DTU-forskere viser vejen til bedre og lettere flyvinger
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

DTU-forskere viser vejen til bedre og lettere flyvinger

Dette næb fra en næsehornsfugl er af evolutionen optimeret efter de samme principper, som forskere fra DTU nu har fundet ud af at anvende på store mekaniske konstruktioner. DTU-forskernes metode er blot hurtigere. Foto: Niels Aage/DTU

VIDENSKABENS TOP-5 – NOMINERET

Hvordan kan en konstruktion udføres med mindst muligt materialeforbrug, når det er givet, at den skal overholde en række mekaniske parametre som for eksempel styrke og fleksibilitet?

Det er et klassisk ingeniørproblem inden for feltet topologioptimering, som forskere på DTU ledet af professor Ole Sigmund har arbejdet med gennem mange år. Metoden fører til hullede og lette konstruktioner, hvor intet overflødigt materiale indgår.

Teknikken er anvendt på dele til biler, fly og bærende konstruktioner og har også fundet anvendelse inden for nanofotonik og antenner. Men det har kun været muligt at optimere mindre elementer.

I år viste DTU-gruppen med lektor Niels Aage som den drivende kraft, at topologi­optimering også kan benyttes på meget store konstruktioner som flyvinger. Det har tidligere været en uoverskuelig udfordring selv ved anvendelse af supercomputere.

I et konkret eksempel opdelte DTU-forskerne en Boeing 777-vinge i 1,1 milliarder volumenelementer – tredimensionelle versioner af pixels kaldet voxels – med en maksimal dimension på 8 mm.

På den måde kunne de i en artikel i Nature – et af verdens mest prestigefyldte videnskabelige tidsskrifter – vise, at vingen kunne være 5 procent lettere end den vinge, der anvendes i dag. Det er en ikke uvæsentlig reduktion, da en sådan vægtbesparelse kan reducere flyets brændstofforbrug med 200 ton om året.

Der er en række rent praktiske problemer med at producere den beregnede vinge, men det afgørende er her, at Niels Aage har fundet en effektiv generel metode til at behandle og løse de meget komplicerede ligningssystemer, der opstår, når antallet af voxels løber op i milliarder i stedet for blot millioner, og som kan bruges i andre store konstruktioner som for eksempel broer.

En simpel skalering af kendte metoder fra millioner til milliarder er nemlig ikke brugbar i praksis. Problemet skal tackles fundamentalt anderledes, og det har ikke været en triviel opgave.

Det er det, som har fået udenlandske eksperter til at fremhæve den nye metode som værende enestående.

Supercomputere anvendes i dag i stor stil inden for områder som astrofysik og life science (som det fremgår af artiklen om årets bedste danske forskningsresultat på side 34-35), men slet ikke i tilnærmelsesvis samme grad inden for mekanisk design. Niels Aage & Co. har vist vejen til anvendelse af supercomputere ved design af store mekaniske konstruktioner – og de muligheder, der følger med.