Strømlinjeformet og lett

Fuglenes flukt, inkludert takeoff, svev og landing, er av de mest komplekse formene for bevegelse i dyreriket. Lett som ingenting forserer fuglene turbulens og forhindrer styrt og steiling – utallige ganger daglig. De letter og lander helt perfekt, også under umulige forhold.

Siden dinosaurene vandret på Jorden for mange hundre millioner år siden, har de ulike fugleartene utviklet spesialtilpassede egenskaper som muliggjør flukt. Den mest åpenbare tilpasningen er forlemmene, som over tid er blitt til vinger med fjær.

Evolusjonen har sørget for å gjøre fuglekroppene strømlinjeformede og lette, for å minske luftmotstanden og «lure» tyngdekraften, for eksempel ved å lage luftfylte hulrom i fugleskjelettet og ved å kutte ut unødvendige bein her og der. Halen ble omdannet til en fjærkledt stjert, og kjeven og tennene ble til et lett nebb. Til brystbeinet ble det festet kraftige flyvemuskler, som blant annet muliggjør den mest energikrevende delen av enhver flytur: takeoff.

For å lykkes med dette må fuglene sørge for at luftstrømmen over vingene er sterk nok til å skape løft. Småfugler gjør dette enkelt med et lite hopp. Større fugler trenger mer tilfart og løper for å generere nok luft til vingene. De største fuglene tar av mot vinden, eller ved å slippe seg ut i fritt fall fra et tre, fjellskrent eller annen høyde.

Selv hadde vi bare så vidt lært oss å stå oppreist på to ben før vi med lengselsfulle blikk kunne begynne å observere fuglene – og drømme om å gjøre som dem.

Dyster statistikk

Menneskets høye selvtillit og vågale optimisme til tross; våre aller første forsøk på å imitere fuglenes komplekse flukt gikk ikke så bra. Vi så at fuglene hadde vinger, at de flakset med dem og fløy av sted. Vi tenkte: «Vi er mennesker, vi er smartere enn dem, selvsagt kan vi lære oss å fly. Se nå!»

Så vi bygget oss vinger – etter hvert store, flotte, og relativt lette – festet dem på armene, flakset med dem, men ingenting skjedde. Vi forsto at vi måtte ha et bedre utgangspunkt. Så vi tok de store, flotte, og relativt lette vingene med opp på nærmeste fjelltopp, kastet oss utfor – og falt i døden.

Den tyske flypioneren og oppfinneren Otto Lilienthal var en av dem som etter hvert ble en del av denne dystre statistikken. Like fullt var han den første i historien som bygget seg vinger og foretok gjentatte vellykkede og vel-dokumenterte flyturer. I flere år forsket han på fuglenes, spesielt storkenes, flukt.

For å beskrive fuglevingenes aerodynamikk så nøyaktig som mulig, plottet han observasjonene inn i polardiagrammer (se faktaramme) og gjorde utallige eksperimenter for å samle pålitelige luftfartsdata. I 1889 ga Lilienthal ut boken «Birdflight As the Basis of Aviation» (Fugleflukt som grunnlag for luftfart), som blant annet inneholder en svært detaljert tegning av en hvit storks vinge og vingebevegelser.

To år etter bokutgivelsen var Lilienthal selv på vingene for første gang. I løpet av de neste fem årene kunne han vise til en total flytid på fem timer, fordelt på cirka 2000 flyturer. Hans siste flytur, den 9. august 1896, endte med brukket vinge, fritt fall fra 17 meters høyde og brukket nakke.

Lilienthal, som døde av skadene dagen etter, mente luftfartsforskningen var verdt å ofre livet for. Han døde heller ikke forgjeves. Bare tre år senere tok brødrene Wright for seg tegningene og forskningen hans og gikk i gang med utviklingen av verdens første motoriserte flymaskin. Da de i 1903 gjennomførte sin første vellykkede prøveflyvning, skjønte mennesket at dets eviglange drøm om å fly endelig var i ferd med å gå i oppfyllelse.

Er det en fugl? Er det et fly?

Utviklingen og moderniseringen av luftfarten har, siden Lilienthals og Wright-brødrenes første vaklende flyturer, kommet lysår lenger. Målet til enhver flyingeniør er fremdeles å gjøre flyene mest mulig «fugleanatomisk» riktige, slik at de flyr raskere og lengre på stadig mindre energi.

De siste årene har mange fly fått en liten vipp ytterst på vingene, inspirert av at enkelte fugler, blant annet rovternen, har dette – noe som har vist seg å være energibesparende. For et års tid siden annonserte Airbus i en pressemelding at deres nyeste hybridelektriske propelldrevne fly får vinger direkte inspirert av ørnevinger. Dette flyet har fått navnet Bird of Prey (rovfugl), og skal ifølge Airbus bli et «grønnere», renere og stillere fly enn noensinne sett tidligere.

Et forskerteam ledet av Nasa utviklet nylig en prototyp på en fly-vinge, som både ser ut som og oppfører seg som en ekte fuglevinge. Tradisjonelt er fly-vingene sterke, tykke og solide. Fly-vingen som Nasas forskerteam jobber med, er lett, fleksibel, og endrer seg mens den flyr.

I et intervju med CNN forklarer en av Nasas forskningsingeniører, Nick Cramer, at vingen er fire meter bred og satt sammen av tusenvis av små deler, som passer perfekt sammen og oppfører seg veldig likt en ekte fuglevinge med fjær.

«Rovfuglen kondor låser leddene når den glir gjennom luften, og gjør små justeringer underveis, slik at den hele tiden fungerer optimalt. Når den vil gjøre en mer aggressiv manøver, låser den opp skulderleddene igjen. Det er dette vi forsøker å etterligne med den nye vingen vi jobber med», uttalte Nasa-forskeren.

Fordelen med små deler

Men det er ikke utelukkende de fuglelignende funksjonene som gjør den nye «fuglevingen» mer energibesparende enn dagens fly-vinger. Det faktum at alle delene er så små, gjør selve produksjonsprosessen billigere og enklere. Ta Boeings 787 Dreamliner som et eksempel: Delene den er satt sammen av, er så enorme, at de må støpes i massive spesialformer, før disse delene fraktes i enda større fly, satt sammen av enda større deler, til et annet sted for montering.

Kostnadene og mengden infrastruktur som kreves i byggeprosessen, er svimlende. Dersom fremtidens fly i stedet settes sammen av tusenvis av små, men tilsvarende solide deler, fremfor et par store, vil man spare store summer, samtidig som det overflødiggjør dagens spesialtilpassede infrastruktur.

Ifølge Nasas rapport lages de nye vingene ved å sprøyte fiberforsterket polyeterimid (amorf termoplast) i 3D-former. Deretter låses delene sammen i hverandre av en sverm av monteringsroboter. Der man tradisjonelt sett er nødt til å ha en fabrikk som er mye større enn tingen du lager, handler dette i stedet om å forutse hvor mange deler man behøver å sette sammen for å få tingen i den størrelsen man ønsker. I dette tilfellet en vinge som oppfører seg som en fugls.

Selv om konseptet med billigere og mer fleksible fuglelignende fly nok appellerer til den kommersielle luftfartsindustrien, vil det ta lang tid før vi kan bestille billett på et slikt fly.

Å revolusjonere flyproduksjonen på denne måten krever tid, forskning, masse penger – og ikke minst noen som er villige til å betale for det.

Kilder: Universitetet i Oslo: Institutt for biovitenskap, cnn.com, blogs.privatefly.com, Ottosson/Ottosson/Magnusson: «Nære fugler» (Spartacus, 2018), Store Norske Leksikon, Wikipedia