Flyg är en av de mest miljöskadliga transportformerna, står för 3% av alla utsläpp av växthusgaser i EU. Men nya flygplanskonstruktioner inspirerade av arbetet från en flygtekniker från början av 1900-talet och naturliga ämnen som honungskaka och gräs kan bidra till att minska flygfotavtrycket.

Med nästan 1 miljard passagerare som tog sig till europeisk himmel 2016 och antalet fortfarande ökar, tillväxten inom europeisk luftfart har varit häpnadsväckande. Effekten är att lika många andra industrier minskar utsläppen av växthusgaser genom effektivitet och ny teknik, luftfarten ökar.

En person som flyger från London till New York och tillbaka genererar ungefär samma utsläppsnivå som ett års bostadsuppvärmning för den genomsnittliga européen. Vid den senaste konferensen Transport Research Arena i Wien, Österrike, ett evenemang på hög nivå som täcker alla europeiska transportsätt, Professor Hans Joachim Schellnhuber, chef för Potsdam Institute for Climate Impact Research i Tyskland, sade att undvika flygresor helt var det bästa alternativet för att skydda miljön.

Men som Sergio Barbarino, ordförande för Alliance for Logistics Innovation through Collaboration in Europe (ALICE) svarade:det är ett osannolikt scenario. "Vi kan inte bara berätta för människor att de inte kan ta sin semester på Kanarieöarna längre, " han sa.

Flygresor kan vara här för att stanna, men det råder ingen tvekan om att ingenjörer måste hitta nya sätt att göra det renare och grönare. En idé är att radikalt göra om ett flygplans vinge så att det kräver betydligt mindre driftsbränsle, ett tillvägagångssätt som för närvarande är under utveckling av ett projekt som heter PARSIFAL.

Far till aerodynamik

För deras design, laget sökte inspiration från den berömda tyska flygingenjören Ludwig Prandtl, betraktas ofta som aerodynamikens fader. År 1924, Prandtl hade en idé om ett plan med en ovanlig vinge som reducerade dragkoefficienten och förbättrade den aerodynamiska effektiviteten men idén ignorerades i stor utsträckning vid den tiden.

I slutet av 1990 -talet, Professor Aldo Frediani vid universitetet i Pisa, Italien, och samordnare för PARSIFAL -projektet, använde matematik för att bevisa att Prandtls vingteori var trolig. Professor Frediani och hans team började arbeta med att utforma ett nytt flygplan med slutna flygplan baserat på Prandtls ursprungliga koncept.

"De teoretiska resultaten kan användas för att definiera en ny konfiguration, vår konfiguration, " han sa.

Istället för att två separata vingar sträcker sig på vardera sidan av flygkroppen, vårt välkända koncept om ett flygplan, det Prandtl-inspirerade flygplanet har en vinge som slingrar och stänger tillbaka på sig själv i en sluten design utan vingspetsar. Detta minskar mängden drag som verkar på flygplanet, vilket innebär att mindre bränsle förbränns. Detta är särskilt viktigt för start och landning, eftersom det är de faser av flygplan som vanligtvis gnisslar mest bränsle och driver ut de flesta utsläppen.

"Dessa flygplan kommer att vara mycket bekvämare ur bränsleförbrukningens synvinkel, buller och utsläpp, "sade professor Frediani.

Teamet har utvecklat en liten modell av sitt plan men tanken är att fokusera på medelstora flygplan, med målet att öka antalet passagerare som transporteras per flygning från cirka 180 till 310. Forskarna uppskattar att planet kan vara i luften om 10-15 år, beroende på säkerhetskontroller och flygplanstillverkares intresse. Deras nästa steg är att förfina aerodynamiken, motorläge och reglage, medan University of Pisas ekonomiavdelning samarbetar med PARSIFAL för att bestämma planerad ekonomisk prestanda för flygplanet.

"Denna lösning kan helt förändra framtidens lufttransport, "sade professor Frediani.

Under tiden, andra ingenjörer hämtar inspiration från naturen för att utveckla 3D-tryckta flygplanskomponenter som kan minska vikten med upp till 30%. Ju mindre ett plan väger, desto mindre bränsle krävs, vilket resulterar i en betydande minskning av CO ₂ utsläpp.

Honeycomb struktur

Melanie Gralow är en biomimetisk designingenjör för projektet Bionic Aircraft, som tar lärdomarna av naturen för att förbättra delar för tillverkning av flygplan.

"Tunna ytor eller stavar tenderar att deformeras mycket lätt under hela tillverkningsprocessen, "förklarade hon." Du kan förstyva dem genom att applicera en viss ytstruktur. Honeycomb-strukturen är en av de bioinspirerade strukturerna som kan användas för att stelna väggen utan att lägga för mycket vikt. "

Projektet hämtar också inspiration från grässtjälkar, som utsätts för böjbelastningar av vinden på samma sätt som stöttor i flygplanskomponenter. Böjbelastningar är krafter som verkar på en struktur i sidled och därför kan leda till att den böjer sig.

"Stjälken är ihålig inuti och den har ett dubbelväggssystem, "sa Gralow." Det måste motstå vindkrafter i naturen, men fjädrar i den tekniska världen måste också motstå böjning. Genom att applicera det dubbelväggiga systemet på fjäderbenen, vi kan göra dem lättare, men samtidigt lika stela som de behöver vara. "

För att göra dessa invecklade, mycket detaljerad, lätta delar, teamet använder 3D-skrivare med laserstrålteknik. Även om den är idealisk för små precisionsarbeten, forskarna säger att det fortfarande är långt kvar att skriva ut ett helt flygplan på detta sätt.

"Tills vidare, målet är verkligen att fokusera på mindre delar eftersom byggutrymmena för de nuvarande skrivarna är begränsade. De största kommersiella skrivarna är cirka 40–50 centimeter breda, så det sätter maxstorleksgränsen för nuvarande 3D-tryckta metalldelar, sa Gralow.