Vliegtuigen hebben een ontwerp dat al meer dan een eeuw hetzelfde is. Maar een nieuwe conceptstudie van onder andere de TU Delft en KLM laat zien dat dat niet zo hoeft te blijven. Dit is de KLM AHEAD.
Een vliegtuig heeft anno 2017 nog steeds hetzelfde ontwerp als vliegtuigen dat tijdens de Eerste Wereldoorlog hadden, toen vliegtuigen voor het eerst op grote schaal werden gebruikt. Een cilindervormig voertuig met twee vleugels aan beide kanten en een staartvin voor extra stabiliteit.
KLM schreef vorig jaar een wedstrijd uit waarbij bedrijven, wetenschappers en studententeams een nieuw soort vliegtuig konden ontwerpen. Eén van de opvallendste kanshebbers is AHEAD, de ‘Advanced Hybrid Engine Aircraft Development’.
Blended Wing Body Design
Naast de karakteristieke blauwe kleuren van de Nederlandse luchtvaartmaatschappij, heeft AHEAD wel iets weg van een vliegtuig, maar ook van een vliegende schotel. Het valt meteen op dat de vleugels van AHEAD niet als het ware op het vliegtuig zijn geplakt, maar meer in de rest van het ontwerp zijn geïntegreerd. De TU noemt dat zelf het ‘Blended Wing Body Design’, en het is één van de speerpunten van AHEAD. Die moet door een nieuw ontwerp en het gebruik van andere motoren veel milieuvriendelijker worden, zodat het voertuig langere afstanden kan overbruggen.
Op papier kan AHEAD straks een afstand van 14.000 kilometer vliegen. Maar belangrijker zijn de voorgestelde doelen van de Advisory Committee for Research in Aeronautics (ACARE) om CO2-uitstoot in 2050 met 75 procent te verminderen. Dat is nog een hele klus waar veel voor moet gebeuren, en waar AHEAD uiteindelijk aan moet bijdragen.
Efficiënter
Het team achter AHEAD wil daarom naar een paar alternatieve ontwerpen voor vliegtuigen kijken. De motoren zijn één van de belangrijkste onderdelen waardoor de AHEAD een stuk efficiënter wordt. Opvallend is dat die aan de achterkant van het vliegtuig zitten, in plaats van aan de onderzijde van de vleugels.
Omdat het vliegtuig door zijn aerodynamische design met minder luchtweerstand van de grond komt, hebben de motoren een minder grote rol tijdens het opstijgen. Maar dat is niet de enige reden dat de motoren aan de achterkant van het voertuig komen te zitten. Dat is namelijk ook gedaan door de werking ervan.
Een belangrijke verandering aan AHEAD ten opzichte van bestaande vliegtuigen is de nieuwe hybride motor, die zowel met traditionele brandstoffen zoals kerosine kan vliegen, als met cryogene brandstof zoals LNG of vloeibare waterstof (LH2). Bij traditionele vliegtuigmotoren wordt de luchtstroom gebruikt om kerosine te ontbranden door middel van een zogenaamde ‘turbofan’.
Bij de hybride motor wordt daar ook gebruik van gemaakt, maar dat is slechts een deel van wat de motor doet. Die bestaat uit twee kamers, waarin in de eerste de LNG of LH2 wordt verbrand, wat op een veel lagere temperatuur gebeurt dan bij conventionele middelen zoals biodiesel of kerosine. Daardoor ontstaat er in de tweede kamer meer waterdamp, waardoor de motor minder ontvlamt tijdens de aandrijving – wat op zijn beurt voor minder uitstoot zorgt.
Een andere belangrijke manier waarop het vliegtuig energiezuiniger moet worden, is door de luchtweerstand te verkleinen. Door de vleugels deel van het ontwerp te maken, wordt de rest van het vliegtuig platter, en dat betekent dat er minder brandstof nodig is om het gevaarte de lucht in te krijgen.
Ook als het vliegtuig eenmaal in de lucht is, heeft het minder aandrijving nodig. En dat de motoren op het achterste deel van de staart zijn gebouwd, heeft als bijkomend voordeel dat het voertuig nóg een stukje dynamischer wordt.
Cryogene brandstof
Bij vliegtuigen wordt de brandstof normaal opgeslagen in de vleugels, maar als AHEAD gebruik wil maken van cryogene brandstof, kan dat niet meer. Die moet namelijk onder druk worden opgeslagen in grotere tanks. Dat kan bij het AHEAD-design, de cryogene tanks zijn namelijk opgeslagen op het bolle gedeelte waar de vleugels bij het vliegtuig komen.
In het vliegtuig zelf komt voor de passagiers meer ruimte. Volgens het onderzoeksteam dat de studie heeft gedaan, biedt de vorm van het vliegtuig veel mogelijkheden voor ontwerpers om creatief te spelen met zitplekken – een beetje zoals ‘vroeger’ werd gevlogen.
2050
Het is nog lang niet zeker of AHEAD ooit ook echt de lucht in gaat. Er zijn nog veel obstakels te overwinnen. Zo is er nog nooit gevlogen met cryogene brandstof in een regulier vliegtuig, dus moet dat eerst uitvoerig worden getest. Ook moet er een hybride motor worden ontwikkeld. Als dat allemaal lukt, zou AHEAD rond 2050 klaar moeten zijn.
Het grootste voordeel van een dergelijk vliegtuig zijn de grote afstanden die dan overbrugd kunnen worden. Als de AHEAD straks 14.000 kilometer kan vliegen zonder te stoppen, is dat volgens KLM vooral interessant met het oog op opkomende markten in Azië.