Nya jätteplan lyfter Europa

År 2004 är det tänkt att den nya kolossen ska lyfta. Två år senare ska första leveransen ske. I sin mest passagerartäta version ska A 380 ta fler än 1 000 passagerare. De mer normala modellerna kommer att ta omkring 550 passagerare. Om denna superjumbo kommer att lyckas är svårt att förutsäga. Ännu mer tveksam bör man därför vara till de framtidsskapelser som kallas flygande vingar. Här smälter flygkropp och vingar samman i en triangelformad farkost. Teoretiska beräkningar visar att flygande vingar inte bara är fullt möjliga, de är dessutom mer ekonomiska att flyga än dagens flygplan.

Men om det blir större plan, snabbare plan, långsammare plan eller kanske luftskepp avgörs framför allt av bränslepris, miljöregler och passagerarnas önskemål. Just nu pekar dock trenden mot riktigt stora, flygplan.

Europa störst

När det gäller medelstora och stora trafikflygplan dominerar två tillverkare. Det är amerikanska Boeing och europeiska Airbus. Sedan 1999 är Airbus störst, räknat i antalet beställda flygplan.

Det går bra för dem båda, men Airbus tycks ha extra medvind. En medvind som kommer dels från lysande försäljningssiffror, dels från lanseringen av superjumbon A 380.Vid en forskarkonferens nyligen i Hamburg, ordnad av EU-kommissionen, var superjumbon hela tiden närvarande. Stämningen var smått euforisk. Så gott som alla presentationer och rapporter kopplades till detta nya jätteflygplan.

Det är inte märkligt att Airbus är i fokus. Traditionen sedan decennier tillbaka är att européerna stöder sin flygindustri genom att finansiera forskningsprojekt som ligger mycket nära produktutveckling. Amerikanerna, å sin sida, stöder sin flygindustri genom militärbudgeten.

Jumbojeten svårsåld

Det var så den klassiska jumbojeten, Boeing 747, kom till. Det amerikanska försvaret ville ha ett fraktflygplan och lät med hjälp av statliga anslag Boeing konkurrera med Lockheed. Boeing förlorade det militära kontraktet men valde att ändå försöka sälja planet som ett civilt passagerar- och fraktflygplan. Inte många trodde på idén.

PanAm skrev det första kontraktet 1966. Försäljningen gick segt, men man hade tid att vänta – utvecklingskostnaderna var redan betalda. Det tålamodet har nu gett riklig utdelning. Fram till i dag har fler än 1 200 Boeing 747 sålts.

När Boeings 747 flög i trafik för första gången 1970, var den dubbelt så stor som de tidigare största jetflygplanen. De plan som säljs nu tillhör den fjärde generationen, kallad 747-400. Cockpit, t ex, är numera helt digital och förenklad – med bara 365 lampor, knappar och instrument mot tidigare 971. Och det krävs bara två piloter, mot tidigare tre.

Orderböckerna för Airbus 380 ser betydligt bättre ut än de gjorde för Boeing 747 i början. Ändå har en del kritiker jämfört A 380 med Concorde: ett typiskt europeiskt prestigeprojekt, finansierat av staten och dömt att belasta skattebetalarna.

Många passagerare tar tid

Ett argument mot flygplan med många passagerare är att de tar lång tid att lasta och lossa. De går tvärt emot utvecklingen, där flygbolagen arbetar hårt för att förkorta tiden mellan landning och nästa start.

Även nödutrymning kan vara svår. Airbus har genomfört tester i fullskalemodeller av utrymningsvägarna för att se att det verkligen är möjligt att evakuera 1 000 personer på lagstadgade 90 sekunder. Det visar sig möjligt, men de gigantiska uppblåsbara rutschbanorna är både svårhanterliga och mycket obehagliga för passagerarna att fara nerför.

Ytterligare ett problem med stora flygplan är att konstruktionen i sig blir så tung att planet blir mindre bränsleeffektivt per passagerare än ett mindre, något som går stick i stäv mot vad man egentligen vill åstadkomma. Enkla tumregler visar att vingarnas storlek ökar med kvadraten på vikten som ska bäras, vilket ganska snabbt leder till omöjliga konstruktioner. Frågan är dock var gränsen går. Airbus töjer den nu med sitt flygplan, och teoretiska beräkningar visar att till och med flygplan för över 1 500 passagerare faktiskt inte kräver en alltför enorm konstruktion, även om vingspannet blir dubbelt så stort som på Boeing 747.

Vingarna rör sig för långsamt

På Airbus 380 är det 80 meter mellan vingspetsarna. Detta skapar alldeles speciella problem. Alla flygplansvingar rör sig. Ju större vingarna är, desto långsammare rör de sig. För vingar i A 380 s storlek kan det handla om en svängningsrörelse i sekunden.

Vingen kan på grund av sin storlek och vikt röra sig i precis den takt som piloten ger kommandon med spaken. Detta kan leda till att piloten förstärker rörelsen på ett okontrollerat sätt, vilket kan vara farligt. Man kan jämföra med det som hände när militärplanet JAS 39 Gripen störtade under en flyguppvisning ovanför Stockholm. Den gången var det Gripens styrsystem och piloten som kom i obalans.

För att undvika den här typen av problem och i stället utnyttja vingarnas flexibilitet försöker forskarna konstruera s k aktiva, flexibla vingar. Därmed vill de minska luftmotståndet, öka lyftkraften och öka komforten, så att luftgropar märks mindre. Dessutom vill forskarna öka den s k redundansen. I stället för att ha en klaff på vingen, som om den inte fungerar gör planet svårmanövrerbart, så ska där finnas massor av små klaffar. Faller en ifrån finns det många andra som kan ta över.

Detta kräver bättre kännedom om hur luften strömmar kring vingen, bättre kännedom om hur olika material beter sig när de utsätts för belastning. Och det kräver ett avancerat styrsystem som blixtsnabbt ställer in alla småklaffar så att luftgroparna inte märks.

Jakten på vikt

Flygplanskroppar är normalt något ovala, sedda i genomskärning. En avgörande fråga för de framtida stora flygplanen är om de ska vara ovala på höjden eller på bredden. Blir de ovala på höjden byggs flygplanen i flera våningar.

När Airbus ritade sin A 380 tittade man parallellt på flera olika konstruktioner. En modell var så bred att det rymdes tolv stolar i bredd. Det hade antagligen betytt ytterligare en korridor, alltså fyra stolgrupper och tre korridorer. Den modellen skulle också ha haft två stjärtfenor. Men till slut visade sig ändå tvåvåningsplanet vara bäst; dess konstruktion var totalt sett lättare.

Jakten på vikten är det helt överskuggande när flygplan konstrueras. Flygplanets vikt är direkt översättbar i bränslekostnader och därmed priset per passagerarkilometer.

Konstruktionen på Airbus 380 är inte extrem, men den utnyttjar de senaste landvinningarna inom materialteknik och elektronik. Övre halvan av flygkroppen ska t ex byggas i ett laminat av en 0,1 millimeter tunn fiberarmerad plastfilm mellan två nästan lika tunna plåtar av aluminium eller aluminium-litium. Armeringen görs antingen med glasfiber eller kolfiber. Laminatet är omkring 10 procent lättare än enbart aluminium. På ett plan kommer man att kunna spara totalt ett ton i vikt på laminatet.

I A 380 görs närmare 40 procent av flygkropp och vingar av plast. Även delar av den bärande konstruktionen kommer att byggas i plast. Det skiljer sig från vad som är normalt i dagens passagerarflygplan, där omkring 10 procent är av plast och inget av den bärande konstruktionen. Bland militärflygplan ser det annorlunda ut. Stridsflygplanet JAS Gripen var unikt när det lanserades med sina 30 viktsprocent i kompositer.

Skälet till att inte hela planet byggs av plast är framför allt priset. Både framställnings- och byggkostnaderna är högre för de nya materialen.

Fly by wire

För inte så länge sedan skulle varje instrument och varje kontakt förses med egna ledningar. Pilotens ratt och pedaler styrde via vajrar de hydrauliska don som rörde på vingklaffar och roder. Systemen blev dock både mekaniskt komplicerade och alldeles för tunga.

Numera är kommunikationen fram till instrumenten och från styrspakar och autopiloter till vingklaffar och roder helt digital. Det kallas för fly-by-wire och ger förutom viktminskningen ökade möjligheterna för autopiloten i flygplanet – som kan ta över alltmer av den mänskliga pilotens rutinarbete. Men fly-by-wire öppnar också för oberäkneliga programmeringsmissar i styrsystemen som kan få allvarliga konsekvenser.

Själva lägesförändringen i roder och på klaffar sköts fortfarande till största delen av hydraulik, men även här kommer elektriska hjälpmotorer alltmer att ta över.

Trängsel i luften

Ett ytterligare skäl till att satsa mer på stora flygplan är att de minskar trängseln i luftrummet. De anvisade flygkorridorerna är fulla, det är kö över flygplatserna och flygledarna räcker inte till. På en flygplats som Kastrup kan man inte ta ner fler flygplan per timme än man redan gör i dag; lagen tillåter inte att flygplanen landar tätare.

För att klara av trängselproblemen kan man låta fler passagerare flyga i varje plan. Man bygger också fler landningsbanor, skapar nya och rakare flygkorridorer och tar tidigare militärt luftrum i anspråk. För att avlasta flygledarna försöker man dels datorisera mer av deras arbete (se F&F 8/99), dels lämna över mer ansvar till piloterna och till avancerad teknik i flygplanen.

Ytterligare ett sätt att öka kapaciteten på flygplatserna är att låta flygplanen landa tätare. Men när de riktigt stora planen startar eller landar, bildas det luftvirvlar bakom vingarna.

I princip gäller att ett större flygplan ger större virvlar, även om det till viss del beror på hur vingarna är konstruerade. Ett riktigt stort flygplan, som nya superjumbon eller en framtida flygande vinge, kan skapa så stora virvlar att det skulle kunna vara direkt farligt för ett mindre plan att komma efter. Särskilt om det inte blåser stannar virvlarna kvar länge.

Flygplanstillverkarna har ytterligare ett skäl att minska virvelbildningen. Som bieffekt drar den nämligen bränsle. Här finns en parallell i de stora passagerarfärjornas vågbildning. Ju mindre vågor, desto mindre motstånd och desto mindre bränsleåtgång.

Fler plan men mindre

Airbus räknar med att bränslekostnaderna per passagerarkilometer för A 380 är 20 procent lägre än för det i dag mest bränsleeffektiva flygplanet, B 747-400. Enligt Airbus beräkningar når flygbolagen lönsamhet om planet fylls till 58 procent, eller med 323 av 555 passagerare. För B 747-400 krävs det färre passagerare, men högre beläggning, omkring 70 procent.

För flygningar över Atlanten har dock mindre plan börjat användas. Syftet är att flygbolagen ska kunna erbjuda fler non-stopflygningar mellan mindre städer. Än har inte samma utveckling skett i Stillahavsområdet, men mycket pekar på att så kommer att ske.

Det gäller alltså att inte bara den teoretiska kostnaden för ett flygplan blir låg. Flygbolagen måste också tro att en viss flyglinje har så stort passagerarunderlag att planet verkligen fylls i tillräcklig grad.

Boeing ökar farten

Boeings motdrag mot Airbus är därför inte, som man skulle kunna tro, en uppföljare till Boeing 747-400. Projekten med arbetsnamn som 747-500 och 747X har lagts på is. I stället har man satsat på ett plan för så pass få passagerare som 300, men med längre räckvidd och högre hastighet. Det framtida planet är tänkt att komma upp i hastigheter av över 1 000 kilometer i timmen, alltså mycket nära ljudhastigheten. Det skulle betyda en tidsvinst på en timme mellan Stockholm och New York.

Ett sådant flygplan ställer krav på starka motorer och system som kan hantera det ökade luftmotståndet och den ökade instabiliteten. För att lyckas med det måste man förändra både vingarnas form och deras placering på flygkroppen.

Det blir ett flygplan som ser mindre konventionellt ut än Airbus superjumbo. Det kommer att dra mer bränsle och därmed bli dyrare per passagerarkilometer. Kanske kommer flygbolagen och deras passagerare att vara beredda att betala. Kanske kommer de kräsna flygpassagerarna inte gilla nymodigheten.

Saabs propellermiss

Det går nämligen gärna mode i vilka plan som säljer. Oavsett storlek är det just nu jetflyg som gäller. Därför säljer de mindre företagen Bombardier, Embraer och Avro små jetflygplan för korta distanser. För bara ett tiotal år sedan trodde de flesta att den här marknaden skulle domineras av snabba propellerflygplan.

Det var här civila Saab satsade, först med sin 340 och sedan 2000, båda propellerflygplan. I dag är tillverkningen nedlagd. Saab 2000 blev en stor besvikelse, och även om många 340 tillverkades var det inte många som faktiskt såldes. De ägs fortfarande av Saab och hyrs ut till flygbolagen.

Nu försöker Saab i stället öka sina leveranser till Airbus. Företaget är med i många europeiska flygforskningsprojekt. Man tillverkar redan i dag landställsluckor till A 340. Det kan tyckas futtigt, men en sådan lucka är lika stor som vingen på en Gripen.

Helst skulle Saab vilja bygga mer, utnyttja sitt systemkunnande och få ansvar för en hel sektion. För det är i sektioner som Airbus bygger flygplan. Vingarna byggs i ett land och stjärtfenan i ett annat. I ett tredje byggs framdelen, i ett fjärde mittsektionen, i ett femte det främre landningsstället, osv. Sedan flygs delarna i gigantiska blåvalsliknande flygplan till en monteringshall i Tyskland eller Frankrike.

Europeisk flygindustri försöker fördela gracerna mellan länderna i Europa. Och med litet tur byggs snart mer än bara luckan till landningsstället i Sverige. Om Airbus når sina försäljningsmål kommer varenda flygplansbyggare i Europa att behövas.

För det är ett gigantiskt plan. Och om det lyfter så lyfter det hela Europa. Åtminstone om man får tro EU-kommissionen.

Av Patric Hadenius, vetenskapsjournalist och redaktör på Forskning & Framsteg. Forskningen om stora och aktiva vingar bedrivs vid Institutionen för flygteknik, Kungl Tekniska Högskolan och finansieras av EU.