루프트한자 테크닉과 BASF, 777에 상어 피부를 입혀 연료 소모를 약 1% 줄이다

항공사들은 더 가벼운 좌석, 더 나은 항로, 윙팁 장치로 연료 소모를 줄여 왔고, 동체는 페인트가 만들 수 있는 한 매끄럽게 남겨 두었다. 루프트한자 테크닉과 BASF는 반대 방향으로 갔다. 이들은 상어 피부를 모델로 한 미세한 돌기를 담은 필름인 AeroSHARK를 개발해 동체에 부착함으로써 마찰 저항을 줄이고, 그에 따라 연료와 CO2 배출을 약 1퍼센트 줄였다.

여객기에 표면 필름을 적용하는 것은 소재의 문제가 아니라 인증의 문제였다. 첫 항공기인 스위스항공의 보잉 777-300ER HB-JNH는 2022년 8월 말 개조에 들어갔고, 9월 8일과 9일 EASA와 함께 인증 프로그램을 비행했으며, 이때 해당 변경이 안전이나 조종성에 부정적 영향을 미치지 않는다는 입증이 요구되었다. 10월부터는 스위스 연방민간항공청이 발급한 임시 비행 허가(Permit-to-Fly) 아래 매일 정기편을 운항했는데, 이 허가는 해당 항공기 한 대에만 유효했으며, 그동안 수 주에 걸친 데이터 평가와 유동 시뮬레이션이 EASA의 검토를 거쳤다.

2022년 12월 EASA는 루프트한자 테크닉에 보잉 777 두 기종(777-300ER과 777F)의 시리즈 개조를 위한 보충형식증명(Supplemental Type Certificate)을 부여했다. 출시 고객인 루프트한자 카고와 스위스항공은 1월에 프랑크푸르트와 취리히에서 개조 일정을 잡았고, 777-300ER 12대와 777F 11대 전부에 장착하기로 약속했다. 이들은 리블릿 필름으로 전체 서브플릿을 최적화한 최초의 항공사들이었다. 항공기 한 대당 절감량은 스위스항공 777-300ER의 경우 연간 약 400톤의 등유와 1,200톤 이상의 CO2이며, 루프트한자 카고 777F의 경우 370톤의 연료와 1,170톤의 CO2이다.

이 메커니즘은 가정된 것이 아니라 측정된 것이다. 2018년 Friction에 실린 논문은 상어 피부 같은 비늘을 여러 방향으로 배열한 3D 프린팅 ABS 표면을 레오미터에서 시험했다. 비늘이 유동 방향에 대해 90도로 배열된 표면이 가장 낮은 점성 항력을 보였으며, 점성 저감은 최대 9%에 달했다. 형광 다이아몬드 입자로 유동을 매핑한 결과, 저감은 표면 근처의 더 낮은 속도 구배에서 비롯되었으며, 이는 리블릿 필름이 동체에서 활용하는 것과 같은 벽면 근접 효과이다.

피부를 더 매끄럽게 만드는 것이 아니라 의도적으로 골을 내다

윙릿과 중량 절감은 유도 항력과 질량에 작용하지만, 리블릿은 표면 마찰에 작용하며, 이는 앞의 두 가지가 건드리지 않는 부분이다.

1퍼센트는 서브플릿 단위로 곱해지기 전까지는 사소하게 들린다. 루프트한자 그룹의 보잉 777 전체에서 연간 25,000톤 이상의 CO2이다.

개조는 프랑크푸르트와 취리히의 정비 작업에 끼워 넣어졌으므로, 항공기가 이미 지상에 있는 동안 필름이 부착되었다.

병목은 소재가 아니라 인증이었다. 항공기 한 대에 대한 임시 비행 허가 덕분에 EASA가 검토를 마치는 동안 운항 데이터를 확보할 수 있었다.

아무도 형식증명을 받을 가치가 없다고 생각하는 1퍼센트의 이득이, 이미 예약된 정비 방문 중에 부착할 수 있다면 서브플릿 전체에서 연간 25,000톤의 CO2가 된다.

STC를 확보한 후 스위스항공과 루프트한자 카고는 777 기단 전체, 즉 777-300ER 12대와 777F 11대에 장착을 시작했으며, 이는 루프트한자 그룹에 연간 25,000톤 이상의 CO2에 해당한다. 루프트한자 테크닉과 BASF는 다른 기종과 기체의 더 넓은 부위를 위해 AeroSHARK를 계속 개발하겠다고 밝혔으며, 초기 모델 계산에서 최대 확장 단계의 이 기술은 최대 약 3퍼센트의 CO2 배출을 회피할 수 있었다. 이 경로가 템플릿이 되었다. 임시 허가 아래 한 대의 항공기에서 입증한 뒤, 형식증명 아래에서 기단을 전환하는 것이다.