解决方案
航空公司通过更轻的座椅、更优的航路和翼梢小翼来降低燃油消耗,机身则被涂装打磨得尽可能光滑。汉莎技术与巴斯夫反其道而行。他们开发了AeroSHARK——一种带有仿鲨鱼皮微观肋条的薄膜,贴附于机身以降低摩擦阻力,从而将燃油消耗和二氧化碳排放减少约百分之一。
将表面薄膜应用于客机是一个认证问题,而非材料问题。首架飞机——瑞士航空的波音777-300ER HB-JNH——于2022年8月底开始改装,并于9月8日和9日与EASA(欧洲航空安全局)共同执行认证项目飞行,期间需证明该改动对安全性和操控性无负面影响。自10月起,该机在瑞士联邦民航局颁发的临时飞行许可下执行每日航班,该许可仅对该单一飞机有效,同时数周的数据评估和流场模拟接受了EASA的审查。
2022年12月,EASA向汉莎技术颁发了补充型号合格证(STC),允许对两种波音777改型——777-300ER和777F——进行批量改装。启动客户汉莎货运和瑞士航空计划于1月在法兰克福和苏黎世进行改装,并承诺为全部十二架777-300ER和十一架777F进行改装——成为首批用肋条薄膜优化整个子机队的航空公司。就单架飞机而言,瑞士航空777-300ER每年节省约400吨煤油和超过1,200吨二氧化碳,汉莎货运777F每年节省370吨燃油和1,170吨二氧化碳。
该机制经过测量而非假设。2018年《Friction》期刊的一篇论文对带有类鲨鱼皮鳞片的3D打印ABS表面在不同取向下进行了流变仪测试。鳞片与流向呈90度的表面表现出最低的粘性阻力,粘度降低高达9%。用荧光金刚石颗粒映射流场显示,阻力降低源于近表面速度梯度减小——这正是肋条薄膜在机身上利用的近壁效应。
取得的成果
让蒙皮刻意带有肋条,而非更光滑
为何有效
翼梢小翼和减重作用于诱导阻力和质量;肋条作用于表面摩擦,而这两者均未触及表面摩擦。
百分之一听起来微不足道,直到乘以一个子机队:汉莎集团波音777机队每年超过25,000吨二氧化碳。
改装被安排进法兰克福和苏黎世的维护工作中,因此薄膜是在飞机已经在地面时贴附的。
瓶颈在于认证而非材料——单机临时飞行许可使其在EASA完成审查期间获得了运行数据。
可借鉴之处
一个没人认为值得申请型号合格证的百分之一增益,在一个子机队中变成每年25,000吨二氧化碳——前提是能在已预订的维护访问期间完成贴附。
后续
拿到STC后,瑞士航空和汉莎货运开始为其全部777机队——十二架777-300ER和十一架777F——进行改装,对汉莎集团而言每年价值超过25,000吨二氧化碳。汉莎技术与巴斯夫表示将进一步开发AeroSHARK,以适用于其他机型及机身更大面积;在初步模型计算中,该技术在最大扩展阶段可避免高达约百分之三的二氧化碳排放。该路径成为模板:在一架飞机上以临时许可证明可行性,然后在型号合格证下改装整个机队。
从这里,追溯依据
参考来源
- 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 ·