Passagiersvliegtuigen in V-formatie: energie besparen à la Nils Holgersson (video)

Wanneer een vogel met zijn vleugels fladdert, stroomt lucht over de vleugels en wervelt achter de vleugeltips omhoog. Deze stroming creëert een zog, een wervelende beweging van lucht die kinetische energie bevat. Wanneer de energetische kern van het kielzog de omringende lucht meesleept, creëert het vloeiende stromingen die bekend staan als ‘upwash’ of lucht die naar boven beweegt. Wanneer een andere vogel de upwash binnengaat, profiteert hij onmiddellijk van een gratis lift, waardoor hij in de lucht blijft en veel minder energie verbruikt.

Net als vogels maakt elk vliegtuig een zog tijdens het vliegen. Samen vliegen zou vliegtuigen dus kunnen helpen om de verloren kinetische energie terug te winnen door een volgvliegtuig in de luchtstroom van een van de kielzog van het leidende vliegtuig te plaatsen.

3 kilometer tusenruimte

Enkele jaren geleden begon Airbus met het onderzoeken van de voordelen van het ophalen van zog-energie voor commerciële vliegtuigen. In 2016 heeft een reeks vliegproeven aangetoond dat er aanzienlijke brandstofbesparingen kunnen worden bereikt wanneer twee vliegtuigen ongeveer 3 kilometer uit elkaar vliegen, zonder dat dit ten koste gaat van het passagierscomfort.

Op dat moment was de technologie voor luchtverkeersbeheer niet volwassen genoeg om vliegtuigen zo dicht bij elkaar in het luchtruim te laten vliegen. Maar sindsdien zijn er aanzienlijke technologische verbeteringen gevonden, waaronder het realtime volgen van vluchten.

Deze technologische verbeteringen hebben de weg geëffend voor de ontwikkeling van fello’fly, een  vluchtdemonstratieproject waarin Airbus UpNext de technische, operationele en economische haalbaarheid van het ophalen van zog-energie voor commerciële vliegtuigen wil bewijzen. Volgens de laatste schattingen van de vlieguigbouwer, kan de CO₂-uitstoot alleen al voor breedrompvliegtuigen met 3 tot 4 miljoen ton per jaar worden teruggedrongen.

Operationele uitdagingen 

Het dicht bij elkaar vliegen van twee grote passagiersvliegtuigen veroorzaakt echter operationele uitdagingen voor het luchtvaartecosysteem, waardoor nieuwe procedures moeten worden geïdentificeerd. Airbus heeft overeenkomsten gesloten met twee klanten van luchtvaartmaatschappijen en drie verleners van luchtvaartnavigatiediensten (ANSP’s) om deze uitdagingen het hoofd te bieden.

In het oceanische luchtruim moeten twee vliegtuigen volgens de huidige voorschriften doorgaans 30 tot 50 zeemijl (55 tot 90 kilometer) van elkaar verwijderd zijn. Tijdens fello’fly-vluchten moet deze afstand echter worden teruggebracht tot 1,5 zeemijl (3 kilometer) om ten volle te profiteren van het ophalen van zog-energie. "Hoewel dit een uitdaging klinkt, zal een paar fello’fly-vliegtuigen in de lengterichting nog steeds tien keer verder uit elkaar blijven dan de verticale scheidingen van 300 voet die al meer dan twintig jaar veilig in de praktijk zijn", argumenteert Airbus.

Vliegtuigen worden door de luchtverkeersleiding aangestuurd om transatlantische routes op een specifieke tijd en hoogte te betreden via een aangewezen ‘oceanic clearance point’. Piloten gebruiken vervolgens een vluchtbeheerfunctie om daar op de opgegeven tijd en hoogte aan te komen. In het geval van twee fello’fly-vliegtuigen, zal de luchtverkeersleiding hen naar hetzelfde punt leiden, maar op twee verschillende vluchtniveaus gescheiden door 300 voet in hoogte.

Als beide vliegvliegtuigen er zijn, zullen ze samenwerken om naar de’ rendez-vous-positie’ te manoeuvreren, dus zo dat het volgvliegtuig zich 1,5 zeemijl achter het leidvliegtuig bevindt en op een hoogteafstand van 300 voet. Vervolgens gebruiken de piloten vluchtassistentiefuncties om het achterste vliegtuig veilig naar een positie in de opwaartse luchtstroom te brengen waar het brandstof bespaart door het ophalen van de zog-energie. Wanneer dewegen van de vliegtuigen zicht moeten scheiden, zal één vliegtuig zichzelf herpositioneren naar het reservevluchtniveau en de luchtverkeersleiding informeren, dat ze opnieuw zal identificeren als individuele vliegtuigen binnen het systeem.

De eerste vliegproeven zijn al begonnen. Het fello’fly-team en hun testcollega’s testen automatische-piloot-technologie die speciaal is ontworpen om de veilig te waarborgen wanneer twee vliegtuigen dicht bij elkaar vliegen, in een programma dat de weg zal wijzen naar vliegdemonstraties in een oceanisch luchtruim in 2021.