luchtvaart

Vogels, zoals deze kraai, vliegen fundamenteel anders, en veel zuiniger, dan verkeersvliegtuigen. Bron: ornithopter.org

Vliegen als een vogel: de ornithopter

In het dierenrijk kunnen we verschillende varianten vinden van menselijke vliegtuigen. De condor als zweefvliegtuig en de kolibri als helikopter. Parachutisten doen niet anders dan paardebloemzaadjes. Maar waarom zijn er geen vliegtuigen die vliegen als een vogel?

In een gesprek met mijn lief stelde zij een vraag waar ik over bleef doordenken. Wij mensen hebben een groot aantal typen vliegtuigen ontwikkeld. De bekendste, en meest praktische, zijn het propellor- en straalvliegtuig (die afgezien van de motor niet verschillen), het zweefvliegtuig en de helicopter.

Vogels, zoals deze kraai, vliegen fundamenteel anders, en veel zuiniger,  dan verkeersvliegtuigen. Bron: ornithopter.org
Vogels, zoals deze kraai, vliegen fundamenteel anders, en veel zuiniger, dan verkeersvliegtuigen. Bron: ornithopter.org

In het dierenrijk bestaat er geen equivalent van de ballon, vermoedelijk omdat een ballonwezen kansloos is tegen roofvogels en een speelbal is van de wind. Inderdaad is nu ook bij de mens de ballonvaart alleen voor hobbyisten of voor zeer zware vracht nog interessant.
Interessant is de vraag, waarom er in de natuur geen dieren zijn met statische vleugels, zoals vliegtuigen, maar wél met beweegbare vleugels. Het antwoord: deze zijn energiezuiniger dan die van vliegtuigen en voor een dier is energiozuinigheid van levensbelang. Kortom: het zou wel eens slim kunnen zijn, ook onze vliegtuigen te laten vliegen als een vogel.

Hoe functioneert een ornithopter?
Een ornithopter beweegt zich niet voort door een propellor of straalmotor, maar door klapwiekende vleugels.
De droom te vliegen als een vogel is al duizenden jaren oud. Denk aan de Griekse legende van de uitvinder Ikaros, die te dicht bij de zon kwam waardoor de was van zijn vleugels smolt.

De veelzijdige Leonardo da Vinci dacht al na over ornithopters. Bron: Leonardo da Vinci
De veelzijdige Leonardo da Vinci dacht al na over ornithopters. Bron: Leonardo da Vinci

Leonardo da Vinci dacht al na over een ornithopter, maar stelde terecht vast dat een mens te zwaar is om als een vogel te vliegen. Ook de Duitse luchtvaartpionier Otto Lilienthal probeerde als een vogel te vliegen, maar viel na enige geslaagde zweefvluchten te pletter.
Een andere Duitser, Schmidt, slaagde er in 1942 als eerste mens in om een werkende ornithopter te bouwen.
Nu weten we dat een getrainde atleet in staat is met een vliegfiets het Kanaal over te vliegen, een afstand van ongeveer dertig kilometer.

Real life ornithopters
Nu zijn de technische mogelijkheden veel groter dan twee eeuwen terug, in de tijd van de ongelukkige Lilienthal. Sterke elektromotoren van rond een kilogram kunnen rond de 8400 watt leveren, meer dan twintig maal het vermogen dat een mens gedurende langere tijd kan leveren en veel sterker (max. 800 watt per kg, gedurende korte tijd[1]; zie diagrammen) dan de sterkste vliegende vogel. Met wat hulpmotoren is het dus zeer goed mogelijk dat een mens kan vliegen ale een vogel. Om een zwaar batterijenpak te voorkomen, zou je dan de klapvleugels moeten voorzien van membraan zonnepanelen. Als een mens een vleugeloppervlak van ongeveer 10 vierkante meter zou hebben, wat overigens ook nodig is om in de lucht te blijven, zou dit bij Nederlandse zonlichtintensiteiten een vermogen van rond de 500 watt leveren. Dit vermogen komt dan in enkele krachtsexplosies vrij, of, misschien, door beurtelings paren vleugels aan te drijven. Ongeveer zoals een borstelworm zwemt. Wellicht zou je dit kunnen oplossen met een vliegwiel, dat door de motoren opgeladen wordt en dat in zeer korte tijd de opgeslagen energie vrijgeeft aan de vleugels. Of, zoals in de natuur, dat kunstmatige spieren langzaam worden aangespannen. Zoals in de animatie te zien is, beweegt het lichaam van de vogel nauwelijks, terwijl de vleugels flink wapperen. Een vogelvlucht als mens, of tochtje met een ornithopter-verkeersvliegtuig zou dus vermoedelijk redelijk comfortabel zijn.

Bestaande prototypes van ornithopters werken op standaard fossiele brandstofmotoren.

Bronnen
1. G.N Askew en D.J Ellerby, The mechanical power requirements of avian flight, Royal; Society Biology Letters, DOI: 10.1098/rsbl.2007.0182, 2007

Video: vliegende elektrische fiets

Altijd al bij de buren naar binnen willen gluren of stoplichten willen vermijden? Drie Tsjechische bedrijven hebben dé oplossing Helaas gebruikt het prototype zoveel energie dat onze huidige zwakke batterijen het toestelletje maar enkele minuten de lucht in kunnen houden.

De uitvinders zijn echter optimistisch. De batterijcapaciteit verdubbelt immers elke tien jaar…

Jarno Smeets in actie.

Visie Icarus waargemaakt?

Al duizenden jaren droomt de mens er van: vliegen als een vogel. Volgens een Griekse mythe vervaardigde Icarus, de zoon van Daedalus, vleugels van vogelveren en bijenwas en vloog hij naar de zon. Toen de was smolt omdat hij te dicht bij de zon kwam, vond hij een jammerlijk einde. De ingenieur Jarno Smeets bleek een één-aprilgrap van filmmaker Floris Kaayk, die gedurende enkele dagen op meesterlijke wijze de gehele wereld om de tuin leidde. Maar toch. Zou het systeem dat Kaayk onder zijn alias voorstelde, kunnen werken?

(video met dank aan Douwe)

Hoe werkt het systeem?
Volgens de website zouden elektromotoren die zijn spierbewegingen via een omgebouwde Wii en smartphone (overigens een wel erg omslachtige methode), doorgeven aan de controller van de elektromotoren op zijn rug. Deze versterken de bewegingen. De elektromotoren hebben een vermogen van 2000 W, dat is bijna drie paardenkracht. Ter vergelijking: de gemiddelde scooter heeft 3 kW vermogen, anderhalf maal zoveel. Hij komt de lucht in door de enorme vleugels, met een spanbreedte van zeven meter, fladderende bewegingen te laten maken.

`Jarno Smeets` in actie.

Is het natuurkundig gezien mogelijk?
De vleugels hebben een spanwijdte van zeven meter dus leveren bij een aerodynamisch goed ontwerp in principe voldoende lift om een mens in de lucht te brengen – ultralight vliegtuigen hebben overigens een iets grotere spanbreedte. Er zijn al eerder mensen met puur spierkracht de lucht in gegaan: de bekende vliegfiets. Het is zelfs, voor enkele seconden, met een helicopter gelukt. Met een vermogen dat tien keer zo groot is als het duurvermogen van het menselijk lichaam, 200 watt, is er dus in principe geen probleem om de lucht in te gaan.

Elektrische motor en accu hoeven niet zwaar te zijn: in principe zou rond de tien kilogram voldoende zijn voor een korte vlucht. In de hoax werd twintig kilogram genoemd.

Wat ook helpt is het grondlift effect: door vlak over de grond te scheren ontstaat extra lift. Een Amerikaanse prof heeft er wat berekeningen op los gelaten en komt tot de conclusie dat het in principe kan. De verhouding tussen vleugelspanbreedte en gewicht is gelijk aan die van grotere vogels.

Concept zou kunnen werken
Natuurkundig is het concept overigens zelfs waarschijnlijker dan de vliegfiets of de human powered helicopter, die al eerder op Visionair voorbij kwamen. Ook het voortbewegingsmechanisme is geloofwaardig. Op zich is het dus niet zo gek dat veel mensen (waaronder ikzelf) er -met de nodige twijfel vanwege het geheimzinnige gedoe- in trapten.

Het is dus niet denkbeeldig dat er ooit iemand werkelijk in zal slagen klapwiekende vleugels te bouwen. Wel zal hier een stabilisator bij moeten worden gebouwd – vliegen met klapwiekende vleugels betekent een nauwkeurig evenwicht tussen diverse krachten en is veel lastiger dan zweefvliegen, aangedreven door een propellor of straalmotor. Dat is ook de reden waarom er nog geen werkende klapwiekende kunstvleugels bestaan.

Video: Amerikaanse politie zet tienduizenden spionage-drones in

Veel Amerikanen maken zich zorgen, en dat kunnen wij maar beter ook doen. Na het wegvallen van wetgeving die onbemande vliegtuigen alleen toestaat voor het leger, willen duizenden Amerikaanse politiekorpsen een groot aantal op afstand bestuurbare drones aanschaffen. Met de onbemande vliegtuigjes kunnen de korpsen voor een fractie van de kosten van een helicopter verdachten volgen en bewijsmateriaal verzamelen. Privacyadvocaten slaan alarm. Afluisteren en spionage worden zo wel heel gemakkelijk.

Ook in Europa, waaronder Nederland, zullen drones uiteindelijk hiervoor ingezet worden. Kortom: tijd voor wat meer aandacht voor dit fenomeen. Vooral als ook privépersonen en -bedrijven eigen drones laten rondvliegen. Want wie wil straks de ongewilde hoofdrolspeler in een hilarische film of pornofilm worden?

Lees ook:
Video: vliegende bol ontwikkeld
Nieuwe trend: privé drone

Dit kleine vliegtuigje van iets meer dan twee kilo vervangt een zware politiehelicopter.

Nieuwe trend: privé-drone

Je kinderen in de gaten houden als ze buiten spelen. Spectaculaire vakantiefoto’s maken vanaf een onmogelijke plek. Of, voor de viezeriken onder ons, bij je welgevormde buurvrouw naar binnen gluren terwijl ze onder de douche staat. De privédrone komt er aan, en daar kunnen we maar beter alvast rekening mee houden.

Dit kleine vliegtuigje van iets meer dan twee kilo vervangt een zware politiehelicopter.
Dit kleine vliegtuigje van iets meer dan twee kilo vervangt een zware politiehelicopter. Bron: AeroVironment

Drones steeds populairder bij het leger
Al enkele jaren beheersen ze het nieuws. Militaire onbemande vliegtuigen, drones zoals de Predator, die verkenningstaken uitvoeren of met raketaanvallen echte of vermeende terroristen doden. Drones worden steeds populairder bij militairen. Geen wonder. Drones zijn onbemand, dus vervangbaar, kunnen veel kleiner zijn dan een straaljager en kunnen veel meer nuttige lading meenemen. Daarbij komt dat ze maar een paar procent kosten van een straaljager. Ook de politie, hier in Nederland en het buitenland, zet steeds vaker drones in. Hennepteelt is een stuk minder aantrekkelijk geworden sinds de politie met drones op zoek gaat naar plantages.

Ook voor particulieren een uitkomst
Dit zijn nu precies ook de voordelen die ze heel interessant maken voor particulieren. Om te beginnen uiteraard bedrijven, zoals die van boeren. In plaats van een sproeivliegtuig met een alcoholische Vietnamveteraan, een sproei-drone die elke sproeibeurt een vast parcours aflegt. Al een bekend gezicht in Japan. Russische archeologen brengen er grafheuvels mee in kaart. Drones kunnen duizenden kilometers olie- en gasleiding door verlaten gebieden in de gaten houden. Hulpverleners kunnen snel noodhulp droppen zonder mensenlevens in gevaar te brengen.

Gevaren aan drones
Nu is er alleen een probleem. Er zijn strenge regels voor gebruik van het luchtruim. Dat is niet voor niets. De gevolgen van een luchtvaartongeluk zijn doorgaans rampzalig. Als een handjevol ganzen al zo veel ellende op Schiphol aan kan richten, zijn de gevolgen helemaal niet te overzien als er steeds meer onbemande vliegtuigen het luchtruim delen. De FAA, de Amerikaanse luchtvaartautoriteit, is dan ook al druk bezig regels op te stellen, die in moeten gaan in januari. Dit is een eerste stap in het toelaten van vliegende robots in het luchtruim. Er zij al bijna driehonderd vergunningen voor testen met drones uitgevoerd, maar heeft nog geen vergunningen voor inzet op grote schaal afgegeven. Drones beschikken nog niet over een goed systeem om botsingen te voorkomen. Denk ook aan privacy en de akelige dingen die je kan doen met een op afstand bestuurbaar vliegtuigje gevuld met springstof of een enge ziekte. Kortom: ideaal voor criminelen en terroristen. Geen wonder dat de luchtvaartindustrie voorzichtig is en voorlopig alleen drones voor leger en politie wil toelaten.

Kleine drone van twee kilo vervangt kerosineslurpende politieheli
Het bedrijf AeroVironment heeft een miniheli getest. De Qube wordt bestuurd met een tablet computer en past met zijn 2,4 kg in de achterbal van een auto. Terwijl de drone vliegt, verzamelt deze kristalheldere beelden van zestig meter hoogte. Dit soort toestelletjes zijn uiteraard ideaal om boeven te vangen, of om relschoppende demonstranten (of politieke tegenstanders) te identificeren. De prijs is maar drie procent van een politiehelicopter. Plus uiteraard het veel lagere brandstofverbruik. Een kleine heli kost al gauw over het miljoen en jaagt er veertig tot zestig liter kerosine per uur doorheen.

Kudde robotdronen
Onder de lastige vragen: wat moet een drone doen als de verbinding met de bestuurder wordt verbroken? Frederick Smith, oprichter van het postbedrijf FedEx stelt voor een hele ‘kudde’ van robotvliegtuigen te laten ‘hoeden’ door een menselijke piloot die een oogje in het zeil houdt. De drones volgen in zijn voorstel de piloot. Dat scheelt hem veel piloten. En hoe voorkom je dat drones worden gebruikt als terroristisch wapen? Het antwoord, volgens sommigen: maak ontwerpen zo gestroomlijnd en gevoelig dat er aan knutselen, bijvoorbeeld om er een explosief in te verstoppen, het apparaat onklaar maakt. Maar ook onschuldiger kattenkwaad kan vervelende gevolgen hebben. Want je zal maar onder de douche staan en een vervelende buurman hebben…

Bron
Seattle Times (2011)

De WASP is in staat draadloze internetpunten, GSM telefoonverkeer en Bluetooth verbindingen te hacken.

Hacken vanaf de lucht

Met een tweedehands modelvliegtuigje zijn een stel hackers er in geslaagd internetknooppunten en zendmasten voor mobiele telefoons te kapen.

De WASP is in staat draadloze internetpunten, GSM telefoonverkeer en Bluetooth verbindingen te hacken.
De WASP is in staat draadloze internetpunten, GSM telefoonverkeer en Bluetooth verbindingen te hacken.
Rich Perkins en Mike Tassey bouwden het heldergele Wireless Arial Surveillance Platform (WASP) in hun garage van een tweedehands vliegend oefendoelwit van het Amerikaanse leger. De WASP gaat op jacht naar mobiele telefoons en internetknooppunten. Volgens de makers legt het vliegtuigje een voorgeprogrammeerde route af. De hardware en software in de drone is voorzien van de mogelijkheid Wi-Fi, Bluetooth en GSM-netwerken aan te vallen.

WASP pikt pakketjes data op die draadloos worden verzonden of gebruikt niet-beschermde hot spots via welke cyberaanvallen op computersystemen kunnen worden gelanceerd. De drone is ook in staat zich voor te doen als een gebruiker van een mobiele telefoon, waarna op kosten van de gebruiker kan worden gebeld of geïnternet.

Tweeedehands drones zoals gebruikt voor WASP kunnen voor ongeveer honderd tot honderdvijftig euro online worden gekocht. De overige onderdelen werden via elektronica-verzendhuizen besteld. De totale kosten van onderdelen voor de drone bedroegen iets meer dan zesduizend dollar, plus uiteraard nog de werktijd: twee jaar knutselen in de avonduren.

Naar eigen zeggen bouwden de twee technici de vijftien kilo wegende drone, om zo de computerindustrie erop attent te maken dat het vrij eenvoudig is om met algemeen verkrijgbare onderdelen dit soort apparaten te bouwen.

Goed- en kwaadaardig gebruik
WASP kan mobiele telefoons in rampgebieden opsporen, wat in potentie redders naar overlevenden leidt. Het toestel kan ook over een rampgebied vliegen om als mobiele zendmast te dienen, zodat overlevenden die vastzitten kunnen bellen. Aan de andere kant kan WASP de computernetwerken van bedrijven binnendringen via niet-beveiligde draadloze netwerken die op veel plaatsen te vinden zijn.

De omgebouwde drone kan ook topmanagers via hun mobiele telefoon identificeren en ze volgen, om zo te loeren op een kans om hun data te stelen. Bijvoorbeeld als de top executive draadloos internet in een café. WASP checkt alle aanvalspunten en slaat toe op het zwakste punt. Dat kan van alles zijn: Bluetooth hoofdtelefoon, mobieltje, Wi-Fi. Heeft WASP eenmaal een ingang gevonden, dan kan het systeem toeslaan.

Volgens de bedenkers kan de drone ook een kleine lading meenemen, denk aan drugs of dingen als vuile bommen of bio- of chemische wapens waarmee terroristische aanvallen zijn uit te voeren. Zoals overigens voor elk voldoend grote modelvliegtuig geldt.

Indiase filmmakers hebben zich al uitgebreid uitgeleefd in creatieve toepassingen, waarbij de onvermijdelijke schurk dood en verderf zaait met een modelheli of op afstand bestuurbare bomrobot. Dat is namelijk veel goedkoper qua special effects.

Bron:
Rabbit Hole

De Aeroscraft in hotelvorm zal er ongeveer zo uit komen te zien.

Zwevend hotel

Hoe zou het zijn om hoog in de lucht te feesten, te slapen of te gokken? Als ondernemer Igor Pasternak financiers vindt om zijn concept voor een luchtcasino uit te voeren, kunnen we daar al op vrij korte termijn achter komen.

De makke met vliegtuigen

De Aeroscraft in hotelvorm zal er ongeveer zo uit komen te zien.
De Aeroscraft in hotelvorm zal er ongeveer zo uit komen te zien.

Luchtvaart kost heel veel brandstof. De vliegende auto, bijvoorbeeld, is een licht eenpersoonsvoertuigje en gebruikt ongeveer een liter brandstof op negen kilometer. De reden: zwaarder-dan-lucht vliegtuigen zijn gedwongen rekening te houden met de fysische beperkingen. Om in de lucht te blijven moet het vliegtuig voldoende opwaartse kracht, lift, genereren. Lift is recht evenredig met de snelheid. Maar helaas: de luchtweerstand neemt kwadratisch toe met de snelheid. Een duivels dilemma, dat vliegtuigbouwers proberen op te lossen door vliegtuigvleugels heel vlak en groot te maken zodat de snelheid omlaag kan. Ook dat heeft uiteraard een nadeel: grote vleugels hebben meer oppervlak en dus meer weerstand. Ook nemen grote vleugels veel ruimte in beslag op vliegvelden en zijn deze vliegtuigen moeilijk te besturen. 

Zeppelin als hotel
Als je tevreden bent met een lagere snelheid, is het een verstandig idee een zeppelin of dirigible te gebruiken. Zeppelins blijven niet in de lucht door lift, maar omdat ze lichter zijn dan de omringende lucht. Je kan op die manier een veelvoud van de hoeveelheid lading vervoeren. Ook de snelheid kan veel lager worden, wat minder luchtweerstand betekent. Nadeel is wel dat de doorsnede heel groot is. De zeppelin komt met veel lucht in botsing als deze beweegt. In de praktijk valt de brandstofbesparing dus tegen. Wel is het liftvermogen veel groter dan dat van een vliegtuig. Ook hebben zeppelins geen landingsbaan nodig.

64 meter lange zeppelin
Met dit in het achterhoofd heeft de Russische immigrant Igor Pasternak met zijn bedrijf Aeros de Aeroscraft ontwikkeld. Het volume hiervan is, zoals bij alle zeppelins, enorm. De lengte is ongeveer 64 meter. Tweederde van de lift, de opwaartse kracht, wordt geleverd door het helium waarmee de zeppelin gevuld is. Het laatste derde deel is afkomstig van elektrische motoren die met brandstofcellen aangedreven worden. Hierdoor kan de dirigible vrij eenvoudig stijgen en dalen. Het is niet nodig om zoals bij een ballon, het helium te verhitten om te stijgen.

Reuzen-cargovervoerder of zwevend hotel
Met het enorme laadruim dat een zeppelin biedt kan je uiteraard de nodige dingen doen. Zo kunnen voorwerpen die anders nauwelijks tot niet over de weg vervoerd worden, van de ene plaats naar de andere worden vervoerd. Eilandjes in de Stille Zuidzee die nauwelijks met een vliegtuig te bereiken zijn omdat er geen landingsbaan is, kunnen met de Aeroscraft aan worden gedaan.
De spectaculairste toepassing is uiteraard de Aeroscraft gebruiken als luxe luchtcruise-schip. Met een snelheid van rond de honderd kilometer per uur kunnen reizigers de spectaculaire landschappen onder zich voorbij zien glijden. De hoogte waarop de zeppelin vliegt, rond de drie kilometer, is zo laag dat er veel meer te zien is dan vanuit een vliegtuig.

Een voorproefje in de videoclip hieronder.

Bron:
Aeros Craft

Het prototype van de Daedalus.

Vliegtuig zonder vleugels

Hoe hadden vliegtuigen er uit gezien als er er nooit vogels waren geweest die mensen als de gebroeders Wright hadden geïnspireerd? Het Oostenrijkse bedrijf Austrian Innovative Aeronautical Technology (IAT21) heeft een nieuw type vliegtuig onthuld dat vliegt zonder vleugels of rotors op de luchtshow van Parijs.

Het prototype van de Daedalus.
Het prototype van de Daedalus.

Het nieuwe vliegtuig is D-dalus genaamd (vermoedelijk genoemd naar de legendarische Daedalus, die zijn zoon Icarus verloor toen deze met de door Daedalus gemaakte wassen vleugels te dicht bij de zon in de buurt kwam) Het vliegtuig vloog niet daadwerkelijk op de show. Volgens de presentatoren  is het vliegtuig zowel in staat op dezelfe plaats te blijven zweven als vooruit te vliegen met de snelheid van een straalvliegtuig, dit alles met erg weinig geluid.

De natuurkunde erachter is niet erg opzienbarend en al eerder gebruikt. Snel roterende schijven, omringd door propellorbladen waarvan de stand tijdens de vlucht kan worden veranderd. De schijven draaien door middel van vier standaard vliegtuigmotoren. Geavanceerde computerbesturing stelt het toestel in staat om zeer precies te vliegen, zoals vlak naast een muur blijven zweven, door gebouwen heenvliegen en zelfs bij zware wind boven een schip blijven zweven. Hiermee heeft het vlieggedrag van het tuig veel weg van het gedrag van UFO’s. Op dit moment is alleen een onbemand prototype gebouwd.

Een vliegtuig zonder vleugels kan alleen in de lucht blijven door zich af te zetten tegen de lucht. Het brandstofverbruik van dit vliegtuig zal dus vermoedelijk vergelijkbaar zijn met dat van een helikopter van vergelijkbare grootte, met 15 liter per 100 km ongeveer vijf keer zoveel per passagier als een groot passagiersvliegtuig.

Bron: Physorg.com

In twee uur van Parijs naar Tokio

Acht jaar na het verdwijnen van de Concorde denkt het Europese bedrijf EADS dat supersonische passagiersvliegtuigen terug kunnen komen – maar pas na 2050.

EADS, eigenaar van Airbus, gelooft dat een nieuwe combinatie van drie voortstuwingstechnieken supersonische reizen zowel voordelig als weinig milieubelastend maakt. De firma schat dat snelheden van Mach 4, of 5000 km per uur, haalbaar zijn.

“De Concorde was techniek uit de jaren vijftig en zestig. We denken dat de drie voortstuwingstechnieken die we nu onderzoeken – waarvan er al één is vervolmaakt in de Arianeraket – dit bereikbaar maken rond 2050,” zegt  EADS-woordvoerder Gregor von Kursell.

tripleengineplane.jpg(Image: EADS)

EADS onthulde het concept voor dit hypersonische vliegtuig op de Paris Air Show van juni 2011. De Zero Emission Hypersonic Transport (ZEHST), zoals de forma het concept gedoopt heeft, zou op conventionele wijze opstijgen – waarbij twee straalmotoren aan de achterkant een door algen geproduceerde biobrandstof gebruiken – maar op een hoogte van zes kilometer zou een Ariane-achtige vloeibaar-zuurstof – vloeibaar-waterstof raketmotor de voortstuwing overnemen.

De raketmotor tilt het vliegtuig met de karakteristieke deltavleugels naar de stratosfeer tot een hoogte van 32 kilometers. Zodra het vliegtuig in deze ultradunne lucht is, nemen zogeheten ramjets onder de deltavleugels het Mach-4 gedeelte van de reis voor hun rekening. In tegenstelling tot een normale straalmotor heeft een ramjet geen compressorturbine en gebruikt de extreem hoge snelheid van het vliegtuig (tot Mach 5) om voldoende lucht onder hoge druk op te scheppen voor een efficiënte verbranding. Het is van kritiek belang dat de lucht niet te snel een ramjet binnenstroomt. Anders ontstaan zogeheten schok-kegels die de luchtstroom tot subsonische niveaus af laat nemen.

Als dit driewegsysteem van straalmotor, raketmotor en ramjet werkt, verwacht EADS dat vluchten van Tokio naar Londen in twee uur en twintig minuten plaats kunnen vinden.

Nadeel aan dit systeem is dat er maar liefst drie voortstuwingssystemen aan boord zijn en dat raketmotoren niet erg betrouwbaar zijn. Ramjets zijn op dit moment nog in een experimenteel stadium. Het is wellicht slimmer vliegtuigen met een elektrostatische versnellingsrail tot in de stratosfeer te lanceren tot mach vier en daar de ramjet aan te laten schakelen.

Bron: New Scientist

De Solar Impulse blijft met behulp van zonne-energie in de lucht.

Zonnevliegtuigen: de toekomst van luchtvervoer?

In een opmerkelijke doorbraak slaagde een piloot van een zonnevliegtuig er in om van Zwitserland naar België te vliegen, puur op zonne-energie. Wat zijn de mogelijkheden om dit nog verder op te schalen tot passagiersvliegtuig?

Solar Impulse
Het Zwitserse zonnevliegtuig Solar Impulse slaagde er in, alleen op zonne-energie, een vlucht van 480 km te maken, zo’n 50 km per uur. Het vliegtuig met een vleugeloppervlakte van 200 vierkante meter vloog boven een hoogte van 9000 meter en heeft met 64 meter de vleugelspanbreedte van een Airbus A340, een groot verkeersvliegtuig. Al eerder brak de Solar Impulse een record door maar liefst 26 uur in de lucht te blijven. Het vliegtuig weegt ongeveer 1,6 ton, een minuscule fractie van de Airbus A340 die leeg ongeveer 170 ton weegt (meer dan honderd keer zo veel)

De Solar Impulse blijft met behulp van zonne-energie in de lucht.
De Solar Impulse blijft met behulp van zonne-energie in de lucht.

Hoe zou het vermogen van een zonnevliegtuig opgevoerd kunnen worden?
Om een zonnevliegtuig lonend te maken, zal het mogelijk moeten worden om tientallen passagiers plus bagage mee te voeren. Aan de aerodynamica van het toestel is met de huidige kennis niet meer veel te verbeteren.

De meest voor de hand liggende oplossing is het vleugeloppervlak nog veel groter te maken (voor tientallen passagiers moet je denken aan meer dan een vertienvoudiging, een half voetbalveld)  en het rendement van de zeer dunne zonnecellen meer dan te verdubbelen. De vleugels, wanneer uitgevoerd van dunne lagen grafeen,  kunnen wellicht ook worden gebruikt om elektrische energie in op te slaan. Het vliegtuig zal uitgevoerd moeten worden van koolstofvezels in plaats van zoals passagiersvliegtuigen nu, gebruikmaken van titanium en aluminium om gewicht te besparen. Recente doorbraken op het gebied van grafeen bewijzen dat dat later mogelijk zal zijn.

Andere ideeën
Het vliegtuig voor passagiers zal meer lijken op een vliegende vleugel dan op een vliegtuig zoals wij dat kennen. Verwacht ook geen zeer hoge snelheden. Vermoedelijk zal de snelheid rond de vijftig tot zeventig kilometer per uur liggen. Dit maakt zonnevliegtuigen alleen interessant voor transatlantisch vervoer of vervoer over zee. Over land zullen elektrische voertuigen het winnen. Mogelijk kunnen zonnevliegtuigen worden gelanceerd door een elektrische katapult in de vorm van een honderden meters hoge kabelbaan, waarbij de vleugels in het eerste stadium zijn ingeklapt. Dit zou het mogelijk maken heel veel energie in de vorm van hoogte en voorwaartse snelheid aan het vliegtuig mee te geven. Het enorme zweefeffect door de grote vleugels kan zo een aanzienlijk deel van de energie leveren.

Een andere optie is het vliegtuig dicht over het wateroppervlak te laten scheren. Het zogeheten grondeffect levert dan extra liftkracht, waardoor er veel minder energie nodig is om te blijven zweven. Nadeel is dan natuurlijk wel dat het vliegtuig niet boven de wolken zweeft (dus veel minder zonne-energie kan opnemen). Lukt het om veel betere elektrische batterijen te bouwen dan nu bestaan, dan kan het vliegtuig behoorlijk veel elektrisch vermogen meekrijgen en wegen de batterijen ook veel minder dan nu.