Tradiční pevná konstrukce letadla naráží na určité limity a neumožňuje dostatečně účinnou funkci křídel letadla ve všech fázích letu. Díky nově vznikajícím technologiím však nyní mohou inženýři vytvářet návrhy letadel s proměnlivou konstrukcí, která umožňuje měnit tvar během letu. Koncept morfujících křídel čerpá inspiraci u ptáků, zachovává nejvyšší potenciální výkon v různých fázích letu a současně cílí také na další důležité aspekty, jako je spotřeba paliva, snižování emisí a ovladatelnost.

Příroda byla pro člověka odjakživa zdrojem inspirace pro nové vynálezy. Vědce již od pradávna fascinuje, jak snadno se ptáci, hmyz, ale také ryby dokážou adaptovat na specifické prostředí, ve kterém žijí. Pozorování přírody je postupně dovedlo k myšlence morfujících křídel, která imitují schopnost zvířat měnit jejich tvar. Inženýři tak vytvořili křídla, která mohou v reálném čase měnit svůj tvar podobně, jako mění tvar křídel ptáci během létání.

Myšlenka „morfujících křídel“ čerpá z určitého množství technik, jejichž cílem je zužitkování principů aerodynamiky. Mezi tyto mechanismy patří:

Kroucení a ohýbání – Flexibilní konstrukce křídla umožňuje měnit jejich zakřivení, které v různých fázích letu může ovlivňovat vztlak a odpor vzduchu. Tato schopnost umožňuje plynulejší vzlet, efektivnější let a vyšší stabilitu při přistávání.

Slitiny s tvarovou pamětí (SMA) – Morfující křídla vyrobená ze SMA mohou využívat materiály, které se přizpůsobují změnám teploty tím, že mění tvar. Inženýři mohou navrhnout křídla se SMA litinami zabudovanými v konstrukci křídla, které se automaticky přizpůsobí podmínkám letu, maximalizují výkon a zefektivní spotřebu paliva.

Pneumatické** funkční prvky** – Jedná se o aktivní součásti, které mění tvar křídla nafouknutím nebo vyfouknutím jeho určitých částí pomocí vzduchu pod tlakem. Tento přístup zajišťuje geometricky přesné ovládání křídla a může využívat různé strategie podle konkrétních potřeb daného letu.

Elektroaktivní polymery (EAP) – EAP mění svůj tvar v závislosti na elektrické stimulaci. EAP, zabudované v konstrukci křídel, nabízí změny tvaru křídel v reálném čase, zvyšují jejich ovladatelnost a snižují aerodynamický odpor.

V roce 2023 byl v Imperial College London zahájen výzkumný projekt morfujících křídel s cílem určit optimální úpravy tvaru letadlového křídla podle letových podmínek.

Trup letounu a pohonný systém byly při návrzích aktuálně používaných letadel dosud považovány za samostatné jednotky. V důsledku toho naráží hnací síla běžných leteckých motorů na své limity a technologické pokroky nepřináší očekávanou návratnost. Koncept BLI využívá umístění motorů blíže k trupu letadla. Díky této poloze mohou motory nasávat také mezní vrstvu vzduchu proudící trupem. Výhodou konceptu BLI je vyšší hnací síla, nižší aerodynamický odpor a vyšší výnosnost paliva. Inženýři v Glennově výzkumném středisku NASA testují tento nový typ pohonu ve vysokorychlostním aerodynamickém tunelu. Testování může trvat několik let a zástupci střediska prohlásili, že během následujících let budou ve výzkumu a vývoji technologie BLI pokračovat.

CFD je špičková technologie, která využívá obrovský aktuálně dostupný počítačový výkon a simuluje a zobrazuje složité interakce kapalin a plynů, například vzduchu, při jejich pohybu kolem povrchu letadel. Technologie CFD díky rozsáhlým novým poznatkům o aerodynamice a tocích vzduchu změnila koncepci letounů, analýzu výkonu i testovací postupy. Položila základ pro novou generaci aerodynamiky.

Jádrem CFD je řešení náročných matematických rovnic, které charakterizují fyzikální pohyby kapalin a plynů. Tyto rovnice poskytují podrobný popis chování vzduchu v okolí povrchu letadla a zohledňují různé proměnné, jako je hustota kapaliny/plynu, rychlost, tlak a viskozita.

Inženýři mohou díky metodám CFD zobrazit, simulovat a zkoumat mnoho různých situací, aniž by museli vyrábět fyzické prototypy, a pracovat s digitálním znázorněním proudění vzduchu rozdělením složitých rovnic na menší výpočetní úseky. Jeden z předních výrobců letadel, Airbus, využívá CFD pro lepší porozumění aerodynamickým procesům a maximalizaci efektivity letu.

Městská letecká mobilita (UAM) představuje vizi budoucnosti, ve které budou letadla s kolmou dráhou vzletu (eVTOL) vybavená špičkovou aerodynamickou technologií přepravovat cestující a zboží mezi centry měst, předměstími a dalšími příměstskými destinacemi. Využitím aerodynamiky nové generace má UAM potenciál vyvolat revoluci v městské dopravě, nabídnout rychlejší dojíždění, snížit dopravní zátěž a přinést udržitelnější způsob cestování. Německá společnost Volocopter testuje letouny Volocity v rámci Olympijských her v Paříži v roce 2024.

Klíčové vlastnosti UAM:

Svislá dráha vzletu a přistání (VTOL) – Letouny UAM mají zabudovanou speciální aerodynamickou technologii, která jim umožňuje svislý start i přistávání a zbavuje provozovatele nutnosti používání vzletových a přistávacích drah. UAM letouny mohou používat střechy, přistávací plochy pro vrtulníky, nebo dokonce také schválené městské přistávací zóny.

Lety na krátké vzdálenosti – Letadla UAM dokáží nejlépe zajistit přepravu uvnitř měst nebo spoje s předměstími. Oproti pozemní přepravě dokáží tyto lety nabídnout rychlejší spojení mezi dvěma body, zejména při vysoké dopravní vytíženosti.

Elektrický pohon – Letadla UAM využívají elektrický pohon, jsou nízkoemisní, minimalizují městský hluk a přispívají k ekologičtější městské přepravě.

UAM nabízí alternativní způsob přepravy, a tím snižuje dopravní vytíženost ve městech, zkracuje čas strávený cestováním a v globálním měřítku díky elektrickému pohonu přispívá ke snižování emisí uhlíku.

Nadzvuková přeprava (supersonická i hypersonická) zásadně mění celý koncept letecké přepravy. Nabízí výrazně kratší časy strávené cestováním a v budoucnu by mohla zcela změnit oblast dálkové nebo mezinárodní přepravy. Tyto inovace přináší očekávání velkých budoucích změn v oblasti cestování a přináší nové možnosti díky aerodynamice nové generace.

Nadzvukový let překračuje rychlost zvuku, která je u hladiny moře zhruba 1235 km/h a mění se v závislosti na teplotě a nadmořské výšce. Již na konci 20. století nám pohled do budoucnosti nabídlo slavné nadzvukové letadlo určené pro přepravu cestujících, Concorde. Používání letounu Concorde však bylo ukončeno v roce 2003 v důsledku četných provozních a finančních potíží. Nadzvukové letouny však zažívají obrození a mohly by se začít znovu používat v roce 2029.

Americký výrobce Boom Supersonic nedávno zadal objednávku 20 nadzvukových letadel s názvem Overture. Letadlo o výšce 201 stop používá 100% udržitelné letecké palivo a dosahuje rychlosti až Mach 1,7 (2 099 km/h), což je nejrychlejší komerční letadlo na světě. Při této rychlosti by let z New Yorku do Londýna trval pouhých 3,5 hodiny.

Nová generace aerodynamiky, propojující inovace a nové potřeby, může zcela změnit způsob, jakým vnímáme a využíváme možnosti létání. Od úžas vzbuzujícího konceptu morfujících křídel až po opětovný zrod snu o cestování nadzvukovou rychlostí nás nové možnosti aerodynamiky přibližují budoucnosti přinášející rychlejší, efektivnější a propojenější létání. I s těmito fascinujícími inovacemi se samozřejmě pojí různá úskalí. Pro využití potenciálu aerodynamiky nové generace bude nutné vypořádat se se složitými materiály, nastavit vhodný právní rámec a vybudovat nezbytnou infrastrukturu. Jen to nám zaručí, že naše obloha nám v budoucnu poskytne nejen prostor pro rychlejší, ale také pro efektivnější, bezpečnější a udržitelnější přepravu.