 flug-
vélanna sem teknar voru i notkun í júní
1995. Þetta er um þrefalt magn miðað-við
Boeing 757 og 767.
Flestar „tvinnublöndur" eru bakaðar í
ofni undir háum þrýstingi og ekki er hægt
að hita þær aftur og breyta lögun þeirra.
Þessi ókostur mun ekki fylgja nýjum hita-
plastefnum sem gera kleift að hita hluti
búna til úr þeim aftur og breyta lögun til
að komast fyrir framleiðslu- eða hönnunar-
galla.
Reiknað er með að endingu bæði ál- og
tvinnublanda megi auka með því að setja
í efnin örskynjara sem mæla álag. Þessar
upplýsingar gera kleift að meta hve lengi
enn má nota hlutina og ekki síður gera
kleift að laga notkun hlutanna að álagi t.d.
í hreyfanlegum stýriflötum.
Betri Hreyflar
Tvinnublöndur úr málmum og keramík
geta aukið afköst hreyflanna. Hreyfíll sem
notar blöndu af kísil-kolefnisþráðum í títan-
íum grunni getur unnið við hærra hitastig
en áður og því gefíð sama kný og áður
með minni eldsneytisnotkun. Einnig yrði
slíkur hreyfíll léttari og endingarbetri.
Hönnuðir hafa einnig endurbætt hreyfla
með því að auka hjáflæði í nýjum hreyflum.
Hjáflæði er loft sem stór hverfill dregur inn
en fer síðan framhjá hinum eiginlega bruna-
hluta þotuhreyfílsins og blandast_ heitum
útblæstrinum aftan við hreyfílinn. í nútíma
hreyflum er hlutfall hjáflæðilofts um sex
til sjöfalt miðað við það sem blandað er
eldsneyti og brennt. Þetta hjáflæði eykur
kný, minnkar eldsneytisnotkun og lækkar
hávaða. Tilraunahreyflar hafa þegar verið
gerðir þar sem hjáflæðihlutfall er upp í
tuttugu. Við þetta hátt hlutfall koma á
móti vandamál af aukinni loftmótstöðu
ásamt stærri og þyngri framhverfli.
Hagkvæmni hverfílhreyfla ákvarðast ekki
síður af lögun hverfilblaðanna. Rannsóknar-
stöð MIT í hverfiltækni er áð hanna „klár-
an“ hreyfil með skynjurum og virkjum sem
geta breytt lögun hverfílblaðanna meðan á
notkun stendur og aukið þannig afköstin.
Þetta ásamt minni loftmótstöðu mun
auka hagkvæmni flugvéla enn meira. Loft-
mótstaða kemur frá öllum hlutum flugvéla,
en einn staður sem verið hefur hönnuðum
erfiður er efra yfirborð vængjanna. Flug-
eðlisfræðingar eyða miklum tíma í að rann-
saka það þunna lag lofts sem flæðir næst
yfírborði flugvélanna og nefnist „snertilag".
Best er að þetta þunna lag lofts sé slétt
og fellt, en í stórum farþegaflugvélum verð-
ur það truflað, sérstaklega á efra borði
vægjanna, og þar verður það að hringiðum
lofts sem auka loftmótstöðu verulega.
NASA hefur gert tilraunir með að útbúa
Boeing 757 flugvél með vænghluta þar sem
þetta órólega loftlag er sogið í burtu. Hluti
vængjarins er þakinn litlum götum sem
TVINNUBLÖNDUR fyrir flugvélar eru framleiddar í hitahólfum eins og hér
í verksmiðju Textron Speciality Materials. Starfsmaður losar þynnu sem
framleidd er með því að sprauta titanium-málmi á lag kísil-kolefnisþráða.
FLJÚGANDI vængur: YB 49, sjá eftirmála þýðanda.
tengd eru sogdælu. Dælan dregur órólega
lagið inn um götin og sléttir þannig úr loft-
streyminu. Örskynjarar á vængnum ákveða
hve mikill óróleikinn er og þannig hve mik-
ið innsogið þarf að vera. Ennfremur hafa
hönnuðir séð fyrir sér að hægt sé að minnka
loftóróa með fjölda örsmárra spjalda eða
vængbarða sem hreyfast eftir fyrirmælum
örskynjara.
Staðvitund
Flugmenn vinna betur ef þeir fá betri
tæki til að sýna þeim hvar þeir eru og á
hvaða leið þeir eru. „Staðvitund“ hefur það
verið nefnt að geta unnið úr öllum þeim
upplýsingum sem flugmenn fá frá hinum
ýmsu mælitækjum og ytri áreitum og vera
þannig ætíð meðvitaðir um hraða, hæð,
staðsetningu, stefnu, veður og aðrar flug-
vélar. Hönnuðir þurfa að ákveða hvernig
er best að birta áhöfnum upplýsingar.
Venjulega er flugmönnum nægilegt að sjá
að vísarnir á mælunum benda rétt. Þegar
á bjátar er hinsvegar nauðsynlegt að geta
fljótt og rétt áttað sig á því hvað er að og
velja úr mögulegum leiðum.
Nútíma stjórnklefar geta sýnt geysilegt
magn upplýsinga, raunar of mikið til að
hægt sé að átta sig að fullu á þeim örfáu
sekúndum sem gefast í neyðartilvikum. Til
að vinsa úr upplýsingaflæðinu það sem
nauðsynlegt er í hveiju tilviki þarf hugbún-
að og tölvur sem ekki eru til í dag. Áður
en hægt er að hanna slík tæki þarf nýja
grein vísinda. Nefna mætti hana „skynjun-
arvirkjun". Hér er átt við að sameina vitn-
eskju um hvemig maðurinn vinnur úr upp-
lýsingum og hvemig þessi úrvinnsla tengist
því sem fram fer í heila hans.
„Skynjunarvirkjun" gæti komið að mestu
gagni þegar hún er látin vinna með nýrri
skjátækni sem varpar nauðsynlegum upp-
lýsingum á hjálmskjá flugmannsins. Hugs-
anlegt er að flugmenn geti svarað gagna-
flæði á slíkum hjálmskjá eins hratt og þeir
geta hugsað. Rannsóknir eru þegar hafnar
á að nota heilasveiflur til að stjórna stað-
setningu punkta á skjá og þannig hugsan-
lega stjórna tækjum.
Flugvél ársins 2050 þarf ekki að vera
eins og flugvél nútímans, en víst er að fram-
farir í hönnun og „skynjunarvirkjun" munu
gera flug öruggara og fleiri munu geta
notið þess.
Eftirmáli þýðanda:
Fljúgandi Vængir
Fljúgandi vængir eru ekki ný hugmynd
en slíkar flugvélar hafa ekki komist á fram-
leiðslustig fyrr en með Northrop B-2 „hul-
iðsvélinni“. Bæði Northrop verksmiðjurnar
og eins þýska vérksmiðjan Horten smíðuðu
slíkar vélar á árum síðari heimsstyijaldar.
Northrop verksmiðjurnar smíðuðu litla
reynsluvél sem bar einn flugmann og flaug
mjög vel. Northrop smíðaði síðan stóra
sprengjuflugvél XB-35 sem var knúin fjór-
um skrúfuhreyflum. Síðar var þeirri flugvél-
argerð breytt í þotu, sem bar númerið
XB-49. Ein slík fórst í tilraunaflugi og með
henni öll áhöfnin. Bandaríski flugherinn
afpantaði þær B-49 flugvélar sem búið var
að panta árið 1948. Keyptar voru í staðinn
flugvélar af gerðinni B-36 frá Convair verk-
smiðjunum.
Lengi hafa verið uppi ásakanir um að
stjórnmál hafí spilað þarna inn í vegna
þess að Convair verksmiðjurnar voru í Tex-
as en sterkir stjórnmálamenn þaðan höfðu
mikil áhrif. Sennilegasta skýringin er hins-
vegar allt önnur. B-49 flugvélin gat aldrei
orðið hljóðfrá sakir þykktar vængsins og
flugdrægi hennar var ekki eins mikið og
reiknað hafði verið með. Flugdrægi B-36
var miklu meira og hljóðfráar sprengjuþot-
ur voru þá þegar á teikniborðinu. Það er
fyrst nú þegar huliðseiginleikar og burðar-
geta eru mikilvægari en hraði að fljúgandi
vængurinn náði því að komast í framleiðslu
í hlutverki sprengjuflugvélar.
Baldur Sveinsson þýddi úr Scientific American,
sept. 1995.
Höfundurinn er prófessor í flugvélaverkfræði
við MIT háskólann og er framkvæmdastjóri
rannsóknarmiðstöðvar í flugeðlisfræði við há-
skólann. Hann er m.a. í stjórn American Instit-
ut of Aeronautics and Astronautics.