De komende decennia zullen er enorme omwentelingen plaatsvinden in de luchtvaart. De technologische ontwikkeling reikt grote luchtvaartmaatschappijen nieuwe instrumenten aan om het uiterlijk van moderne vliegtuigen radicaal te veranderen.
Zogeheten composietmaterialen bijvoorbeeld. Die zijn opgebouwd uit meerdere basismaterialen, die worden gecombineerd tot een nieuw materiaal dat de beste eigenschappen van elk bestanddeel bevat.
Decennialang werden vliegtuigrompen gemaakt van aluminium, een materiaal dat licht en toch behoorlijk sterk is. Door echter kunststof te versterken met koolstofvezel zijn ingenieurs erin geslaagd een composietmateriaal te maken dat lichter en sterker is dan aluminium.
In 2011 bracht Boeing de 787 Dreamliner op de markt, die als eerste passagiersvliegtuig ter wereld voornamelijk uit composietmaterialen was opgebouwd. Boeing schat dat de 787 20 procent lichter is dan hij in aluminium zou zijn geweest.
Met een lager gewicht hoeft het vliegtuig minder lift te creëren, en dat maakt het mogelijk om de aerodynamica zo te verbeteren dat het vliegtuig brandstof bespaart.
Dubbele romp vermindert de luchtweerstand
Met kortere vleugels, motoren achterin en een romp die bijdraagt aan de lift moet het nieuwe vliegtuigtype Aurora D8 66 procent minder brandstof verbruiken dan de passagierstoestellen van nu.
Kleinere vleugels besparen brandstof
Omdat de vliegtuigromp bijdraagt aan de lift, kan de D8 volstaan met kortere, slankere vleugels dan een normaal vliegtuig van die grootte. Dat vermindert de luchtweerstand en zorgt zo voor een lager brandstofverbruik.
Brede romp creëert meer lift
Het vliegtuig heeft twee rompen die als het ware in de lengte zijn versmolten: een Double Bubble-design. De neus heeft een vorm die de lift verbetert. Uit tests blijkt dat de romp zonder vleugels 19% van de benodigde lift levert.
Minder lawaai voor mensen op de grond
Omdat de motoren niet onderin zitten, is het lawaai op de grond beperkt: 40 decibel minder dan bij een Boeing 737. Daardoor kan de Aurora D8 over plekken vliegen die andere toestellen vermijden wegens geluidshinder.
Vliegtuigproducenten proberen zich niet alleen minder afhankelijk te maken van brandstof.
De afgelopen jaren werken veel grote ingenieursteams aan de ontwikkeling van pilootloze vliegtuigen. De wereldwijde luchtvaartbranche voorziet in de komende 20 jaar een verdubbeling van het aantal passagiers.
Op dit moment zijn er zo’n 200.000 piloten actief, maar over 20 jaar zullen er al 600.000 nodig zijn.
Ter voorbereiding op een toekomstig tekort vragen maatschappijen nu om toestellen die zelf kunnen vliegen.
Hybride vliegtuig neemt route via de ruimte
Met een gecombineerde straal- en raketmotor kan het vliegtuig Skylon zowel in de atmosfeer vliegen als de ruimte ingaan.
In de ruimte zijn veel hogere snelheden mogelijk, waardoor passagiers binnen vier uur elke plek op aarde kunnen bereiken.
Zo werkt de motor van de Skylon:
Lucht van ruim 1000 °C wordt de motor in gezogen. De lucht is zo heet doordat het toestel met mach 5 vliegt.
Een warmtewisselaar, die bestaat uit duizenden ultradunne buisjes met vloeibare waterstof, koelt de lucht in 1/125 seconde tot -114 °C. Als dat niet gebeurt, verbrandt de raketmotor.
Na compressie wordt de lucht vermengd met brandstof en aangestoken. Het uitlaatgas uit de straalpijpen stuwt de Skylon voort. Eenmaal in de ruimte wordt de luchtinlaat gesloten en krijgt de raketmotor zuurstof uit een tank.
Op papier is de luchtvaart geschikt voor autonome vaartuigen. Het vereist minder van de technologie dan een zelfrijdende auto, doordat het luchtruim minder druk is en gestructureerder dan het wegennet in een gemiddelde stad.
Maar de uitdaging is dat een pilootloos vliegtuig – anders dan een zelfrijdende auto – niet gewoon kan stoppen bij een softwarefout of een ander acuut probleem. Het toestel moet blijven vliegen en veilig landen.
Bovendien is de software verantwoordelijk voor honderden passagiers. Toch is Airbus er druk mee bezig.
Eind 2018 testte deze vliegtuigbouwer de helikopter VSR700, die zonder piloot aan boord een halfuur vloog en weer landde.
Satellieten volgen de hele vlucht
Voorheen verloren luchtverkeersleiders passagiersvliegtuigen uit het oog als deze 400 kilometer van radiotorens op het land verwijderd waren. Maar er wordt een systeem uitgerold dat vliegtuigen overal ter wereld volgt met satellieten.
Een wereldwijd netwerk van communicatiesatellieten ontvangt data van vliegtuigen en stuurt die verder naar stations op aarde.
Vliegtuigen ontvangen ook radiosignalen van elkaar – onder andere voor hun antibotsingsysteem.
Stations op aarde vangen de data van de satellieten op en sturen die naar de luchtverkeersleiding.
De luchtverkeersleiding kan de toestellen dichter bij elkaar laten vliegen en slimmere routes kiezen. Op Noord-Atlantische routes scheelt dat 300 miljoen liter brandstof per jaar.
Vliegen op een kopje water
De ingenieurs hebben echter nog wildere visies. In 2018 verkreeg de Amerikaanse vliegtuigproducent Lockheed Martin het octrooi op onderdelen van een compacte fusiereactor voor onder meer in vliegtuigen.
Fusie is het proces waarbij twee lichte atoomkernen versmelten tot één zware. Daarbij komt per kilo brandstof ruim een miljoen keer zo veel energie vrij als met traditionele fossiele brandstoffen het geval is.
Er wordt echter al sinds de jaren 1940 vruchteloos geëxperimenteerd met deze schone en schier oneindige energiebron.
36.877 passagiers per dag nemen ’s werelds drukste vliegroute, tussen het eiland Jeju en Seoul (Zuid-Korea).
Het lastige is de hantering van het miljoenen graden hete plasma dat nodig is om de reactie op gang te brengen.
Als de firma dit probleem heeft opgelost en de reactor in een vliegtuig wordt geïmplementeerd, betekent dat het einde van vervuiling en brandstofverbruik.
Het toestel kan dan met een kopje water in de tank een week in de lucht blijven en 10 keer rond de aarde vliegen.
De leider van het fusieproject van Lockheed Martin, Thomas McGuire, denkt begin jaren 2020 een werkende testversie van de motor in het laboratorium te hebben. Vijf jaar later volgen de eerste tests in de lucht.
Ionische wind stuwt vliegtuig voort
Onder het toestel zitten twee aan twee positief geladen staaldraden en negatief geladen draagvlakken. Het draagvlak heeft dezelfde aerodynamische vorm als een vleugel.
Er gaat stroom door de staaldraden, die een wolk van positief geladen ionen creëren. Het negatief geladen draagvlak trekt deze aan.
Op weg naar het draagvlak duwen ze tegen de overige luchtmoleculen. Deze moleculen vormen de ionische wind die het vliegtuig voortstuwt.
Een andere vorm van stuwkracht werd in 2018 gepresenteerd door onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology in de VS.
Hun motor werkt op zo’n manier, dat draden met behulp van een sterke stroom omringende luchtdeeltjes ioniseren.
Geïoniseerde deeltjes kunnen door een elektrisch veld worden beïnvloed. Als ze worden versneld, geven ze de overige, ongeladen luchtdeeltjes een impuls en ontstaat er een ionische wind.
Bekijk de eerste vlucht van het brandstofloze, door ionen aangedreven vliegtuig van MIT.
Het team heeft berekend dat een motor met deze techniek effectiever zal zijn dan een straalmotor nu, en bovendien geruisloos en elektrisch is.
Met zo’n grote omwenteling in de luchtvaart op komst duurt het wellicht niet lang meer voor je in een mum van tijd CO2-neutraal van Amsterdam naar New York reist.