Howard Slutsken, CNN • • Veröffentlicht am 15. September 2020
(CNN) – Vögel sind die unbestrittenen Meister der Aerodynamik.
Egal wie viele Supercomputer und Windkanäle Wissenschaftler für die Lösung der heiklen Berechnungen des Fluges einsetzen, sie werden niemals die Perfektion von Flugvögeln erreichen.
Ein fokussierter Wanderfalke, der auf seiner Beute taucht, ein Paar lebhafter Kolibris in einem territorialen Luftkampf oder ein riesiger Albatros, der tagelang mühelos über dem Meer schwebt, beneiden Aerodynamiker und Piloten.
Die Luftkakophonie einer riesigen Herde Gänse, die beim Fliegen in einer perfekten "V" -Formation hupt, ist ein Wunder zu sehen und zu hören.
Diese Formationen haben auch die Forscher von Airbus UpNext inspiriert, dem künftigen Flugdemonstrations- und Technologie-Inkubator des Flugzeugherstellers.
Bereits vor einem Jahrhundert begannen Vogelwissenschaftler zu verstehen, dass Vögel die aerodynamische Effizienz steigern, indem sie in enger Formation fliegen und den veränderten Luftstrom in der Spur jedes Vogels ausnutzen.
In diesem Sinne wird das Airbus Fello'fly-Flugdemonstrationsprojekt zwei große Verkehrsflugzeuge in Formation fliegen, um die Energieeinsparungen unserer gefiederten Freunde nachzuahmen.
Fello'fly baut auf Testflügen im Jahr 2016 mit einem Airbus A380 Megajet und einem A350-900-Großraumjet auf und hofft, die aerodynamischen Wirkungsgrade bei der Entwicklung von Betriebsverfahren während des Flugs demonstrieren und quantifizieren zu können.
Die ersten Flugtests mit zwei A350 begannen im März 2020. Das Programm wird im nächsten Jahr um die Beteiligung von Frenchbee- und SAS-Fluggesellschaften sowie Flugsicherungs- und Flugsicherungsdienstleistern aus Frankreich, Großbritannien und Europa erweitert.
"Es unterscheidet sich sehr stark von dem, was das Militär als Formationsflug bezeichnen würde. Es hat wirklich nichts mit enger Formation zu tun", erklärte Dr. Sandra Bour Schaeffer, CEO von Airbus UpNext, in einem Interview mit CNN Travel.
Vögel fliegen in einer "V" -Formation, um die aerodynamischen Wirkungsgrade zu erhöhen.
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Ein Flugzeug im Flug wirft einen Kern rotierender Luft vom Ende seiner Flügel ab, der als "Flügelspitzenwirbel" bekannt ist.
Es ist bekannt, dass extrem starke Wirbel – insbesondere solche, die von einem großen Flugzeug erzeugt werden – kleinere Flugzeuge umdrehen, die auf den horizontalen Tornado der dahinter strömenden Luft gestoßen sind.
Das Vermeiden von Nachlaufverwirbelungen ist Teil des Lehrplans eines Studentenpiloten, wie es in der Fello'fly-Demonstration vorgesehen ist. "Piloten sind darauf trainiert, nicht in den Wirbel eines vorhergehenden Flugzeugs zu fliegen", sagte Bour Schaeffer, ein erfahrener Flugtestingenieur.
"Sie werden 1 1/2 bis 2 Seemeilen vom führenden Flugzeug entfernt und leicht versetzt sein, was bedeutet, dass sie sich auf der Seite des Wirbels befinden. Es ist nicht mehr der Wirbel, sondern der gleichmäßige Strom rotierender Luft, der sich neben ihm befindet der Wirbel, und wir nutzen den Aufwind dieser Luft. "
Das Ausnutzen des freien Auftriebs in diesem Luftaufwind wird als "Wake-Energy-Retrieval" bezeichnet. Bour Schaeffer sagt, dass bevorstehende Flugversuche mit zwei A350 beweisen könnten, dass auf Langstreckenflügen Treibstoffeinsparungen zwischen 5% und 10% erzielt werden können ", was eine enorme Zahl ist. Dies ist der Grund, warum wir sie beschleunigen wollen. Es ist heute kein Produkt, aber wir glauben fest daran. "
Es mag einfach erscheinen, nur einen Vogelschwarm zu beobachten, um die Aerodynamik ihres energiesparenden Fluges herauszufinden, aber das ist es wirklich nicht.
"Vögel tun dies seit Millionen von Jahren, aber der Nachteil, den wir haben, ist, dass wir kontrollierte Experimente nicht sehr einfach durchführen können", sagte Dr. Charles Bishop von der School of Natural Sciences der Bangor University in Gwynedd, Wales.
Das Fello'fly-Projekt von Airbus versucht, die Energieeinsparungen bei der V-Formation von Vögeln nachzuahmen.
Bischof zitierte jedoch ein Wahrzeichen 2001 Papier in der wöchentlichen internationalen Zeitschrift Nature von Henri Weimerskirch, in der der Forscher und sein Team Zugang zu zahmen Pelikanen hatten – in der Vogelbeobachtungsgemeinschaft als die besten im Formationsflug bekannt, sogar besser als Gänse oder Schwäne.
"Ihre Studie ist technisch die einzige, die eher direkte Hinweise auf energetische Vorteile als theoretische Berechnungen in der Aerodynamik liefert."
Weimerskirch war in der Lage, Herzfrequenzmesser an den Vögeln anzubringen, und laut Bischof sparten die nachlaufenden Pelikane in der Formation eindeutig Energie.
"Sie hatten einen Rückgang der Herzfrequenz um 14% und sie glitten auch mehr. Mit diesem aerodynamischen Vorteil fanden sie es einfach (zu fliegen)."
Und genau wie die Pelikane werden die Piloten des nachlaufenden A350 im Fello'fly-Test das Flugzeug so positionieren, dass die Wirkung des Aufwaschens optimiert wird – dies weist jedoch auf eine der Herausforderungen hin, denen sich das Forschungsteam gegenübersieht.
"Sie können die Spur nicht sehen, also können Sie einfach nicht sagen 'Ah, ich bin am richtigen Ort'", sagte Bour Schaeffer. "Wir müssen dem Piloten helfen, das Flugzeug richtig zu positionieren."
Nach dem Aufwaschen müssen Autoflugsysteme die richtige Position beibehalten, die Arbeitsbelastung der Piloten verringern und eine reibungslose Fahrt für die Passagiere gewährleisten, indem die turbulenteren Komponenten des Nachlaufs vermieden werden.
Es werden Verfahren getestet, mit denen die beiden Flugzeuge ihre Position koordinieren können – ähnlich wie bei einer Luftbetankungsmission.
"Wir müssen sicherstellen, dass wir die Verbindung sicher durchführen können. Wir werden keinerlei Kompromisse bei der Sicherheit eingehen", sagte Bour Schaeffer.
Sobald sich das Wake Energy Retrieval-Konzept bewährt hat, müssen noch betriebliche und finanzielle Überlegungen gelöst werden.
Laut Bour Schaeffer müssen Flugverkehrsdienstleister und staatliche Luftfahrtagenturen davon überzeugt sein, die Vorschriften zu ändern, um wesentlich engere Standards für die Flugzeugtrennung zu ermöglichen als derzeit.
Flugplanungsverfahren müssen entwickelt werden, damit Flugzeuge Routen mit anderen Flugzeugen abgleichen können, sowie Positionen und Höhen, um einen Formationsflug zu beginnen.
Ein Prozess zur Aufteilung der Treibstoffkosteneinsparungen auf die Fluggesellschaften wird Priorität haben.
"Wir wissen, dass es Fragen gibt. Unser Ziel als Demonstrator ist es, Antworten auf diese Fragen zu finden."