De gedwongen technologische revolutie die nooit stopt

Dilbeek, 2 juni 2014. Onder economische druk moet de techniek in de luchtvaart op een hoog tempo evolueren. Hierdoor wordt er duurzamer gevlogen. Fabrikanten, beleidsmakers en operatoren werken hand in hand en maken er iets moois van. De lat ligt hoog en samenwerken met alle betrokkenen is de boodschap. Vliegtuigen maken het mogelijk om transport op een snelle, veilige en betrouwbare manier te organiseren. Voor lange afstanden bestaan er weinig tot geen waardige alternatieven waardoor het economische belang van de luchtvaart moeilijk overschat kan worden. De technologische ontwikkeling die de sector afgelopen jaren heeft ondergaan is indrukwekkend. Door continue aanpassingen en verbeteringen is de sector erin geslaagd om met minder brandstof en hierdoor duurzamer te gaan vliegen.

Deze Dash 8 van Flybe werd in mei 2007 voorzien van een prachtige groene bestickering met een duurzame boodschap. De foto geeft ons een beeld van hoe die boodschap weerklonk op Brussels Airport op 1 september 2009.

De crisis als katalysator
Door de economische druk zorgt de markt ervoor dat vliegen op een steeds efficiëntere manier moet gebeuren. Aangezien een derde van de luchtvaartkost bestaat uit brandstofkosten (bron: greenaironline.com) is het brandstofverbruik de belangrijkste factor waarop ingespeeld kan worden. Aangezien de schadelijke emissie recht evenredig is met het brandstofverbruik, helpt de economische druk voor het terugdringen van de uitstoot van milieubelastende stoffen. Vandaag hebben vliegtuigen een verbruik dat 15% lager ligt dan een decennium geleden waardoor ze 40% minder emissies produceren in vergelijking met de vorige generaties toestellen. De ontwikkeling van nieuwe technologieën, het gebruik van efficiënte luchthaveninfrastructuur, meer efficiënte operaties en de invoering van markt gebaseerde maatregelen levert een bijdrage aan de verhoging van de efficiëntie. (de zogenaamde vier pijlers)

Het doel van de technische revolutie
De luchtvaart heeft op milieugebied een aantal doelstellingen vooropgesteld. Deze doelstellingen, afgesproken door alle luchtvaart stakeholders (ACI, CANSO, IATA, IBAC, ICCAIA),  zijn niet vrijblijvend:  verbetering van de brandstofefficiëntie van 1,5% per jaar, een carbon neutrale groei vanaf 2020 en de vermindering van het niveau van CO2-uitstoot met 50% in 2050 ten opzichte van 2005. Men kan gerust stellen dat de lat erg hoog ligt, wetende dat sinds 1994 de omvang van de wereldwijde luchtvaart stijgt met 5,4% per jaar en verwacht wordt dat deze groei zal blijven aanhouden.

Verschillende comités en groepen zijn in het leven geroepen om samenwerking op technisch vlak te promoten en op deze manier de duurzaamheid te verhogen. Het ICAO’s Committee on Aviation Environmental Protection (CEAP) bijvoorbeeld, zorgt voor een samenwerking tussen de verschillende fabrikanten.  Dit comité helpt met de ontwikkeling van standaarden en best practices wat de harmonisering en samenwerkingen ten goede komt. De Air Transport Action Group (ATAG) brengt alle takken van de luchtvaartsector samen en zorgt er voor dat ze kunnen spreken met één stem.

Met dank aan Teresa
Het TERESA project (Technology Roadmap for Environmentally Sustainable Aviation) van IATA is één van de initiatieven in de luchtvaartwereld om de duurzaamheid vanuit specifiek het technisch standpunt op de kaart te zetten. De partners: het Duitse lucht- en ruimtevaart onderzoekscentrum DLR en het Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) werken in nauwe samenwerking met ICAO. Met behulp van analytische modellen wordt er samen met alle betrokkenen een proces gevormd waarbij de brandstof efficiëntie in kaart gebracht wordt. De focus ligt hier op het onderzoek naar de nieuwe technische mogelijkheden op gebied van vliegtuigstructuren en motoren, rekening houdend met de verwachtingen van de klant. Uit het programma blijkt dat technische verbeteringsprogramma’s zich best concentreren op aerodynamische aanpassingen (winglets, riblets,…), gebruik van lichtgewicht composietmaterialen, opvolging van de levenscyclus van structuren en verbetering van motoren. Dit zijn de punten waarop de meeste winsten geboekt kunnen worden en verdienen hierdoor bij voorkeur de meeste aandacht. Geschat wordt dat er 25-35% efficiëntieverbeteringen mogelijk zijn voor de nieuwe generatie vliegtuigen die rond 2020 op de markt zullen komen.

Focussen op specifieke topics
Het technisch vergelijken van verschillende generaties vliegtuigen is erg complex omdat de evolutie in design en technologie niet gelijktijdig bij de verschillende fabrikanten plaatsvindt. Structuren, systemen, aerodynamische eigenschappen en productietechnieken zijn elk specifiek voor een bepaald product. Toch zijn er een aantal aspecten die steeds terugkomen: het verlagen van het gewicht van het toestel, verbeteren van aerodynamische eigenschappen om de luchtweerstand te minimaliseren en de verbetering van de performantie van de motor.

Gewicht matters

De Boeing 787 bestaat voor 50% uit composietmaterialen wat een gewichtsreductie van 20% oplevert. Door gebruik te maken van moderne ontwerptechnieken wordt de onderhoudskost van de structuur met 30% verminderd in vergelijking met meer traditionele toestellen.

Generatie na generatie kunnen vliegtuigfabrikanten mooie resultaten neerleggen op gebied van gewichtreductie. Doormiddel van het invoeren van nieuwe technieken zoals legeringen, composieten en nieuwe systemen (fly by wire,…) kunnen ze dit waarmaken. Een vliegtuig ontworpen in 1990 bevat ongeveer 12% composietmaterialen en vooruitstrevende legeringen, het bestond grotendeels uit metalen. In vergelijking met de A380, die vliegt sinds 2005, wordt al 25% lichtgewicht composiet gebruikt waarbij 8% gewichtswinst geboekt werd in vergelijking met een ‘standaard’ metaalstructuur. De B787, Bombardier C-series en de A350 bevatten meer dan 50% composietmaterialen, goed voor een gewichtswinst van 15 tot 20%. Door nieuwe productietechnieken (las- en lasertechnieken) is het gebruik van rivetten, die voor een hoge luchtweerstand zorgen, niet meer noodzakelijk. Hierdoor verlaagt de productiekost en het gewicht van het toestel.

In België dragen we ons steentje bij in de composiet discipline. Sabca is één van de leveranciers van flaps en stabilisatoren in composietmaterialen voor diverse Airbus types. Sonaca levert aan Airbus, Embraer en Bombardier onderdelen van vleugels voor hun toestellen en ook Asco is sinds jaren een geprivilegieerde leverancier van hoogtechnologische structuren. Al deze firma’s zijn zowel actief in de ontwikkeling als de productie van deze materialen en onderdelen.

Weerstand is tegendraads

Winglets werken weerstandsverlagend en zorgen hierdoor voor een verbeterde brandstofefficiëntie.

Aerodynamische ontwerpen staan in het teken van het verminderen van weerstand. Winglets bijvoorbeeld verbeteren de aerodynamische eigenschappen van de vleugel en zorgen hierdoor voor de verlaging van het brandstofverbruik in een grootteorde van enkele procenten. Het gebruik van riblets (gegolfde structuur) en speciale antennes dragen ook bij tot het optimaliseren van de luchtstromen.

Sabena Technics zal vanaf 2015 één van de eerste onderhoudsfirma’s (MRO’s) zijn die sharklet retrofits modificaties zal aanbieden voor de Airbus A320 familie, wat neerkomt op  het toevoegen van een opstaande verlenging van de vleugels. Het objectief is om tijdens een geplande onderhoudsbeurt de aanpassing uit te voeren met een vermindering van het brandstofverbruik tot gevolg.

Een kluif van een motor

De optimalisatie van motoren heeft een sterke weerslag op bedrijfszekerheid, veiligheid, geluidproductie en exploitatiekosten. Ze zijn hierdoor een van de belangrijkste punten waaraan gewerkt wordt om duurzaam te kunnen vliegen.

Fabrikanten van motoren investeren in ontwikkelingen om zo stil, goedkoop, bedrijfszeker en efficiënt mogelijk vermogen te leveren. Dit bij voorkeur met een minimum aan uitstoot van schadelijke gassen. Verbeteringsprogramma’s voor bestaande motoren worden op de markt gebracht om enkele percenten brandstofverbruik te winnen. Doormiddel van metingen en analyses van parameters die in de turbines ingebouwd zijn, worden prestaties optimaal gehouden. Geplande onderhoudsbeurten en regelmatige reiniging van de motoren worden voorzien om optimaal te blijven functioneren.

Een mooi voorbeeld van vooruitgang op dit vlak zien we regelmatig passeren op Brussels Airport. De Dreamliner OO-JDL van Jetairfly is voorzien van twee GEnx motoren. Een ultramoderne motor die naast de B787 ook gebruikt wordt op de B747-8 toestellen. De website van GE vat het samen met het begrip ‘Ecomagination.’ De GEnx motoren zijn een deel van de portfolio Ecomagination die zij aanbieden, kost-effectieve technologieën die het operationele en het milieu aspect optimaliseren.

Van nieuwe motoren en APU’s voor nieuwe generaties vliegtuigen wordt verwacht dat ze 15% minder verbruiken dan de motoren die ze vervangen. In de optimale situatie zullen deze nieuwste motoren geïntegreerd worden in het geheel van de vleugels en de vliegtuigstructuren zelf. Vandaag nog toekomstmuziek maar de te boeken winsten schitteren aan de horizon. Motortypes met een open rotor, een motortype dat uiterlijk ergens een kruising is tussen een straalmotor en een turboprop is hiervan een concreet voorbeeld.

De GEnx motoren zijn ultramoderne krachtbronnen die de B787 en B747-8 toestellen op een efficiënte manier voortstuwen. Ze maken deel uit van de Ecomagination portfolio van GE.

Samenwerken is de boodschap
De technologische evolutie in de luchtvaart mag wel degelijk een revolutie genoemd worden. Eentje met twee opmerkelijke eigenschappen:  oneindig en dwingend. De sector zet fantastische resultaten neer in een economisch moeilijk klimaat.

Een boodschap die ook tijdens de laatste ATAG Conferentie over duurzaamheid, die plaatsvond op 29 en 30 april 2014 in Genève, naar boven kwam, blijft essentieel:  “Samenwerking tussen alle partners (overheden, fabrikanten, operatoren, luchthavenbeheerders, reizigers en het grote publiek) is noodzakelijk voor een duurzame toekomst. “

Ben Mariën
Foto’s: Kevin Cleynhens