Lesbók Morgunblaðsins - 25.01.1986, Qupperneq 10

breytilegan þrýsting og í mismunandi hæð
og taka um leið tillit til sveigjanleika efna
og styrkleika byggingarlags. I raun er hægt
að Vinna við milljarða útreikninga á umflæði
á sekúndu og fá þannig út bestu hönnun.
John Swihart hjá Boeing hefur sagt að tölva
geti teiknað væng á 757-þotuna sem væri
12% afkastameiri en upphaflegi vængurinn
sem var teiknaður á hefðbundinn hátt fyrir
sjö árum. Vindgöngin munu halda áfram
að vera mikilvæg en aðallega til þess að
staðfesta niðurstöður tölvunnar.
Tölvugeymd þekking á flæðiorku kann
að hjálpa verkfræðingum að ryðja úr vegi
einhverri þrálátustu hindruninni á fram-
farabrautinni. Árum saman hafa loftafls-
fræðingar glímt við vandamálið við núning
loftsins við vænginn. Við frambrún vængs
streymir loftið jafnt og þétt en leysist síðan
upp í iður og síðan hvirfla sem snúast um
sjálfa sig við yfírborð vængsins. Hvirflarnir
auka drag flugvélarinnar, minnka hraða
hennar og auka álagið á hreyflana. Kenn-
ingasmiðir hafa gert tilraun til að segja
fyrir um hvemig og hvar þessir hvirflar
muni myndast, í fljótandi vökvum sem í
lofti, með því að raða saman hrikalegum
útreikningum sem kallaðir eru Navier-
Stokes-jöfnur, en það er langt frá því að
þeir hafí haft árangur sem erfíði.
Dregið Úr LOFTNÚNINGI
ViðYfirborð
Drag flugvélar sem flýgur undir hljóð-
hraða stafar að hálfu af núningi við klæðn-
ingu flugvélarinnar. Lausn á þessum vanda
er augljóslega ábatasöm. Jerry Hefner við
Langley-rannsóknastöð NASA segir um
eldsneytisnýtingu: „Jafnvel þótt við gætum
dregið úr yfírborðsnúningi um aðeins tíu
prósent, gætum við lækkað eldsneytiskostn-
að flugfélaganna um tvö hundruð milljónir
dala. Og þessir náungar myndu kála ömmu
sinni til þess að spara eitt prósent."
Fram að þessu hafa loftaflsfræðingar
reynt að draga mikið úr svokölluðu viðloðun-
ardragi með því að straumlínulaga og slétta
vænginn. Þetta er ástæða þess að einkaflug-
vélaeigendur nota mikið af bóni og sand-
pappír. Tvö ný atriði lofa að hluta til góðu
í baráttunni við þessa tegund drags. Þetta
mun verða til mikilla hagsbóta í framtíðinni.
Með því að rannsaka hvemig vökvi rennur
um þrístrenda pípu komst Dennis Bushnell
hjá Langley að því, að vökvinn rennur beint
áfram nærri homunum, en í hvirflum í
miðjunni. Af þessari ástæðu fékk hann
hugmynd: Ef hægt yrði að útbúa væng með
örsmáum V-laga rásum kynni loft að
streyma sléttlega yfír hann - með eðlilegu
nærflæði eða lagflæði, svo að notað sé
tækniorðið (hér er átt við loft sem streymir
án hvirfla samsíða yfírborði) — og minnka
dragið.
Það reyndist martröð líkast að gera þessa
hugmynd áþreifanlega. Að vinna ál þannig
að á því væru hundmð þúsunda mjög
þröngra rifa, eða „riflinga", var kostnaðar-
samt og útheimti tímafrekar tilraunir sem
iðulega mistókust. Þá duttu Bushnell og
verkfræðingar frá 3M-fyrirtækinu niður á
þá hugmynd að nota límband. Gerð var lím-
borin himna með rifum sem em ekki nema
0,02 mm djúpar — og em nánast ósýnilegar
með bemm augum þó að þær fínnist með
snertingu. Við prófanir í vindgöngum reynd-
ist þessi himna valda því að loft streymdi
í lagflæði og minnkaði viðloðunardragið um
10 prósent. Bushnell komst að því þó síðar
væri að í náttúmnni var að fmna riflinga.
Á hákörlum em langsumgárur, kallaðar
smáir tannhryggir, sem gera hákörlum fært
að smjúga betur sjóinn.
Eðlilegt lag- eða nærflæði fyrir tilstuðlan
riflinga er nú til rannsóknar og prófunar á
einni vængplötu á Lockheed JetStar-þotu á
vegum Ames/Dryden-stöðvarinnar. Mark-
miðið er að sníða agnúana af þessari tækni.
Ein spuming, sem er ósvarað, er hvort
skordýr og ryk sem lemst á yfírborðið muni
fylla grófímar. Önnur aðferð við að minnka
viðloðunardragið er nú til prófunar á plötu
á hinum væng JetStar-þotunnar. Á
frambrún þess vængs er röð af örsmáum
stútum sem loft sogast inn um þegar það
lendir á vængnum en loftinu er svo sleppt
út á afturbrún vængsins. Þessi nærflæðis-
stjórnun lofar góðu um að minnka megi
drag flugvélarinnar um 20 prósent, sam-
kvæmt því sem Hefner hjá NASA telur.
Hefner er framkvæmdastjóri áætlunar í
Langley-stöðinni um minnkun viðloðunar-
dragsins. Hefner telur minnkunina verða
um 20 prósent þrátt fyrir að þrýstidælur
og stjómbúnaður þeirra auki þyngd flugvél-
arinnar. Flestir verkfræðingar álíta að far-
þegaflugvélar verði með einhvers konar
búnaði til minnkunar viðloðunardrags. Um
þetta segir Robert L. James hjá Langley-
stöðinni, en hann stjómar áætluninni um
orkunýtingu: „Það er nefnilega mjög feitan
gölt að flá ef tekst að spara eldsneyti með
þessum aðferðum."
Allar Framfarir
Háðar KNÝKERFINU
Á meðan þessu fer fram er um eitt fram-
farasvið að ræða sem ekki hefur svo mjög
verið flaggað með. Það er það sem knýr
flugvélar áfram — knýkerfíð. Skýrsla rann-
sóknaráðsins greindi svo frá þessu: „Knýið,
vélaraflið, er það sem allt snýst um: það
er sú tækni sem snertir hönnun meirihluta
farartækja." Eða eins og Bill Strack í
Lewis-rannsóknastöð NASA orðar það:
„Það er mikill ljómi í kringum framsveigða
vængi og tvo skrokka og önnur skringileg
farartæki en allar framfarir í flugvélaiðnaði
hafa verið háðar knýkerfínu, hreyflum og
búnaði þeirra. Hlutfallið á milli lyftis og
drags hefur ekki breyst svo mikið."
Sú þróun sem mest er spennandi fyrir
hönnuði stórra farþegaflugvéla á okkar tím-
um, að áliti Murray Booth forstjóra for-
hönnunar hjá Boeing, er sú að skrúfan, þ.e.
loftskrúfan, er að komast aftur í notkun
þótt í gjörbreyttri mynd sé. Hinar nýju
gerðir loftskrúfna eiga rót sína að rekja til
tækni sem ekki stóð til boða fyrir 10 árum.
Samefni og rafeindastjómkerfi hafa gert
möguleg flókin kerfí sem nýta loftskrúfur
og loftþjöppunarrellur. Nýju skrúfumar
hafa mörg, þunn blöð sem em íbjúg eins
og arabísk sverð. Notkun slíkra skrúfna
gefur mönnum vonir um að knýja flugvélar
á stuttum og meðallöngum leiðum með
þotuhraða samtímans, en um leið má spara
30 prósent eldsneytis. Ein slík loftskrúfa
er gerð út átta blöðum úr samefnum. Sá
skrúfubúnaður sem líklegt er að hafí mest
áhrif er skrúfublaðarellan; hún er gerð úr
tveimur hvirfingum skrúfublaða, sem snúast
í gagnstæðar áttir, önnur réttsælis, hin
rangsælis, önnur fyrir aftan hina. Hér er
um að ræða mjög litla orkusóun sem hefur
bein áhrif á eldsneytisnýtinguna.
Fyrstu niðurstöður eftir prófanir á þesasri
skrúfurellu eru væntanlegar nú í ár; þar á
eftir koma flugprófanir. Það er líklegt að
flugvél knúin einhverri gerð loftskrúfu verði
komin á loft innan 10 ára. Þangað til mun
endurkoma loftskrúfunnar neyða hönnuði
til að endurhugsa útlit flugvéla. Það bygg-
ingarlag sem hagnýtir best tvöfalda rellu
virðist vera ýtari (öfugt við togari), þ.e. að
skrúfublöðin verði aftan á hreyfli og ýti
þannig flugvélinni áfram frekar en að hafa
blöðin framan á honum og togi flugvélina
áfram. Slíkt fyrirkomulag myndi þó ekki
vinna vel á vængnum vegna þess að loftiðu-
kastið frá risastórum loftskrúfum kynni að
hafa jafnvægisspiilandi áhrif, að ekki sé nú
minnst á óþolandi hávaðann sem hreyflamir
yllu í farþegaiýminu. Hreyflum með skrúf-
um verður sennilega komið fyrir aftan við
vængina og farþegarýmið, þ.e. aftarlega á
skrokknum eða á stélhluta flugvélarinnar.
„Breytingin þarf ekki að vera svo gagn-
ger," segir Booth. „Það mætti koma hreyfl-
unum fyrir á stoð nálægt stélinu líkt og
gert er á 727 og DC-9. Það leiðir af sér
að ekki er hægt að hafa láréttan stélflöt
þar fyrir aftan heldur verður að notast við
T-stél. Það er heldur ekkert ólíkt því sem
nú er gert. Það er t.d. T-stél á DC-9. Við
munum hins vegar hafa fíjálsræði til að
hanna vængina öðruvísi; ef til vill getum
við haft sniðmyndina hreinni og aukið lyftið
ogdregið úr klæðningarnúningnum.“
Aðrir flugvélaverkfræðingar álíta að
kominn sé timi til að hefjast handa og setja
saman alveg nýja gerð flugvélar. Til dæmis
segir Comelius Driver við Langley-stöðina
að tækniframfarir kunni að gera það kleift
að endurvekja hugmyndir um farþegaflug-
vél sem flygi hraðar en hljóðið (SST). Svo
megi hugsa sér flugvél með tvo skrokka.
Hún gæti flutt tvöfalt fleiri farþega en
hingað til hefur verið talið mögulegt en
þyrfti samt ekki að nota nema helming
þess eldsneytis sem þú þarf til þess. „Hið
eina sem tefur okkur er skortur á ímyndun-
arafli," segir hann.
Eftir tímabil fyrstu flugvélanna sem
gerðar voru úr viði og ofnum dúk leið langur
tími þar til verkfræðingar byijuðu að teikna
flugvélar úr áli og títani svo að hagnýta
mætti eðliskosti þessara málma. Hönnuðir
nútímans kunna að tvístíga ámóta gagnvart
samefnum. Swihart segin „Við höfum þörf
fyrir snjallar, nýstárlegar teikningar og
hannanir til þess að nýta þessi nýju efni.“
FLUGVÉLAR 20. Aldarinnar
Vissulega virðist ekki vera neinn skortur
á ímyndunarafli í Langley-stöðinni. Reyndar
hafa hugmyndir um flugvélar streymt þaðan
síðan á dögum Lindbergs og „Spirit of St.
Louis". í skrifstofu Drivers má sjá stórt
safn líkana sem mörg hver eru hin undarleg-
Uppá síðkastið hafa veríð gerðar til-
raunir með nýjar gerðir af skrúfum
og er ekki ólíklegt að skrúfuvélar komi
aftur í auknum mæli, því ný hönnun á
þeim sparar orku.
ustu. Þarna má sjá fleyglaga orustuflugvél-
ar, sem standa á stélinu upp á endann, og
farartæki knúin sólarorku. Þau líta út eins
og drekaflugur í samanburði við tveggja
skrokka yfírsónska farþegaþotu sem er
eftirlæti Drivers. (Orðið hljóðfrá gæti verið
óheppilegt um flugvélar sem ná hljóðhraða.
Ástæðan er sú, að í flugtæknimáli eru notuð
fjögur orð um hraða slíkra flugvéla og
hraðasviði þeirra er lýst með þessum orðum:
„Subsonic, transonic, supersonic" og „hyp-
ersonic". Aðalhluti orðanna er „sonic", en
forskeytin eru mismunandi. „Sonic" mætti
þýða með t.d. sónsk, sónísk eða sónferðug.
Flugvél yrði þá lýst svo t.d. að hún væri
undirsónsk ef hraði hennar nær ekki hljóð-
hraða, viðsónsk ef hraðinn er alveg við hljóð-
hraða en gæti verið minni eða meiri, yfír-
sónsk ef hún flýgur með meiri hraða en
hljóðið, og of(ur) sónsk er hraðinn er meiri
en fímmfaldur hljóðhraði. Þýð.) Á svæði
NASA eru 40 vindgörtg, stór og smá. Þama
eru hönnuðir sem eru að glíma við tæknileg
vandamál nútímans, en jafnframt eru þeir
að reyna að sjá fyrir flugvél tuttugustu og
fyrstu aldarinnar.
í 20 ár eða lengur hafa aðalbyggingar-
hlutar flugvéla verið úr áli eða títani. Þessir
hlutar hafa verið naglhnoðaðir saman til
þess að mynda vængi, stél og skrokk. Nú
hafa efnasérfræðingar þróað nýjar gæða-
blöndur af þessum málmum, sem munu
hafa til að bera sama styrkleika en munu
um leið vera léttari. Eitt efnið sem lofar
góðu er álblanda með 3 prósentum af lith-
ium, einu léttasta frumefni sem þekkist.
Niðurstaðan er sögð hafa aukið styrkleik-
ann, dregið úr þéttleikanum og aukið brot-
viðnámið. í annarri málmblöndu er ál,
magnesíum og kopar og með henni má
minnka þyngd um 7 til 10 prósent. Aðrar
nýjar málmblöndur má teygja og móta svo
að ekki er lengur þörf fyrir hnoðnagla og
festistykki.
Framfarir í Gerð Samefna
Það er á sviði samefna sem framfarir
hafa orðið hvað mestar. „Lítið á þetta,“
segir Charles Blankenship í Langley-stöð-
inni og heldur á lofti hlut sem lítur út eins
og svartur kubbur. „Sýnist ykkur að hægt
væri að gera væng úr þessu?“ í kubbnum
eru svartir þræðir svo fínir að einn þráður
verður vart greindur frá öðrum. Þræðimir
eða trefjamar liggja allar í efni sem er
gulbrúnt að lit. Séu þræðimir skoðaðir frá
hlið sést að einu lagi hefur verið bætt ofan
á annað og þræðir eins lags liggja homrétt
á lögin fyrir ofan og neðan. „Ur þessu er
X-29,“ segir Blankenship.
Fyrir tíu árum vom samefni aðeins glampi
. í auga efnasérfræðingsins. Nú em þau notuð
meira og meira í einkaflugvélar og í suma
hluta farþegaflugvéla. Lárétti stélflöturinn
á sumum Boeing 737 er úr grafít-epoxýi.
Það sama má segja um hliðarstýrið á 767.
Þangað til nýlega hafa slík samefni ekki
verið notuð í uppistöðuhluta flugvéla, svo
sem í vængi og skrokka farþegaflugvéla.
Það er sökum þess að samefni úr grafíti
. og epoxýi hafa veikan blett. Þó að þau séu
stinn og sterk svigna þau ekki undan álagi
eins og málmur heldur brotna skyndilega
eins og blýantsoddur. Þau „fyrirgefa ekki“,
segir einn sérfræðingurinn. Verkfræðingar
telja að ráða megi bót á þessum stökkleika.
Ein leið gæti verið sú, að sameina grafít-
epoxý öðmm efnum, svo sem kevlar, en það
er algeng fjölliða (polymer), eða með því
að byggja samefnin upp með vefnaði og
möskvum.
Samefni kosta líka peninga. Eitt kíló af
grafít-epoxýi sem hráefni kostar um 840
krónur. Sama magn af áli kostar um 340
krónur. Þess vegna þarf eldsneytissparnað-
urinn að vera umtalsverður til þess að nýju
efnin borgi sig. Samefnin má framleiða sem
langar, stórar þynnur og þau má móta án
samskeyta. Þannig má fækka þeim hundr-
uðum þúsunda hnoðnagla sem ella þyrfti
að nota og einnig má lækka vinnulauna-
kostnað. Ein nýjung er enn til prófunar en
það er að vefa eða vefja samfelldum þræði
úr samefni utan um skrokkfyrirmynd —
„Það er eins og að dýfa sokk ofan í gler-
treflar," er haft eftir verkfræðingi nokkrum.
Margt af því sem í framtíðinni verður
notað við smíði farþegaflugvéla er reynt
áður við smíði herflugvéla. Upplýsingar um
laumuflugvélina, herflugvél sem á að geta
farið ferða sinna án þess að mikið beri á,
t.d. í ratsjá, eru algjört leyndarmál. Starfs-
menn NASA tala þó fúslega um þrýstilofts-
beiningu, þ.e. stýringu með þrýstilofti, en
með þeirri aðferð má nota hinn gífurlega
þiýstikraft hreyfíls orustuþotu til þess að
stýra flugvélinni með því að beina lofti út
um stúta. Þrýstiloftsbeining gerir mönnum
kleift að láta flugvél klifra lóðrétt, snúast
um lóðás sinn og í raun að gera núverandi
stélbúnað óþarfan. Annað forgangsverkefni
fyrir herinn er flugvél sem getur hafíð sig
til flugs og lent nánast lóðrétt á afar litlu
svæði (STOVL). Svona flugvél gæti hafíð
sig til flugs og lent á flugvöllum sem hefðu
orðið fyrir sprengjuárás. „STOVL“-flugvél-
ar sem ekki ná hljóðhraða eru þegar í notk-
un. I Ames-stöðinni er nú unnið að allmörg-
um flugvélargerðum sem eiga að ná hljóð-
hraða. Ennfremur er þar unnið að nýrri
gerð af hinni bresku Harrier sem ætti að
geta flogið með tvöföldum hraða hljóðsins.
„í rauninni," segir Driver, „munu allar
herflugvélar okkar í núverandi mynd vera
úreltar um 1992.“
Hvað er um farþegaflugvél framtíðarinn-
ar að segja? Andlit hönnuða ljóma þegar
þeir eru spurðir. Þeim verður gjaman litið
á stór svæði á jörðinni eins og Kyrrahafs-
svæðið og telja þörf á hraðflugi heimsálfa
á milli. „Hver sem hefur einhvem tíma setið
tólf eða þrettán klukkustundir á flugferð
til Japan kann að meta flugvél sem gæti
farið leiðina á tveimur til þremur stundum,"
segir Booth.
Samkvæmt því sem Driver segir er
kominn tími til að endurhugsa flutninga
með flugvélum sem fljúga hraðar en hljóðið,
þ.e. jrfírsónskum þotum. Bandaríkjaþing
stöðvaði rannsóknir á SST-þotunni árið
1971. Hin bresk-franska Concorde varð
þannig ein um hituna. Með því að nota hin
nýju efni og þá tækni sem beitt var við
smíði X-29, er augljóst að miklum árangri
má ná í því að minnka viðloðunardragið.
Með því að nota hin nýju efni og þá tækni
sem beitt var við smíði X-29, er augljóst
að miklum árangri má ná í því að minnka
viðloðunardagið. Með því að nýta hinn nýja
stjómbúnað kann að vera mögulegt að smíða
SST-flugvél sem yrði samkeppnisfær við
aðrar þotur. Slík flugvél yrði helmingi léttari
en Corcorde en gæti samt flutt tvöfalt fleiri
farþega og jafnvel komist hraðar. Booth
hjá Boeing telur að enginn einn flugvéla-
framleiðandi gæti risið undir hinum gífiir-
lega þróunarkostnaði við SST og gæti því
ekki búist við hagnaði. Booth telur það þó
hugsanlegt að um síðir muni ríkisstjómin
leggja verkefninu lið.
Farþegaþota á Fimm-
FÖLDUM HLJÓÐHRAÐA
Hvað er um ofursónska farþegaþotu að
segja? Það er líka hugsað um slíka þotu
(sem flygi með fímmföldum hljóðhraða eða
hraðar) i Langley-stöðinni. Slík flugvél
myndi skjótast með farþega yfír hálfan
hnöttinn, t.d. frá New York til Nýju-Delhí,
á einni og hálfri klukkustund. Líklega verður
fyrst smíðuð herflugvél sem flygi með sjö-
földum hljóðhraða (Mach 7). „Það er hernað-
amauðsyn," segir Driver, „en það kann vel
svo að fara að smíðuð verði farþegaþota sem
kæmist ámóta hratt.“
Hvemig myndi slík flugvél líta út? Ekki
em menn alls kostar sammála um það.
Driver segir að varla hafi verið gerð meira
en skissa af slíkri flugvél. „Hún gæti litið
út eins og nánast hvað sem er af því sem
þið sjáið héma,“ segir hann og bendir á
Líkönin í kringum sig. „Eða hún kynni að
líta út allt öðmvísi. Þetta gefur bara til
kynna að við emm famir að hugsa málið.
Þeir sem endanlega munu teikna og hanna
hana em í grunnskóla."
10
:-ta>
mmm
,3fIJ«i.
■ítngaii