Flyget på 80-talet: ”Reformistisk” teknik

av Martti Jukola&Jussi Leiviskä&Jouko Malén Forum 1980-05, sida 41-43, 19.03.1980

Taggar: Teman: flygande

nan U uE0

Flyget på 80-talet: ”Reformistisk” teknik

Inom trafikflyget går 70-talet till historien som ett teknologiskt vakuum, superteknologin lät vänta på sig. Inte heller 80-talet torde ännu medföra några genomgripande innovationer ens beträffande bränslelösningarna, den mest pockande frågan. Den största utvecklingen kan väntas inom elektronik och avionik, hävdar Martti Jukola, Jussi Leiviskä och Jouko Malén vid Finnair tekniska sektion.

ye Trafikflygplanstillverkningen på 60-talet kulminerade vid decenniets slut med gigantiska Boeing T47 — ett monument över den inom flyget aldrig sinande expansiva optimismen,. T70-talet skulle bli överljudsplanens era. Men — franskbrittiska Concorde har blivit en ekonomisk flop genom för få flygtimmar och för stor bränsleförbrukning — de starkt höjda oljepriserna var en oförutsedd faktor — och byggs inte längre. Inte heller sovjetiska Tupolev-144 har fått luft under vingarna. USA:s svar på Concorde, Supersonic Transport (SST) -projektet röstades slutligt omkull i senaten redan 1970.

70-talet blev i stället ett varianternas decennium: de existerande bastyperna tillverkades i längre eller kortare versioner. Amerikanska Douglas spekulerade på att göra en tvåmotorig modell av DC-10 för kortare sträckor, men planen förverkligades aldrig. Därmed rubbades trafikflygplansproduktionens USA-dominans under decenniets sista år, då det europeiska samarbetsprojektet Airbus Industrie körde om Douglas i försäljning och produktion.

Den skärpta miljövårdslagstiftnin gen under 70-talet medförde på motorsidan en intensiv utveckling av brännkamrarna (för renare avgaser), och utnyttjandet av ljuddämpande ytmaterial, minskning av avgasernas utloppshastighet och förstoring av mantelströmningsförhållandet — (för sänkt bullernivå). Den nya servicefilosofin medförde en allmän minskning av antalet delar, bla kompressor- och turbinsteg samt skovlar per steg, och i modulkonstruktuerade motorer blev tom stora enheter lätt utbytbara.

3 000 nya jetplan

Enligt en prognos av Lockheed kommer ca 3 000 jettransportplan att säljas 1979-88 — en marknad på ca 75 miljarder USD. Av dessa skulle redan existerande typer — Boeing 737, DC-9, Boeing 727, Airbus A300, DC-10, Lockheed L-1011 och Boeing 747 — svara för nära 60 procent.

Hur är detta möjligt mot bakgrunden av de skärpta kraven på bränsleekonomi?

En av orsakerna är att ingen banbrytande ny teknologi ännu ligger inom räckhåll. Den = förbättrade bränsleekonomin kan idag uppnås

Turbopropmotorn kommer troligen att delvis ersätta turbofläktmotorn, men propellern ser inte ut som den man vant sig vid. Med sina bakåtsvepta breda blad uppnår denna propeller ännu vid en flyghastighet på Ma 0,8 en verkningsgrad på 80 9/0. Douglas planerar experiment med sådana propellrar på DC-9.

FORUM 5/8 endast steg för steg genom förbätt rade detaljer 9 motorer som finslipas till det ytterst 9 tillämpande av den sk superkritiska vingens aerodynami € viktbesparing genom mindre och lättare avionikkomponenter och nya kompositmateria & datorkontrollerad flygning för optimal bränsleförbrukning

Om man indelar trafikflygplanen i kategorierna kort-, medel- och långdistansplan, kan man notera att de huvudprojekt som siktar på plan i trafik 1981—382 alla gäller medeldistansplan i storleksklassen 200 passagerare: Airbus A310, Boeing 767 och 757. I långdistanskategorin finns inga konkreta nya projekt; Boeing 747, Lockheeds L-1011 och DC-10-30 konkurrerar sinsemellan om köpare, som inte kommer att saknas genom att första generationens transoceaha arbetshästar DC-8 och Boeing 707 blivit ekonomiskt marginala och hotas av de nya bullerkraven.

De under 6560-talet konstruerade motorerna General Electric CF6, Rolls Royce RB211 och Pratt & Whitney JT9D används idag på Boeing 747, DC-10, L-1011 och Airbus A300. Utgående från dessa motorer med ca 220 kN skjutkraft utvecklas för 80-talet modeller med större och mindre skjutkraft — 150—260 kN bla de eventuella nya långdistansplanen. Med dessa mindre varianter konkurrerar också helt nya motortyper: PWA:s JT10D och av General Electric och franska SNECMA utvecklade CMF-56, vardera med mantelströmningsförhållandet 6:1, sistnämnda kormmer att installeras i Boeing 707 och DC-8.

Stora avstånd — stora besparingar

Då de potentiellt största bränsleinbesparingarna är möjliga på långdistansplan, är trycket hårt från flygbolagen att få fram förbättrade varianter av dem, Boeing kommer troligen att införa digitalteknik i hela avioniken med tillhörande CRTdisplay på 747 i medlet av 80-talet, och modernare motorer certifieras antagligen för jumboplanen under detta årtionde, Enligt NASA blir överljudstransportplan aktuella först under slutet av 90-talet — trots att de blir en tredjedel dyrare per säteskilometer än subsoniska plan.

Förbättringar på de existerande liksom också de nya motorerna fås stånd genom små profiländringar 41

DC-10 försvarar ännu länge sin plats i jetplansflottan. Men trycket på energisnålare långdistansplan är avsevärt gen m att denna kategori kan ge de störste poten tiella bränslebesparingarna.

fläkt- och motorskovlarna, förbättringar i bränsleinsprutningen och brännkammaren, bättre tätningar i kompressor och turbin, luftkylning av turbinhuset, samt materialförbättringar och därav föranledd nyoptimering av den termiska processen.

Jetmotorerna har = traditionellt kontrollerats av ytterst komplicerade mekanisk-hydrauliska bränsleregulatorer. Under 80-talet ersätts dessa i de nya motorerna av digitala ”svarta lådor” som medger noggrannare motorkontroll — de beaktar luftens totaltryck och -temperatur, varvtal och reglagerörelser som elektriska impulser. Samtidigt får man ur kontrollen på elektronisk väg data för motorns system för konditionsövervakning, som på förhand kan varna för motorproblem och möjliggör uppföljandet av konditionsförsämring i motorns enskilda moduler. På basen av dessa data kan man fastställa vilka moduler som behöver repareras eller ersättas.

Den nya förarkabinen

Utvecklingen av flygelektroniken (avioniken) har varit långsam under 70-talet, instrumenten i förarkabinen har förblivit rätt stora elektromekaniska kombinationsinstrument och liksom planets datorer varit baserade på analogteknik. Genom övergång till digitalteknik har man mycket att vinna 0 lägre produktionskostnade €e mindre volym, vikt och effektbeho 4 Ö färre och tillförlitligare komponente Ö enklare service och systemändringar

Förarkabinens nuvarande elektroniska instrument ersätts med en bildskärm där piloten kan se vad han behöver som en skarp färgbild. Bildrörsbaserade instrument kommer också att ersätta horisontgyron och kursinstrumenten och användas för kontroll av motorerna, rodrens, vingklaffarnas och landningsställens positioner etc. Utvecklingen av denna nya typ av förarkabin måste ske i fördomsfritt samarbete mellan flygplanstillverkare, apparaturleverantörer och operatörer. Men alltför drastiskt kan man inte ändra förarkabinen på kort sikt: piloternas erfarenhet är en primär ingrediens i flygsäkerheten. Denna erfarenhet baserar sig på konventionella flygplan och bör kunna utnyttjas också i nya typer.

Digitalteknikens tillämpande är speciellt matnyttigt då det gäller planets automatiska styrsystem oc tillhörande navigeringsdatorer — och numera även datorer för flygekonomi — bränslebesparing. För starten måste man manuellt mata in ruttplanen och flygplanets startvikt, därefter får datorerna automatiskt nya data om flygningens framskridande och ändringar i de yttre omständigheterna. Autopiloten = styr planet och reglerar motorerna för uppnående av maximal bränsleförbrukning.

Navigeringen: laser, satellite 60-talets gyroteknik möjliggjorde automatisk navigering baserad på gyroplattformar och digitaldatorer. Bla Finnair, som är pionjär på detta område, installerade tröghetsnavigeringssystem på DC-8:orna redan före år 1969. En drastik förbättring av denna teknik kan väntas detta årtionde: i stället för data om acceleration och positioner från mekaniskt snurrande gyron och accelerationsmätare kommer man att precisionsmäta laserstrålars beteende.

Oanade möjligheter både för kom Alternativa bränslens egenskaper jämfört med syntetisk Jet A

Bränsl Värntevärde ränsle per massa

Syntetisk Jet A 1,0 väte

Ha 2,80

Metan

CH; 1,10

Metanol

CHsOH 0,50

Värmevärd per volym Täthet 1,00 1,00 0,25 0,08 0,60 0,50 0,50 1,00 FORUM 5/8 munikation och navigation öppnar satelliterna, som tills vidare huvudsakligen utnyttjats för militära ändamål. Civilflyget kommer antagligen under 80-talet att använda sig av telekommunikation via satelliter — i vilken omfattning och till vilket pris är ännu en öppen fråga. Satellitnavigering är speciellt tilltalande genom den stora precision den erbjuder, men under kriser är det enkelt att störa kontakten. Genom teknikens sårbarhet förefaller man också i militära kretsar att ha större förtroende för den helt självförsörjande och svårstörda tröghetsnavigeringen.

Olja vs väte

Bränslepriserna är redan nu en avgörande faktor i flygbolagens ekonomi, men inte endast priset utan också tillgången har blivit ett problem.

Sökandet efter alternativa bränslen har tills vidare inte gett några speciellt uppmuntrande resultat. De mest lovande aspiranterna är flytande väte och metan, samt av kol eller skiffer framställt flytande kolväte — sistnämnda är naturligt nog mycket likt det nuvarande bränslet, Jet A, men problemen är hög frys punkt och slaggbildning i brännkamrarna. En möjlighet vore att använda det på korta flygningar där risken för frysning är liten, och oljebaserat bränsle på långa flygningar.

Övergång till ett helt nytt bränsle medför en hel del problem som ännu är olösta 9 motorteknologin är outveckla € produktionen av tex den erforderliga mängden väte är av aldrig tidigare skådad storleksklass: man har räknat ut att Chicagos flygfält dagligen skulle behöva 3 000 t väte, och USA:s hela produktionskapacitet idag är drygt 100 t/ Ö värmevärdet per volymenhet är endast ca en fjärdedel av det nuvarandet bränslets (Jet A).

Sistnämnda faktor kompenseras av att värmevärdet per massa är nästan trefaldigt, vilket skulle leda till en flygplanstyp med överväldigande volym men lätt vikt -— om man skulle lyckas lösa de konstruktionstekniska problemen. I alla händelser betyder volymbehovet att flytande väte endast lämpar sig för långdistansplan av typ wide-body. Operationstemperatur, värmeisolation, brandsäkerhet är andra problem.

Bla franska forskare har studera unE0 värmeutvidgning, kondensation och etanolens användning som bränsle. Dess — liksom metanolens — värmevärde per massa är betydligt lägre än Jet A:s, ”flygfotogenens”. Dessutom har ju alkoholen den nackdelen att den saknar de smörjande egenskaper som oljebaserade bränslen har.

Sammanfattande kan konstateras, att 80-talets flygteknik ser ut att utveckla sig rätt genomgripande på den elektroniska avioniksidan, där bollen nu är hos flygbolagen. Teknologin är praktiskt taget färdigutvecklad. Ett effektivt samspel krävs av flygbolagen för att specifiera och standardisera behoven, både för existerande plantyper och nya modeller, så att man får fram effektiva ekonomiska och lättskötta system.

De aerodynamiska och strukturella framstegen däremot går långsammare. På motorsidan kämpar man sig procent för procent fram mot större bränslebesparing i en evig kapplöpning med de stigande bränslepriserna.

Martti Jukola Jussi Leiviskä Jouko Malén Ol

Svenskt Stål arvtagare till Stora Kopparberg marknadsför ett komplett sortiment av handelsstålprodukter, stångstål och profiler samt förädlad tunnplåt

När man talar on Svenskt St talar man om en lång rad olika kvaliteter och utföranden. Var och en har sina specifika egenskaper och sina speciella användningsområden. Svenskt Stå kompletterar med detta program dag den finska stålindustrin.

OY SVENSKT STÅL AB

Skarpskyttegatan 12 A, Helsingfors, tel. 177 055