Der er intet som en flyvetur på 27 timer, der kan få en til at forstå det, og det er nogenlunde den tid, det tog mig at komme hjem fra New Zealand. Deroppe i de komfortable sæder på Qatar Airways undrede jeg mig over, hvordan det lykkedes os at flyve så godt uden at falde ned, som hr. Rajoy ville sige, “det er sund fornuft”. Dette er svarene.
Flyvemaskiner flyver, fordi der ikke er nogen resulterende kraft. Og når et legeme ikke er udsat for nogen kraft, vil det fortsat stå stille eller have konstant hastighed. Dette blev allerede fastslået af Isaac Newton i hans første lov. Men det betyder ikke, at der ikke er nogen kraft, der virker på flyet. Flyet har en vægt, passagererne og deres bagage har en vægt, og hvert molekyle i luften, der skubbes af motorerne eller rammer flyskroget, genererer en kraft. Det sker, fordi ingeniørerne har formået at bruge nogle af disse stød til at modvirke luftens vægt og modstandskraft.
For at opsummere kan man sige, at flyvemaskiner flyver primært på baggrund af to teorier, som vi lærte i gymnasiet, selv om vi ikke rigtig vidste, hvad fanden de skulle bruges til: Venturi-effekten og, endnu vigtigere, Newtons tredje lov, også kendt som “loven om aktion og reaktion”.
Lad os starte med kræfterne med en lodret retning. Den, der trækker nedad, er tyngdekraften, og den, der peger opad, er skubbet. Men hvor kommer sidstnævnte fra? Selv om det kommer fra hele fuselagen, dvs. hele flyets krop (figur 1), kommer det meste af det fra vingerne, og i begge tilfælde skyldes det Venturi-effekten (figur 2).
Venturieffekten er, at når en væske stiger i hastighed, falder dens tryk. For at udnytte dette er flyvingerne konstrueret på en sådan måde, at deres øverste del er mere buet end den nederste del, hvilket betyder, at den afstand, som luften skal tilbagelægge, er større i den øverste del, og at den derfor er tvunget til at øge sin hastighed. På grund af Venturi-effekten medfører dette, at trykket falder over vingen (jo højere hastighed, jo lavere tryk). Kort sagt har den nederste del af vingen et højere tryk end den øverste del, og det udøver et opadgående tryk, der hjælper flyet med at holde sig i luften.
Den kraft, der udøves af Venturi-effekten, er imidlertid ikke i sig selv nok til at holde flyet i luften, og det er her, Newtons tredje lov kommer ind i billedet, som siger, at en given kraft eller handling, der udøves på et objekt, skaber en reaktion af samme intensitet, men i den modsatte retning (prøv at slå hovedet mod en væg, så ved du, hvad vi taler om).
Og hvordan anvendes denne teori i fly? Det skyldes igen vingernes form og placering, som er udformet således, at den luft, der passerer igennem dem, drives nedad, hvilket skaber en nedadrettet kraft på luften, som på grund af Newtons lov, der er nævnt ovenfor, resulterer i en opadrettet reaktionskraft på vingen. Selvfølgelig er det sådan, at jo hurtigere man kører, jo mere kraft får man, og det er derfor, at flyvemaskiner skal nå en meget høj hastighed først for at lette og derefter for at holde sig i luften.
En simpel måde at kontrollere, hvad jeg siger, er ved at stikke hånden ud af bilruden. Hvis du i stedet for at lægge hånden i profil hælder den lidt for at vende den mod vinden, vil du flytte luften nedad, og du vil føle en opadrettet kraft, der har en tendens til at løfte ikke bare din hånd, men hele din arm.
Newtons tredje lov hjælpes også af den såkaldte Coanda-effekt, et fysisk fænomen, hvorved en væske har en tendens til at klæbe til og følge banen for et objekt, den er i kontakt med. I forbindelse med flyvemaskiner har luften (væsken) en tendens til at klæbe til flyets vinge (det objekt, den rammer) og til at følge dets bane (dvs. følge en nedadgående retning). Du kan se et praktisk eksempel i skeen på billedet eller, endnu bedre, i denne video.
Og hvordan genereres den af flyets krop? Det sker, fordi luftmolekylerne skubber den opad. Takket være dens form er der i bevægelse flere molekyler, der støder sammen i bunden end i toppen (på samme måde som når du løber i regnvejr, er der færre dråber, der rammer din ryg), og de molekyler, der støder sammen i toppen, støder sammen med meget mindre hastighed end dem, der støder sammen i bunden, hvilket skaber en trykforskel, som løfter flyet (figur 1).
Nu har vi på den vandrette akse en kraft, der skubber flyet bagud. Denne kraft er de luftmolekyler, der kolliderer med flyet. For at modvirke denne kraft er det motorerne, der driver luftmolekylerne bagud, og det gør de ved at dreje hurtigt rundt med deres vinger. Store og få i propelfly, og mange og små i turbinefly.
Vi ved mere eller mindre godt, hvorfor et fly fly flyver, men hvorfor flyver det så højt? De fleste trafikfly flyver i en højde på næsten 35.000 fod, ca. 10,6 kilometer. Hvis man tænker over det, er det en stor højde. Hvorfor ikke flyve blot et par kilometer over jorden, hvilket er mere end nok højde til, at flyet ikke har problemer med strukturer som f.eks. tårne eller skyskrabere? Hvis man forsøger at undgå bjerge, selv hvis alle bjerge i verden var lige så høje som Everest (8,8 kilometer), hvorfor så tage næsten 2.000 meter mere sikkerhedsmargin?
For det første er den højde, som de fleste fly flyver i, ikke et vilkårligt valg. Det er der meget gode grunde til. Følgende er de vigtigste.
En af hovedårsagerne til, at trafikfly flyver så højt, er luftmodstanden. Jo højere man kommer op over jorden, jo tyndere bliver atmosfæren, og jo mindre modstand er der derfor mod flyets flyvning. Fly har fløjet i denne højde, siden jetmotorer blev opfundet (fly anvender ikke længere de oprindelige jetmotorer, men nu turbofans). Disse motorer, der minder mere om raketjetsystemer, har en højere specifik impuls, da der er mindre luft. De har dog stadig brug for atmosfærisk ilt for at opretholde forbrændingen.
Under alle omstændigheder gælder det, at jo flere luftmolekyler flyet skal fjerne på sin vej, jo mere energi kræver det, jo mere brændstof bruger det, og jo højere bliver driftsomkostningerne som følge heraf. På grund af den lavere luftmodstand i større højder flyver kommercielle fly med minimal brændstofforbrug. Det er derfor, at 35.000 fod er kendt som “marchhøjde”, hvor der opnås en balance mellem driftsomkostninger og brændstofeffektivitet.
En anden vigtig grund er, at atmosfæren i marchhøjde er mere stabil, og at de normalt ikke behøver at bekymre sig om skyer og andre vejrfænomener som f.eks. tordenvejr. Fly kan navigere gennem skyer og tordenvejr uden større problemer, men når de gør det, er turbulens uundgåelig, hvilket ud over at være ubehageligt for passagererne også kan skabe panik i cockpittet.
En tredje og indlysende grund er at fjerne forhindringer. Hvis du flyver et fly på konsollen eller computeren, kan du flyve lavt, lave saltoer, flyve mellem bygninger, flyve gennem kløfter osv. Men det er ikke virkeligheden. Hvis det er for farligt selv for et lille jagerfly eller udstillingsfly at gøre det, er det praktisk talt umuligt for et stort kommercielt fly at gøre det. Med et lille køretøj kunne selv jeg foretage manøvrer, der var umulige for en bybus.
Plus, som alle ved, er terrænet ikke håndfladen, men over havets overflade er der et væld af terrænformer, så flyet stiger til en højde, der er høj nok til at holde sig fri af alle former for terrænformer. Og hvis landformer skal undgås, sikrer flyvning i 35.000 fod også, at flyet befinder sig et godt stykke over de fleste fugles flyvehøjde. Det er afgørende, da fugleangreb kan være meget mere end blot et uheld eller en irritation.
Der har været mange tilfælde af fugleangreb, men det tilfælde, der har fået mest opmærksomhed, var US Airways-fly nr. 1549. Den 15. januar 2009 landede et fly (Airbus 320) på mirakuløs vis uden motor i Hudson-floden efter at være blevet ramt af en flok fugle kort efter starten fra LaGuardia-lufthavnen i New York City. Utroligt nok var der ikke et eneste dødsoffer. Det er derfor, at den ujævne, lykkelige landing – som er blevet filmatiseret i filmen Sully, instrueret af Clint Eastwood og med Tom Hanks i hovedrollen – er kendt som “miraklet på Hudson”.
Sæt, at du flyver et kommercielt passagerfly kun en kilometer over jorden, og noget går galt. Flyet begynder at styrte nedad. Du ved, at du kan løse det problem, der får flyet til at falde hurtigt, men det falder for hurtigt, og du har simpelthen ikke tid nok til at løse problemet. På det tidspunkt tænker man: “Hvis bare jeg havde mere tid…”. Det er en anden grund til, at kommercielle fly flyver i en højde på omkring 11 km, en højde, der fungerer som en “sikkerhedspude” og giver piloterne tid til at reparere tingene, hvis noget går galt.