פינצטה

אסף בן נריה

הכנף הקלה שתחסוך בדלק

בעזרת מחשבי על, הצליחו חוקרים לתכנן מחדש כנף של בואינג 777 באופן שעשוי לחתוך כ-1,000 קילו ממשקלה ולחסוך מדי שנה עד 200 טון דלק

20 בנובמבר 2017

המעטים שהסתכלו אי פעם על האותיות הקטנות של כרטיס הטיסה האלקטרוני אולי הבחינו, אי שם בין התשלום העודף על המזוודה לשעת פתיחת השער, בפריט מידע קטן שנראה לא משמעותי במיוחד: החלק היחסי שלנו בכמות הפחמן הדו-חמצני שנפלט לאטמוספירה על ידי המטוס בזמן הטיסה. נוסע בטיסה מתל אביב לברלין, למשל, אחראי לפליטה של 470 ק"ג פחמן דו-חמצני – גם אם בתוך תא הנוסעים האטום העובדה הזאת לא ממש מורגשת.

לפני כשנה חתמו 191 מדינות על אחד ההסכמים החשובים בענף התעופה. לא, לא מדובר על הסכם שמים פתוחים, אלא על הסכם שיסייע לחברות התעופה לייצב את פליטות הפחמן שלהן – ובענף שאחראי על כ-2 אחוזים מסך פליטות הפחמן בעולם, מדובר בצעד משמעותי. התכנית להפחתת הפחמן בענף התעופה, CORSIA, נעשתה בהובלת הארגון הבינלאומי לתעופה אזרחית, ועד שנת 2026 היא תיושם באופן התנדבותי על ידי חברות התעופה. טיסה במסלולים היעילים ביותר בהתאם לתנאי מזג האוויר, הפחתת משקל המטוס ואמצעים לחיסכון בדלק הם רק חלק מהצעדים שהמדינות החותמות מתכננות לנקוט בהם.

אחת הדרכים להפחית את צריכת הדלק של הענף, ובהתאם את גזי החממה שהוא הגורם לפליטתם, היא הפחתת משקל המטוס. מחקר חדש שפורסם במגזין nature מציע דרך מפתיעה לעשות את זה.

 

ממחשב על לכנף מטוס

כמעט כל תחום בחיינו היום מושפע ממחשבים – המחשבים הם גורם משמעותי במכוניות בהן אנחנו מתניידים, במקומות העבודה, בבתי הספר ואפילו בגנים מסוימים. נשיאים וראשי ממשלה תלויים במחשבים כדי להעביר את מסריהם לקהל הבוחרים, ושדות תעופה לא יתפקדו בלי מערכות המחשוב שלהם.

לכן, אין זה מפתיע שמחשבים מהווים מרכיב משמעותי בתהליך התכנון של כל רכיב הנדסי, החל מצינור מים ועד כנף של מטוס. אך למרות ההתקדמות הרבה ביכולות המחשוב, מודלים ממוחשבים מוגבלים לצורות גיאומטריות פשוטות יחסית, כשהסיבה לכך היא מגבלת רזולוציה. כעת, חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית בדנמרק טוענים שהצליחו להגדיל את הרזולוציה המקסימלית פי יותר ממאה מזו שהייתה נפוצה עד היום. הגדלה כזו תאפשר תכנון של צורות מורכבות בהרבה מאלה שמקובלות כיום. אך מה בין זה ובין צריכת הדלק של מטוס נוסעים?

בתכנון מבנה של גוף הנדסי מורכב ישנה חשיבות רבה לא רק לצורה הגיאומטרית החיצונית אלא גם לאופן שבו המסה מחולקת בתוך הגוף. כדי לחסוך במשקל, גופים הנדסיים יהיו לרוב חלולים מבפנים, ומעט החומר שיישאר בתוך הגוף, שלד הגוף, הוא שייתן לו את החוזק ואת הגמישות להם הוא נדרש. כדי לחסוך במשקל ובעלויות יבחר המתכנן מגוון צורות שיתנו חוזק וגמישות מצד אחד, ומהצד השני יהיו מה שיותר קלות. אך תהליך האופטימיזציה הזה הוא יקר מבחינה חישובית, ולכן המהנדסים מוגבלים לצורות גיאומטריות פשוטות – לרוב גם לכאלה שחוזרות על עצמן.

כוח חישובי גדול משמעותית מזה שקיים היום, כמו זה שמבטיחים החוקרים מדנמרק, יאפשר תכנון של גופים מורכבים בהרבה ממה שאנו מכירים כיום, והפוטנציאל בכך הוא עצום. כדי להדגים את יכולות המערכת, לקחו החוקרים כנף סטנדרטית של מטוס בואינג 777 ועל ידי תכנון מחדש של פיזור החומר בכנף, הצליחו להקטין את משקלה בחמישה אחוזים, תוך שמירה על תכונות החוזק והגמישות שלה. זה אולי נשמע מעט, אבל בתחום כמו תעופה – זהו חיסכון דרמטי. אותו חיסכון במשקל צפוי לחסוך מדי שנה בין 40 ל-200 טונות של דלק למטוס – כמות דלק שיכולה להספיק לטיסה של עד 18 שעות.

גוף הכנף החדשה נראה יותר כמו מיצג אומנותי במוזיאון מכנף של מטוס, ולמרבה הצער, בטכנולוגיות שנהוגות היום ייצור סדרתי שלו אינו אפשרי. אך החוקרים מקווים שבעתיד הקרוב, עם השתכללות תחום ההדפסה התלת-ממדית, ייצור של כנף כזו, ובכלל של גופים מורכבים מבחינה תכנונית, יהפוך לאפשרי. עד אז, ניתן לנסות ולהפחית את כמות הטיסות שאנחנו מבצעים מדי שנה למרות המחירים המפתים, ולנסות למצוא דרכים לקיים חופשה ירוקה.

בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-וואלה!

חפשו מומחים נוספים בתחום