vliegtuig

Wetenschappers hebben een apparaatje bedacht waardoor grote vliegtuigen voortaan maar kleine staarten nodig hebben. Het maakt vliegtuigen kleiner en lichter. En daardoor verbruiken ze ook minder brandstof.

Het uiteinde van grote vliegtuigen is vaak indrukwekkend. Er staat een enorme ‘rugvin’ op. En die staat daar zeker niet voor de sier. De staart is van cruciaal belang tijdens de vlucht, omdat deze helpt om het vliegtuig in de lucht bij te sturen. Tijdens de vlucht jaagt de lucht rond de ‘rugvin’ of verticale staart zoals de onderzoekers deze noemen. Aan de achterzijde van de verticale staart bevindt zich een flapje – het richtingsroer – dat kan bewegen. Door dat droer naar rechts of naar links te laten bewegen, kan een piloot de lucht in een bepaalde richting dwingen en zo bijvoorbeeld zorgen dat het vliegtuig ondanks sterke zijwind recht blijft.

Het staartje kan kleiner. Afbeelding: Lance Hayashida / Caltech).

Het staartje kan kleiner. Afbeelding: Lance Hayashida / Caltech).

Hoog en snel
Wanneer het vliegtuig hoog in de lucht zit en een hoge snelheid heeft, is de luchtstroom rond de staart zo sterk dat een kleine beweging van het flapje al genoeg is om het vliegtuig bij te sturen. Maar als het vliegtuig een lage snelheid heeft (bijvoorbeeld tijdens het opstijgen en landen) zijn grotere bijsturingen nodig. En ook als een vliegtuig met meerdere motoren één motor ziet wegvallen, moet de verticale staart genoeg kracht kunnen uitoefenen om te voorkomen dat het vliegtuig gaat draaien. Met het oog op die situaties (motorpech, landen en opstijgen) rusten fabrikanten vliegtuigen uit met heel grote verticale staarten. “Maar dit betekent dat de vliegtuigen staarten hebben die 99 procent van de tijd te groot zijn,” stelt onderzoeker Emilio Graff. En dat kost een hoop brandstof.

Het apparaatje
Graff en zijn collega’s hebben daar nu iets op bedacht. Ze ontwikkelden een apparaatje dat de grote verticale staart op vliegtuigen overbodig maakt. Dat apparaatje – ‘sweeping jet actuator’ genoemd – blaast lucht. De onderzoekers plaatsten het onder de buitenste laag van de verticale staart. Daar levert het apparaatje een krachtige, stabiele luchtstroom af die netjes langs dat richtingsroer stroomt. Die stroom is vergelijkbaar met de stroom lucht die de staart en het richtingsroer bij hoge snelheden ervaren. Dankzij die kunstmatige stroom lucht kan een groot vliegtuig het met een kleiner staartje af.

Efficiënt
De techniek die ‘sweeping jet actuators’ gebruiken is niet nieuw. Het leger gebruikt deze al om sneller te kunnen opstijgen en landen. Maar de bestaande systemen zijn niet zo heel energie-efficiënt. “En als je een derde motor nodig hebt om het systeem van energie te voorzien, dan kun je die net zo goed gebruiken om het vliegtuig te laten vliegen.” Het systeem dat de onderzoekers ontwikkeld hebben is kleiner en efficiënter. “Wij zijn in staat om te bewijzen dat een systeem als dit op de schaal van een commercieel vliegtuig kan werken zonder dat daar een extra motor voor hoeft worden toegevoegd.

Twintig procent kleiner
Uit berekeningen van de onderzoekers blijkt dat dit apparaatje de verticale staart van vliegtuigen twintig procent kleiner kan maken. Het apparaatje hoeft dan alleen maar ingeschakeld te worden bij een lage snelheid (opstijgen en landen). “Dat betekent dat je het grootste deel van de tijd wanneer je gewoon (zonder inzet van het apparaatje, red.) vliegt, brandstof bespaart, omdat je met een kleinere en lichtere staart vliegt. Dus zelfs als het apparaatje zelf veel energie verbruikt dan is dat alleen in noodgevallen. Wanneer je opstijgt of landt, is het apparaatje aan – voor het geval één van de motoren uitvalt. Maar wanneer je tijdens een twaalf uur durende vlucht het systeem slechts dertig minuten gebruikt, bespaar je elf uur en dertig minuten lang brandstof.” Die brandstofbesparing komt niet alleen voort uit het feit dat de kleinere staart vliegtuigen lichter maakt. De kleinere staart zorgt ook voor minder luchtweerstand.

Natuurlijk hebben de onderzoekers hun apparaatje al grondig getest. Ze gebruikten daar onder meer een enorme windtunnel voor om de situatie waarmee een Boeing 757 bij opstijgen en landen te maken heeft, te simuleren. Uit het onderzoek blijkt dat het apparaatje in staat is om de luchtstroom in die situatie op te krikken en het vliegtuig voldoende bij te sturen mocht een motor uitvallen. Zo’n groot vliegtuig kan het dus met een kleiner staartje af. Binnenkort zal het apparaatje verder getest worden en wellicht draagt het er in de nabije toekomst aan bij dat de luchtvaart ietsje groener wordt. “En dat is nog maar het begin. De staart is een oppervlak met ‘weinig risico’s’: engineers passen dat gemakkelijker aan dan bijvoorbeeld de vleugels. Maar de gegevens laten zien dat een vergelijkbaar systeem toegepast kan worden op de vleugels.”