NASA i Boeing testiraju duga, uska krila koja bi mogla promijeniti putničke avione
Putnički zrakoplovi budućnosti mogli bi izgledati bitno drukčije od današnjih: umjesto klasičnih, relativno kratkih i širokih krila, dobili bi mnogo dulja i tanja krila koja troše manje goriva i putnicima pružaju mirniju vožnju. Iza tog pomaka stoji zajednički istraživački program američke svemirske agencije NASA i proizvođača zrakoplova Boeing, koji je u prosincu 2025. završio ključnu seriju ispitivanja u vjetro-tunelu u NASA-inom istraživačkom centru Langley u Virginiji.
Program nosi naziv Integrated Adaptive Wing Technology Maturation (IAWTM), a njegova je svrha razviti tehnologije koje će omogućiti uporabu krila s puno većim omjerom izduženosti – dakle duljih i užih krila – bez ugrožavanja sigurnosti i strukturalne izdržljivosti zrakoplova. NASA i Boeing time žele otvoriti put novoj generaciji komercijalnih aviona koji bi istovremeno bili štedljiviji, tiši i udobniji za putnike.
Zašto se zrakoplovna industrija okreće dugim, uskim krilima
Zrakoplovna industrija godinama traži načine kako smanjiti potrošnju goriva i emisije, ne samo zbog rastućih cijena goriva nego i zbog sve strožih klimatskih i okolišnih ciljeva. Veći dio aerodinamičkih gubitaka na putničkim zrakoplovima nastaje zbog induciranog otpora – turbulencija na vrhovima krila koje nastaju pri stvaranju uzgona. Dulje i tanje krilo, odnosno krilo s većim omjerom izduženosti, smanjuje taj inducirani otpor i povećava omjer uzgona i otpora, što se izravno prevodi u manju potrošnju goriva.
Trend se već vidi na tržištu: moderni širokotrupni zrakoplovi imaju znatno veći omjer izduženosti krila od starijih generacija. Njemački zrakoplovno-istraživački centar DLR navodi da je, primjerice, Airbus A300 iz 1970-ih imao omjer izduženosti oko 7,7, dok Airbus A350, predstavljen 2013., ima omjer od oko 9,3 – bitno veću, vitkiju geometriju krila uz pomoć kompozitnih materijala i naprednih aerodinamičkih rješenja.
Istraživanja pokazuju da takva geometrija može donijeti mjerljive uštede. Jedna nedavna studija na primjeru dugolinijskog putničkog aviona Boeing 777-300ER pokazala je da povećanje omjera izduženosti krila za oko 1,5 puta može smanjiti inducirani otpor za približno 23 posto i ukupni otpor krila za oko 13 posto – što predstavlja znatnu uštedu goriva na razini cijelog zrakoplova.
Krilo koje se sve više savija: aeroelastični rizici i „flutter“
Međutim, dulja i tanja krila dolaze s ozbiljnim tehničkim izazovom. Kako se raspon krila povećava, a struktura istovremeno nastoji ostati što lakša, krilo postaje fleksibilnije. U letu to znači veća savijanja i uvijanja, osobito pri naletima vjetra, promjenama visine ili oštrim manevrima. U ekstremnim slučajevima može se pojaviti opasan fenomen poznat kao flutter – aeroelastična nestabilnost pri kojoj se strujanje zraka preko krila „uskladi“ s vlastitim frekvencijama vibriranja konstrukcije, pa se titranje pojačava i može eksponencijalno rasti.
U najgorem scenariju, nekontrolirani flutter može dovesti do strukturalnog oštećenja ili čak loma krila. Zato je cilj NASA-inog i Boeingovog programa ne samo „odrediti“ granice takvih nestabilnosti, nego razviti aktivne sustave upravljanja krilom koji bi flutter spriječili prije nego što se pojavi. To se postiže kombinacijom osjetila u konstrukciji, računalnih modela i pokretnih kontrolnih površina na krilu koje u stvarnom vremenu reagiraju na opterećenja i deformacije.
Program IAWTM: zajednički laboratorij za krila budućnosti
Upravo se time bavi program Integrated Adaptive Wing Technology Maturation, smješten u NASA-in projekt Advanced Air Transport Technology (AATT), koji je dio programa Advanced Air Vehicles. Njegov je strateški cilj omogućiti povećanje omjera izduženosti kod transportnih zrakoplova za oko 1,5 do 2 puta u odnosu na današnje konfiguracije, uz zadržavanje sigurnosti i upravljivosti.
U sklopu programa razvijaju se i ispituju tzv. višeciljni zakoni upravljanja: algoritmi koji istovremeno pokušavaju smanjiti otpor (drag optimizacija), ublažiti opterećenja pri manevrima, prigušiti nalete vjetra i aktivno suzbiti flutter. Takav pristup spaja aerodinamiku, dinamiku konstrukcije i automatiku u jednu cjelinu – disciplinu koju zrakoplovni inženjeri nazivaju aeroservoelastičnošću.
Program se naslanja na ranije projekte „zelenih“ zrakoplova, među kojima je i Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR), u kojem je već ispitivano visokorazvlačno krilo, ali s manjim brojem aktivnih kontrolnih površina. IAWTM sada ide korak dalje: umjesto dvije pomične površine po krilu, kako je bilo u SUGAR-u, novi model koristi deset takvih elemenata kako bi se finije upravljalo ponašanjem krila u letu.
Transonic Dynamics Tunnel: veliki tunel za pola aviona
Ispitivanja koja su kulminirala u prosincu 2025. provedena su u NASA-inom Transonic Dynamics Tunnelu (TDT) u Langley Research Centeru u Hamptonu, savezna država Virginia. Riječ je o vjetro-tunelu koji više od šest desetljeća sudjeluje u razvoju američkih civilnih i vojnih zrakoplova, raketa, svemirskih letjelica i eksperimentalnih konfiguracija. Tunel ima ispitnu sekciju visoku i široku oko 4,9 metara (16 stopa), dovoljno veliku za modele koji vjerno prikazuju aerodinamičko i strukturno ponašanje velikih putničkih aviona.
Budući da se cijeli stvarni putnički avion ne može smjestiti u vjetro-tunel, NASA i Boeing naručili su posebni model polovine zrakoplova koji je izradila tvrtka NextGen Aeronautics. Model izgleda kao trup i krilo aviona „prerezani po sredini“ i pričvršćeni na zid tunela. Krilo raspona oko 13 stopa (nešto manje od četiri metra) ima geometriju visokog omjera izduženosti, s relativno malom tetivom i tankim profilom koji se u letu znatno savija.
Duž stražnjeg ruba krila postavljeno je deset pokretnih površina sličnih klasičnim zakrilcima i krilcima, koje služe kao „mišići“ sustava aktivnog upravljanja. U krilo i nosač ugrađene su stotine senzora koji mjere opterećenja, deformacije i vibracije, dok niz mjernih sustava u tunelu prati brzinu i smjer strujanja zraka. Sve te informacije u stvarnom se vremenu šalju računalima koja upravljaju pomicanjem kontrolnih površina prema unaprijed definiranim algoritmima.
Od SUGAR-a do naprednog adaptivnog krila
Novi model krila predstavlja značajan iskorak u odnosu na ranije istraživačke konfiguracije. U SUGAR programu, koji je također uključivao Boeinga, testirano je krilo s dvije aktivne kontrolne površine, čime se moglo djelomično upravljati opterećenjima i vibracijama. U IAWTM-u, s deset zasebnih površina duž stražnjeg ruba, inženjeri dobivaju puno više stupnjeva slobode: mogu ciljati različite dijelove krila, mijenjati raspodjelu uzgona i fino podešavati odziv na nalete vjetra.
Takav pristup otvara mogućnost da se krilo „ponaša“ drugačije u različitim fazama leta. Primjerice, tijekom krstarenja naglasak može biti na minimiziranju otpora i potrošnje goriva, dok se tijekom turbulencije prioritet prebacuje na prigušivanje vibracija i zaštitu strukture. Pri polijetanju i slijetanju kontrolne površine mogu pomoći u ravnomjernijoj raspodjeli opterećenja po rasponu krila, što olakšava konstrukcijske zahtjeve i može omogućiti tanje, lakše nosače.
Testiranja 2024. i 2025.: prvo baždarenje, zatim aktivna kontrola
Program ispitivanja odvijao se u dvije glavne kampanje. Tijekom 2024. godine NASA i Boeing proveli su prvu seriju testova u TDT-u kako bi prikupili osnovne podatke o ponašanju krila bez složenih algoritama aktivne kontrole. Ti su rezultati uspoređeni s naprednim računalnim simulacijama, a razlike između mjerenja i modela poslužile su za fino podešavanje numeričkih alata.
Druga kampanja, provedena 2025. godine, iskoristila je deset kontrolnih površina u različitim kombinacijama. Istraživači su ispitivali algoritme za smanjenje opterećenja pri manevrima, za ublažavanje naleta vjetra te za aktivno suzbijanje fluttera. U tim testovima tunel je generirao uvjete slične naletima vjetra i turbulenciji koje bi krilo doživjelo u stvarnom letu, dok su kontrolni sustavi u realnom vremenu odgovarali na promjene opterećenja.
Prema prvim analizama, sustavi aktivne kontrole razvijeni u NASA-i i Boeingu pokazali su „velika poboljšanja performansi“. Posebno se ističu testovi u kojima su simulirani naleti vjetra: u odnosu na slučaj bez aktivne kontrole, amplituda trešnje krila vidljivo je smanjena, što znači manje opterećenje na konstrukciju i mirnije uvjete za putnike. Iako detaljni kvantitativni podaci još nisu javno objavljeni, NASA navodi da su aeroservoelastični algoritmi uspjeli značajno prigušiti neželjene vibracije.
Sada slijedi faza detaljnog proučavanja prikupljenih podataka. Inženjeri će analizirati kako se različite konfiguracije kontrolnih površina i algoritama ponašaju kroz široki raspon brzina, gustoća zraka i opterećenja. Rezultati će se potom podijeliti s proizvođačima zrakoplova i aviokompanijama, koji će na temelju toga procijeniti koje tehnologije ima smisla ugraditi u buduće putničke modele.
Što dobivaju putnici i aviokompanije
Za putnike, najvidljiviji učinak ovih tehnologija mogao bi biti – ili bolje rečeno, jedva primjetan – osjećaj mnogo mirnijeg leta. Dulja i tanja krila sama po sebi mogu pružiti uglađeniji prolazak kroz zrak, ali uz aktivnu kontrolu krila turbulencija se dodatno prigušuje. Sustav koji „osluškuje“ nalete vjetra i u djeliću sekunde prilagođava geometriju krila može znatno smanjiti nagle trzaje i podrhtavanja koja mnogi putnici doživljavaju kao neugodan, pa i zastrašujući dio putovanja.
Za zrakoplovne kompanije ključna je ekonomska računica. Manja potrošnja goriva znači niže troškove i smanjenu izloženost volatilnosti cijena naftnih derivata. U kombinaciji s modernim motorima i lakim kompozitnim strukturama, krila s visokim omjerom izduženosti mogu pomoći da se ostvare dvocifrene postotne uštede u potrošnji goriva na tipičnim komercijalnim rutama, osobito na dugolinijskim letovima. Istodobno, manja potrošnja goriva znači manje emisije CO2 po putniku, što se uklapa u klimatske ciljeve koje su si postavili i regulatorna tijela i sama industrija.
Važno je i da se tehnologije aktivne kontrole mogu uvoditi postupno. Nije nužno da prvi avioni opremljeni ovakvim sustavom odmah imaju ekstremno vitka krila; mogu krenuti s umjereno povećanim omjerom izduženosti, uz sustav koji pomaže pri ublažavanju opterećenja, i zatim, kako industrija stječe iskustvo, ići prema agresivnijim geometrijama. Ta postupnost smanjuje tehnološki i regulatorni rizik te olakšava certifikaciju novih rješenja.
Korak prema klimatski prihvatljivijem zrakoplovstvu
Rad NASA-e i Boeinga na adaptivnim visokorazvlačnim krilima uklapa se u širu sliku transformacije zračnog prometa. Dok se dio industrije fokusira na nova goriva – održiva zrakoplovna goriva (SAF), vodik ili električne i hibridno-električne pogone – aerodinamička i strukturna poboljšanja ostaju nužan temelj svake strategije dekarbonizacije. Svako smanjenje otpora i povećanje učinkovitosti direktno smanjuje količinu energije potrebne za obavljanje istog leta, bez obzira na to odakle ta energija dolazi.
Ako se rezultati IAWTM programa pretoče u konkretne putničke avione, budući će putnici možda sjediti u kabini s pogledom na neuobičajeno duga, elegantna krila koja se vidljivo savijaju pri polijetanju i slijetanjima. Iza tog prizora stajat će sofisticirani sustavi senzora, aktuatora i algoritama koji brinu da savijanje ostane u sigurnim granicama, vibracije budu prigušene, a potrošnja goriva manja nego ikada prije. To bi, uz ostale inovacije, moglo pomoći da zračni promet održi svoju ulogu u globalnoj mobilnosti, ali uz znatno manji ekološki otisak nego danas.
Iako je testiranje u vjetro-tunelu završeno, posao za znanstvenike i inženjere još nije gotov. Sljedeći koraci uključuju širenje rezultata na stručnu zajednicu, provjeru kako se naučene lekcije mogu primijeniti na različite tipove zrakoplova – od uskoprupnih aviona za kratke i srednje linije do velikih širokotrupnih letjelica – te konačno razvoj demonstratora u stvarnom letu. Koliko brzo će se to dogoditi, ovisit će o interesu proizvođača, regulatornim okvirima i spremnosti tržišta, ali je jasno da se ideja dugih, uskih i aktivno upravljanih krila ozbiljno približava komercijalnoj primjeni.
Izvori:
- NASA – službeno priopćenje o testiranju dugih, užih krila u Transonic Dynamics Tunnelu (link)
- New Atlas – popularno-znanstveni prikaz NASA–Boeing testova adaptivnog krila i smanjenja turbulencije (link)
- Flying / Flights – analitički članak o IAWTM projektu i učincima aktivne kontrole na flutter i opterećenja krila (link)
- DLR – stručni tekst o razvoju krila s većim omjerom izduženosti u komercijalnom zrakoplovstvu (link)
- MDPI / Aerospace – znanstveni rad o utjecaju povećanog omjera izduženosti krila na otpor i učinkovitost, na primjeru Boeinga 777-300ER (link)
- NASA NTRS – prezentacije o ciljevima i metodama Integrated Adaptive Wing Technology Maturation programa i višeciljnim zakonima upravljanja (link)
Kreirano: subota, 27. prosinca, 2025.
Pronađite smještaj u blizini