Revolutionaire Blended-Wing vliegtuigen toekomst van vliegen

In het Verenigd Koninkrijk werkt Faradair Aerospace aan een innovatief vliegtuigontwerp dat de efficiëntie van toekomstige brandstoffen maximaliseert. Het bedrijf ontwikkelt de BEHA, een vliegtuig voor 18 passagiers, vervaardigd uit lichtgewicht composietmaterialen. Dit toestel kan een lading van vijf ton vervoeren en heeft een bereik van 1.150 mijl. Het ontwerp, een zogenaamde 'blended-wing', zou een aanzienlijke vermindering van de koolstofuitstoot kunnen realiseren.

De basisvorm van commerciële vliegtuigen is de afgelopen 60 jaar nauwelijks veranderd. Hedendaagse vliegtuigen zoals de Boeing 787 en de Airbus A350 delen hun basisontwerp met de Boeing 707 en de Douglas DC-8 uit de late jaren '50, die de standaard 'buis en vleugel'-configuratie vestigden die vandaag de dag nog steeds gebruikt wordt. Dit komt doordat de commerciële luchtvaart veiligheid prioriteert en kiest voor beproefde oplossingen, terwijl ontwikkelingen in materialen en motoren ervoor zorgen dat het traditionele ontwerp relevant blijft.

Echter, er staat een grote verandering op het punt van gebeuren. Een volledig nieuwe vliegtuigvorm is goedgekeurd om de lucht in Californië te kiezen. JetZero, gevestigd in Long Beach, kondigde aan dat hun 'blended wing body' demonstratievliegtuig, genaamd Pathfinder en op schaal 1:8, een luchtwaardigheidscertificaat van de FAA heeft ontvangen en dat testvluchten op handen zijn.

De luchtvaartindustrie zoekt dringend naar manieren om de koolstofuitstoot te verminderen, een uitdaging die moeilijker blijkt dan in andere sectoren vanwege de diepgewortelde afhankelijkheid van bestaande kerntechnologieën. Het is een uitgelezen moment voor innovatie.

Het 'blended wing body'-ontwerp lijkt op het 'vliegende vleugel'-ontwerp dat door militaire vliegtuigen zoals de iconische B-2 bommenwerper wordt gebruikt, maar heeft meer volume in het midden. Zowel Boeing als Airbus experimenteren met dit idee, en de recente mijlpaal van JetZero brengt de realisatie van een 'blended wing'-vliegtuig tegen 2030 dichterbij.

Tom O’Leary, medeoprichter en CEO van JetZero, benadrukte het potentieel van het 'blended wing'-ontwerp voor een halvering van het brandstofverbruik en de emissies, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent ten opzichte van de huidige industrienormen.

Het concept van de 'blended wing' is niet nieuw; de eerste pogingen om vliegtuigen met dit ontwerp te bouwen dateren uit de late jaren '20 in Duitsland. De Amerikaanse vliegtuigontwerper Jack Northrop ontwikkelde in 1947 een straalaangedreven 'vliegende vleugel', wat de inspiratie vormde voor de B-2 in de jaren '90.

Als een soort hybride tussen een 'vliegende vleugel' en een traditionele 'buis en vleugel', stelt de 'blended wing' het gehele vliegtuig in staat om lift te genereren, waardoor de luchtweerstand wordt geminimaliseerd. NASA heeft aangegeven dat deze vorm de brandstofefficiëntie verhoogt en grotere laadruimtes mogelijk maakt in het midden van het vliegtuig. Het agentschap heeft dit getest met een van zijn experimentele vliegtuigen, de X-48.

Tussen 2007 en 2012 hebben twee onbemande, op afstand bestuurde X-48's in ongeveer 120 testvluchten de levensvatbaarheid van het concept aangetoond. 'Een vliegtuig van dit type zou een spanwijdte hebben die iets groter is dan die van een Boeing 747 en zou kunnen opereren vanaf bestaande luchthaventerminals,' zegt het agentschap, eraan toevoegend dat het vliegtuig ook minder zou wegen, minder lawaai en emissies zou genereren, en minder zou kosten in gebruik dan een even geavanceerd conventioneel transportvliegtuig.

In 2020 bouwde Airbus een kleine 'blended wing'-demonstrator, ongeveer zes voet lang, wat wijst op interesse in het nastreven van een volledig formaat vliegtuig in de toekomst. Maar als de vorm zo effectief is, waarom zijn we dan nog niet overgestapt op het bouwen van vliegtuigen op basis hiervan?

Volgens O’Leary is er één hoofdtechnische uitdaging die fabrikanten tegenhoudt: de drukregeling van een niet-cilindrische romp. Hij wijst erop dat een buisvormig vliegtuig beter in staat is om de constante uitzettings- en krimp cycli, die bij elke vlucht voorkomen, te hanteren.

'Als je denkt aan een 'buis en vleugel', scheidt het de belastingen — je hebt de drukbelasting op de buis, en de buigbelastingen op de vleugels. Maar een 'blended wing' vermengt deze eigenlijk. Pas nu kunnen we dit doen met composietmaterialen die zowel licht als sterk zijn.'

Zo'n radicaal nieuwe vorm zou het interieur van het vliegtuig drastisch anders maken dan de widebody vliegtuigen van vandaag. 'Het is gewoon een veel, veel breder romp,' zegt O’Leary. 'Je typische enkelgangige vliegtuig heeft drie bij drie stoelen, maar dit is een soort van kortere, bredere buis. Je krijgt hetzelfde aantal mensen, maar je zou 15 of 20 rijen over de cabine kunnen hebben, afhankelijk van hoe elke luchtvaartmaatschappij het configureert.

'Dit  geeft hen een geheel nieuw palet om het mee in te richten. Ik denk dat het geweldig zal zijn om te zien wat hun interpretatie van deze veel bredere ruimte zal zijn.'

O’Leary zegt dat het dichtstbijzijnde equivalent qua grootte de Boeing 767 zou zijn – een widebody, tweemotorig vliegtuig geïntroduceerd in de jaren '80 dat typisch ongeveer 210 passagiers vervoerde. Het wordt nog steeds geproduceerd als een vrachtvliegtuig, maar werd vervangen door de Boeing 787 als passagiersvliegtuig. Het heeft ook een moderne militaire variant, de KC-46, die de Amerikaanse luchtmacht gebruikt voor lucht-tot-lucht tanken.

Op dezelfde manier wil JetZero tegelijkertijd drie varianten ontwikkelen: een passagiersvliegtuig met plaats voor meer dan 200 passagiers, een vrachtvliegtuig en een brandstoftanker. De 'blended wing'-vorm leent zich zo goed voor de laatste dat de Amerikaanse luchtmacht vorig jaar JetZero $235 miljoen toekende om een demonstratievliegtuig op volledige schaal te ontwikkelen en de prestaties van het 'blended wing'-concept te valideren. De militaire versie van het vliegtuig is gepland om de weg te leiden en wellicht de ontwikkeling van de commerciële modellen te ondersteunen.

De nieuw goedgekeurde Pathfinder, met zijn spanwijdte van 23 voet, is een 12,5%-schaalversie van het demonstratievliegtuig op volledige schaal, dat naar verwachting in 2027 zal vliegen. Het vliegtuig is ontworpen voor 100% compatibiliteit met Duurzame Luchtvaartbrandstof (SAF) en om het interne volume te hebben om nul-koolstofemissie waterstof te accommoderen.

Echter, het bouwen van een geheel nieuw vliegtuig vanaf nul is een enorme taak, en de doelstellingen van JetZero klinken ambitieus, gezien het volledige certificeringsproces voor zelfs een variant van een bestaand vliegtuig jaren kan duren. Een voordeel dat JetZero in dit gebied heeft, is dat het vliegtuig aanvankelijk motoren zal lenen van de smalrompvliegtuigen van vandaag, zoals de Boeing 737 — hoewel het plan is om uiteindelijk over te stappen op volledig emissievrije voortstuwing aangedreven door waterstof, wat nieuwe motoren zou vereisen die nog niet zijn ontwikkeld.

JetZero heeft nog geen bestellingen voor zijn vliegtuig aangekondigd, maar O’Leary vertelde vorig jaar dat luchtvaartmaatschappijen geïnteresseerd zijn. 'We praten al met alle grote luchtvaartmaatschappijen wereldwijd, omdat ze enthousiast zijn om te horen over de efficiëntiewinsten.'

Het valt nog te bezien of een vermindering van het brandstofverbruik met 50% daadwerkelijk mogelijk is. Zowel NASA als Airbus noemden een bescheidener 20% voor hun ontwerpen, terwijl de Amerikaanse luchtmacht zegt dat een 'blended wing'-vliegtuig de aerodynamische efficiëntie met ten minste 30% zou kunnen verbeteren ten opzichte van de huidige tank- en mobiliteitsvliegtuigen van de luchtmacht.

'Supersonische vliegtuigen zullen conventionele jets in ons leven vervangen,' zegt de CEO van de luchtvaartmaatschappij. 'Het is belangrijk op te merken dat hoewel een 'blended wing body' de luchtweerstand kan verminderen en de brandstofefficiëntie kan verhogen, de daadwerkelijke voordelen afhangen van het specifieke ontwerp, de configuratie en de operationele omstandigheden,' zegt Bailey Miles, een luchtvaartanalist bij het adviesbureau AviationValues.

'Uitgebreide aerodynamische tests en optimalisatie zijn essentieel om het volledige potentieel van deze innovatieve vliegtuigontwerp voor dragreductie te realiseren. Het zou moeilijk zijn om een specifiek percentage brandstofreductie te bepalen zonder de nodige tests,' voegt hij eraan toe.

Volgens Miles is het 'blended wing'-ontwerp een 'revolutionair' idee dat potentieel heeft, maar het komt met een aantal hindernissen, specifiek een verhoogde aerodynamische complexiteit die ontwerp en testen lastig kan maken, een reeks van regelgevende en certificeringsuitdagingen, en een vorm die mogelijk niet geschikt is voor bestaande luchthaveninfrastructuur.

'Het 'blended wing body'-vliegtuig biedt immense beloften als een gamechanger in de luchtvaartindustrie, met het potentieel voor verbeterde brandstofefficiëntie, verhoogde laadcapaciteit en innovatieve besturingssystemen. Echter, het aanpakken van de aerodynamische complexiteiten, het waarborgen van structurele integriteit, het navigeren door regelgevende hindernissen en het aanpassen van luchthaveninfrastructuur zijn formidabele uitdagingen die overwonnen moeten worden om het een realiteit te maken,' zegt hij, eraan toevoegend dat deze uitdagingen, onder andere, het doel van JetZero om in 2030 in dienst te treden 'onvoorstelbaar' maken.

Volgens Richard Aboulafia, een luchtvaartanalist bij het adviesbureau Aerodynamic Advisory, hoewel niet alle claims van JetZero geverifieerd kunnen worden, 'is het idee van een 'blended wing body' al jaren heel aantrekkelijk, en het lijkt erop dat ze zeer interessant onderzoek hebben gedaan. Mijn collega's en ik beschouwen het als veelbelovend.'

Hij maakt zich zorgen dat het bedrijf momenteel voornamelijk 'een ontwerpwinkel' is, maar hij gelooft dat het project van de grond kan komen met de hulp van aannemers. 'Er is zeker ruimte voor iemand die daadwerkelijk waarde wil toevoegen in deze industrie,' zegt hij.

Het pad naar de realisatie van een 'blended wing body' vliegtuig is bezaaid met technische en regelgevende uitdagingen, maar de belofte van aanzienlijke verbeteringen in brandstofefficiëntie, emissiereductie en passagierscapaciteit blijft de luchtvaartindustrie motiveren om deze grenzen te verleggen. De ontwikkeling van dergelijke vliegtuigen zou niet alleen een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we vliegen, maar ook een cruciale stap voorwaarts betekenen in de strijd tegen klimaatverandering.

De 'blended wing body' biedt een radicaal andere benadering van vliegtuigontwerp, waarbij de scheiding tussen de vleugels en de romp vervaagt. Dit leidt tot een efficiëntere luchtstroom en vermindert de luchtweerstand, wat resulteert in een lager brandstofverbruik. Bovendien maakt de unieke vorm van het vliegtuig een ruimere cabine mogelijk, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor passagierscomfort en -indeling.

De ambitie van JetZero om tegen 2030 een 'blended wing body' vliegtuig in dienst te nemen, weerspiegelt het groeiende besef binnen de luchtvaartindustrie dat significante innovatie noodzakelijk is om aan de milieu-uitdagingen van de 21e eeuw te voldoen. Hoewel de technische en regelgevende hindernissen aanzienlijk zijn, is de potentie voor een revolutionaire verandering in de luchtvaart duidelijk.

De interesse van luchtvaartmaatschappijen in het 'blended wing body' concept onderstreept de vraag naar efficiëntere en milieuvriendelijkere vliegtuigen. Naarmate de druk om de koolstofvoetafdruk van de luchtvaart te verminderen toeneemt, zullen innovaties zoals de 'blended wing body' waarschijnlijk een steeds belangrijkere rol spelen in de toekomstige ontwikkeling van de sector.

De samenwerking tussen JetZero en de Amerikaanse luchtmacht, evenals de interesse van grote luchtvaartmaatschappijen, toont aan dat er een breed draagvlak is voor het verkennen van nieuwe vliegtuigontwerpen die de efficiëntie kunnen verbeteren en de impact op het milieu kunnen verminderen. Deze samenwerkingen zijn essentieel om de technische, operationele en regelgevende uitdagingen aan te pakken die gepaard gaan met het brengen van een dergelijk innovatief vliegtuigontwerp op de markt.

Terwijl de luchtvaartindustrie zich voorbereidt op de toekomst, is het duidelijk dat de 'blended wing body' een spannend potentieel biedt om de manier waarop we vliegen te transformeren. De voordelen op het gebied van efficiëntie, emissiereductie en passagierservaring maken het een aantrekkelijke optie voor de volgende generatie commerciële vliegtuigen. Hoewel er nog veel werk te doen is om deze visie te realiseren, is de richting die JetZero en andere innovators inslaan, een bemoedigend teken voor de toekomst van duurzame luchtvaart.