Je hoort een ‘ping’ als het lampje met de veiligheidsgordel aangaat.
Tijdens de afdaling kijk je uit het raam naar de skyline van New York, en je ziet hoe de ene vleugelpunt met het vliegtuig mee naar boven en onderen buigt.
De vleugel vormt zich natuurlijk naar de luchtstromen, alsof het de vleugel is van een vogel die sierlijk door de lucht zweeft.
Vliegtuigen met vleugels die in een vloeiende beweging van vorm kunnen veranderen, staan op het punt om de lucht in te gaan.
Een team wetenschappers van NASA en MIT testte onlangs een nieuw vleugeltype, dat vrijwel zonder de hulp van motoren en mechanische onderdelen kan draaien en buigen.
Dat zal vleugels lichter en aerodynamischer maken.
De technologie is nu al geschikt voor drones en kleine vliegtuigen, en kan op termijn tot een vliegtuigtype leiden dat klapwiekt en wellicht zonder propeller of straalmotoren kan.
Het prototype van de vleugel is met de hand in elkaar gezet. In de toekomst doen robots dat.
Perfecte vleugel bestaat niet
Het is onmogelijk om de perfecte vleugel te maken met de materialen en technologie van vandaag de dag.
De ideale vorm van een vleugel verschilt al naargelang het toestel opstijgt, vliegt of landt. Het vliegtuig heeft bij het opstijgen veel lift en stuwkracht nodig, en vlak voor de landing moet het vertragen.
Daarom hebben vliegtuigen een aantal flaps, bewegende kleppen, aan de achterkant van de vleugel. Bij het opstijgen klappen ze neer, zodat ze het vliegtuig vooruit en omhoog stuwen.
En voor de landing klappen ze nog verder neer, waardoor de luchtweerstand macimaal is en het toestel kan afremmen.
Een moderne vliegtuigvleugel zit vol met motoren, kabels en hydrauliek waardoor de flaps kunnen uitschuiven.
En die apparatuur weegt heel wat. Zo is één vleugel van een Boeing 747 wel 43.000 kilo zwaar, rond een tiende van het gewicht van het hele toestel. Hoe meer kilo’s er de lucht in moeten, des te hoger het brandstofverbruik is.
Daarbij komt nog dat de constructie en het onderhoud van de vleugel ingewikkeld en duur zijn.
De gebroeders Wright hadden in 1903 geen flaps, maar vleugels van hout en textiel, die ook flexibel waren. De piloot lag op zijn buik en bestuurde het vliegtuig door aan touwen te trekken, waardoor de vleugels kromtrokken. Hier zie je het toestel van voren. Als de piloot naar links wilde hellen, trok hij met de touwen het achterste deel van de rechtervleugel omlaag en het achterste deel van de linkervleugel omhoog. Dat versterkte de lift aan de rechterkant en verzwakte deze aan de linkerkant, waardoor het vliegtuig overhelde.
Nieuwe vleugel bouwt op verleden
In de kindertijd van het vliegtuig, ruim 100 jaar geleden, waren vleugels van hout en stof.
Dit maakte ze flexibeler dan moderne vleugels, want de piloot kon manoeuvreren door de vleugels met een koord te buigen.
Maar naarmate we verder, hoger en sneller vlogen, waren duurzamere materialen nodig die de inwerking van weer en wind op kilometers hoogte konden weerstaan.
Daarom zijn vleugels nu van metalen als aluminium en titanium of van composietmaterialen als glas- en koolstofvezel. Deze materialen zijn echter stijf.
De heilige graal van het vleugelontwerp is een constructie die de sterkte van moderne vleugels combineert met de flexibiliteit van stof en hout.
En nu is die graal misschien gevonden: een krachtige vliegtuigvleugel die lichter en flexibeler is dan een gewone vleugel en bijna net zo weinig bewegende delen heeft als een ouderwets toestel van stof.
Wetenschappers van NASA en MIT bouwden een flexibele vleugel met een skelet van wel duizenden dunne stangetjes.
Iedereen die wel eens iets van lucifers en lijm heeft gebouwd, weet dat de meest wankele brug stabieler wordt met dwarsverstijvers.
En zo’n roosterstructuur met honderden verstijvers in de lengte en breedte maakt de nieuwe vleugel zo sterk als metaal, al bestaat hij vooral uit lucht.
Vleugel is zo flexibel als rubber en zo licht als piepschuim
Vleugel kan gebogen en verkreukeld worden
De vleugel weegt 5,6 kg/m3 – net iets meer dan aerogel, het lichtste materiaal dat er is. De vleugel heeft geen bewegende onderdelen vanbinnen, maar de piloot kan zijmotoren activeren die via dunne koolstofvezelbuisjes de achter- en voorkant van de vleugel vervormen.
Flexibel rooster is één groot beweeglijk vlak
De vleugel bestaat uit een rooster van honderden holle basiselementen. Stijve en zachte onderdelen vormen een patroon, waardoor de vleugel stabiel is maar ook kan draaien onder invloed van luchtstromen, dus de aerodynamica is altijd afgestemd op de situatie.
Flexible diamanten vormen het rooster
De basiselementen van 5 cm doorsnee zijn achtzijdige ‘diamanten' van polyetherimide, een flexibele kunststof. De structuur geeft maximale stevigheid met zo min mogelijk verbindingspunten. Enkele elementen worden versterkt met glasvezel en zijn niet buigbaar.
De vleugel is één grote flap
Het rooster in de flexibele vleugel bestaat uit honderden diamantvormige, holle ‘bouwstenen’.
De meeste zijn van een flexibele kunststof, en sommige zijn versterkt met glasvezel en dus stijf. De vleugel is als een zeil, waarbij de flexibele bouwstenen het zeildoek en de stijve bouwstenen de giek zijn.
Wanneer het zeil wordt gehesen, kan het doek in de wind klapperen, maar dankzij de stangetjes behoudt het zeil zijn vorm.
Met dit bouwstenensysteem valt precies te bepalen hoe stijf of flexibel de constructie is. De stijve bouwstenen zitten in de romp van het vliegtuig en langs de voorkant van de vleugel, want die onderdelen dragen het gewicht van de vleugel.
5,6 kg/m3 weegt de vleugel – iets meer dan aerogel, het allerlichtste materiaal.
De meeste flexibele bouwstenen zitten achter in de vleugel en in de punt, die dus buigbaar is. Daarmee kan de vleugel met de wind meebewegen.
Dat leidt tot een efficiënter brandstofverbruik, want het vermindert de luchtweerstand.
In tegenstelling tot normale vleugels wordt de flexibele vleugel niet aangestuurd met motoren en hydrauliek binnenin, maar met motoren in de ‘oksel’ van de vleugel.
De motoren zijn via dunne koolstofvezelbuisjes verbonden aan bijvoorbeeld de achterkant en punt van de vleugel. Doordat de piloot deze onderdelen kan draaien en buigen, is de hele vleugel één grote flexibele flap.
En dat maakt hem lichter en aerodynamischer dan de stijve vleugels met hun hydraulisch aangestuurde flaps van vandaag de dag.
De nieuwe, flexibele vleugel weegt nog geen honderdste van een gewone vleugel van dezelfde grootte.
En minder gewicht wil zeggen minder brandstofverbruik, dus met deze vleugel komen vliegtuigen verder op een liter en kunnen ze toe met een kleinere tank.
Daarbij is de vleugel eenvoudiger te bouwen, want de gebruikelijke machinerie kan grotendeels achterwege blijven.
De vleugel van het prototype is zo groot als die van een bescheiden propellervliegtuig, en als eerste kunnen ultralichte drones ermee vliegen, bijvoorbeeld om medicijnen naar afgelegen rampgebieden te brengen.
Maar drones en privévliegtuigjes zijn nog maar het begin. Al over 30 à 40 jaar hebben grote passagierstoestellen mogelijk flexibele vleugels.
Het vliegen gaat veranderen, en nieuwe vliegtuigtypen klapwieken, zodat ze in sommige situaties bijna geheel zonder motorvermogen in de lucht kunnen blijven.
De volgende bestemming voor de vleugel is, volgens de onderzoekers, de ruimte.
Bij ruimtemissies is het gewicht de achilleshiel, en hierbij is de flexibele roosterconstructie ideaal omdat hij zo licht is.
Het rooster is te gebruiken voor ruimtestations tot en met drones die naar buitenaards leven zoeken.