解決方案
航空公司透過更輕的座椅、更佳航線與翼尖裝置來削減燃油消耗,讓機身維持在塗料所能達到的光滑程度。漢莎技術與巴斯夫反其道而行。他們開發出AeroSHARK,一種帶有仿鯊魚皮微觀肋條的薄膜,貼附於機身以降低摩擦阻力,並藉此將燃油與二氧化碳排放減少約百分之一。
將表面薄膜應用於客機是認證問題,而非材料問題。首架飛機、瑞士航空的波音777-300ER HB-JNH,於2022年8月底進入改裝,並於9月8日及9日與EASA進行認證計畫飛行,期間須證明此改動對安全或操控沒有負面影響。自10月起,該機在瑞士聯邦民航局核發的臨時飛行許可下執行每日航班,該許可僅適用於該架飛機,同時數週的數據評估與流場模擬則進入EASA的審查。
2022年12月,EASA授予漢莎技術一份補充型號合格證(STC),涵蓋兩種波音777型號的系列改裝:777-300ER與777F。首發客戶漢莎貨運與瑞士航空排定於1月在法蘭克福與蘇黎世進行改裝,並承諾為全部十二架777-300ER與十一架777F加裝——成為首批以肋條薄膜優化整個子機隊的航空公司。以瑞士航空的777-300ER而言,每架每年節省約400噸煤油與超過1,200噸二氧化碳;漢莎貨運的777F則為370噸燃油與1,170噸二氧化碳。
此機制是經測量而非假設。2018年《Friction》期刊的一篇論文以3D列印的ABS表面,附著一系列不同取向的仿鯊魚皮鱗片,並在流變儀中測試。鱗片與流向呈90度的表面產生最低的黏性阻力,黏度降低幅度最高達9%。以螢光鑽石粒子對流場進行測繪顯示,阻力降低源於表面附近較低的流速梯度——這正是肋條薄膜在機身上所利用的同一種近壁效應。
成果
讓蒙皮刻意帶有肋條,而非更光滑
為何有效
翼尖裝置與減重作用於誘導阻力與質量;肋條則作用於表面摩擦,而前述兩者都未觸及此項。
百分之一聽起來微不足道,直到乘以一個子機隊:漢莎集團旗下波音777機隊每年超過25,000噸二氧化碳。
改裝被安排進法蘭克福與蘇黎世的維修工作中,因此薄膜是在飛機已在地面時貼上。
瓶頸在於認證而非材料——單機臨時飛行許可讓它在EASA完成審查期間得以累積營運數據。
可應用之處
一個沒人認為值得為它取得型號合格證的百分之一增益,在一個子機隊上就變成每年25,000噸二氧化碳——前提是它能在已排定的維修進廠期間完成加裝。
後續
取得STC後,瑞士航空與漢莎貨運開始為其全部777機隊加裝,即十二架777-300ER與十一架777F,對漢莎集團而言每年價值超過25,000噸二氧化碳。漢莎技術與巴斯夫表示將進一步為其他機型及機身更大面積開發AeroSHARK;在初步模型計算中,該技術在最大擴展階段可避免最高約百分之三的二氧化碳排放。這條路徑成為範本:先在一架飛機上以臨時許可證明可行,再依型號合格證改裝整個機隊。
追溯依據
參考來源
- Sharkskin for aircraft: AeroShark technology certified Surface Technology Online (OM-1/23) · surface-technology.info
- Drag-reduction of 3D printed shark-skin-like surfaces Friction (Springer Nature) · doi.org ·