Lufthansa Technik e BASF envolveram um 777 em pele de tubarão e cortaram seu consumo de combustível em ~1%

As companhias aéreas reduzem o consumo de combustível com assentos mais leves, melhores rotas e dispositivos de ponta de asa, deixando a fuselagem tão lisa quanto a tinta permite. A Lufthansa Technik e a BASF foram pelo caminho oposto. Desenvolveram o AeroSHARK, uma película com micro-ranhuras modeladas a partir da pele de tubarão, aplicada à fuselagem para reduzir a resistência de atrito e, com ela, o combustível e as emissões de CO2 em cerca de um por cento.

Levar uma película superficial a um avião comercial foi um problema de certificação, não de materiais. A primeira aeronave, o Boeing 777-300ER HB-JNH da Swiss, entrou em modificação no final de agosto de 2022 e voou o programa de certificação com a EASA em 8 e 9 de setembro, quando foi exigida prova de que a alteração não tinha impacto negativo na segurança ou no manuseio. A partir de outubro, voou serviços diários sob uma Permissão de Voo temporária da Autoridade Federal de Aviação Civil suíça, válida apenas para aquela aeronave, enquanto semanas de avaliação de dados e simulações de fluxo passavam pela revisão da EASA.

Em dezembro de 2022, a EASA concedeu à Lufthansa Technik um Certificado de Tipo Suplementar para conversão em série de duas variantes do Boeing 777, o 777-300ER e o 777F. Os clientes de lançamento Lufthansa Cargo e Swiss tinham retrofits agendados em Frankfurt e Zurique para janeiro, e se comprometeram a equipar todos os doze 777-300ERs e onze 777Fs — as primeiras companhias aéreas a otimizar uma subfrota inteira com película de riblets. Por aeronave, a economia é de cerca de 400 toneladas de querosene e mais de 1.200 toneladas de CO2 por ano em um 777-300ER da Swiss, e de 370 toneladas de combustível e 1.170 toneladas de CO2 em um 777F da Lufthansa Cargo.

O mecanismo é medido, não presumido. Um artigo de 2018 na Friction testou superfícies de ABS impressas em 3D com escamas semelhantes às de tubarão em uma série de orientações em um reômetro. A superfície com escamas a 90 graus em relação ao fluxo apresentou o menor arrasto viscoso, com redução de viscosidade de até 9%. O mapeamento do fluxo com partículas fluorescentes de diamante mostrou que a redução vinha de um gradiente de velocidade menor próximo à superfície — o mesmo efeito de parede que uma película de riblets explora em uma fuselagem.

Tornar a pele deliberadamente ranhurada, não mais lisa

Winglets e economias de peso atuam sobre o arrasto induzido e a massa; os riblets atuam sobre o atrito superficial, que nenhuma dessas medidas toca.

Um por cento parece trivial até ser multiplicado por uma subfrota: mais de 25.000 toneladas de CO2 por ano nos Boeing 777 do Grupo Lufthansa.

O retrofit foi encaixado no trabalho de manutenção em Frankfurt e Zurique, então a película foi aplicada enquanto a aeronave já estava em solo.

A certificação, não o material, foi o gargalo — uma permissão de voo para uma única aeronave permitiu obter dados operacionais enquanto a EASA concluía sua revisão.

Um ganho de um por cento que ninguém acha que vale um certificado de tipo torna-se 25.000 toneladas de CO2 por ano em uma subfrota — se puder ser aplicado durante uma visita de manutenção já agendada.

Com o STC em mãos, a Swiss e a Lufthansa Cargo começaram a equipar suas frotas inteiras de 777, doze 777-300ERs e onze 777Fs, o que vale mais de 25.000 toneladas de CO2 por ano para o Grupo Lufthansa. A Lufthansa Technik e a BASF disseram que desenvolveriam o AeroSHARK ainda mais para outros tipos de aeronave e para áreas maiores da célula; em cálculos iniciais de modelo, a tecnologia em seu estágio máximo de expansão poderia evitar emissões de CO2 de até cerca de três por cento. A rota tornou-se o modelo: provar em uma aeronave sob uma permissão temporária, depois converter frotas sob um certificado de tipo.