Een stijf vleugelzeil, maar niet echt stijf

Windvoortstuwing op basis van een vleugelzeil dat onder invloed van de wind vanzelf vlakker of boller wordt. Daar had je vroeger het Cunningham-hole voor; nu ontwikkelt een Frans bedrijf aerodynamische profielen met „passieve morphing”.

Het bedrijf Ex Creatio laat zich inspireren door mechanismen die worden waargenomen in de biomechanica. Zo is het nu bezig met voortstuwingsvleugels voor schepen. Die zijn geïnspireerd op de vinnen van vissen om de kromming passief aan te passen aan de windkracht en zo de efficiëntie te optimaliseren. Een technologie die ‘passieve morphing’ wordt genoemd, oftewel een aerodynamische structuur met variabele kromming, die door de krachten die erop inwerken, legt ontwerper Guilhem Colombiès uit. Tests met een eerste prototype staan gepland voor de zomer.

Biomimicry

Het idee kwam bij hem op toen hij vissen gadesloeg die rivieren opzwommen en erin slaagden tegen de stroom in te zwemmen en de draaikolken te overwinnen. Als specialist in biomimicry baseerde hij zich op een fenomeen dat in de wetenschappelijke literatuur wordt beschreven als het ‘Fin-Ray-effect’. „Dat is het vermogen van een vin om door te buigen. De vis genereert een golfbeweging door het samentrekken van zijn spieren, maar zijn vinnen, die geen spieren hebben, volgen dezelfde beweging en vergroten zelfs de uitslag aan het uiteinde van de vin, om de voortstuwingsefficiëntie van de vis te verhogen. Dit wordt mogelijk gemaakt door de manier waarop de huid, de graten en het kraakbeen zijn gerangschikt. „Ik heb dit vertaald naar een aerodynamisch profiel,” legt hij uit. „We spreken van morphing, omdat we de kromming kunnen vergroten, en het is passief omdat er geen interne aandrijving is. Alleen de krachten van de wind die op het profiel worden uitgeoefend, veranderen de vorm ervan. Het is een mechanische reactie die de vorm verandert om de lift te vergroten.” Een kenmerk dat deze technologie onderscheidt van bestaande vleugelsystemen met een vast profiel of met kleppen om hun vorm te wijzigen.

Hoog aan de wind

Colombiès werkte eerder voor Airbus. Bij de incubator BizLab (tegenwoordig Airbus Scale), ontwikkelde hij zijn technologie. Er werden tests uitgevoerd bij het IRENav (Institut de Recherche et d’Etudes Navales) in Brest. Een passief morphing-profiel werd vergeleken met een klassiek profiel. Voor het passief morphing-profiel „hebben we in het laboratorium tot 53% extra lift gemeten bij kleine hoeken, zelfs bij minder dan 5 graden“ ten opzichte van de wind, legt Colombiès uit. Een interessante eigenschap voor schepen die tijdens het varen windsnelheid genereren en daardoor een schijnbare wind met smallere hoeken veroorzaken. Hij besloot daarom het avontuur aan te gaan en zelfstandig verder te gaan met zijn octrooien, die in Frankrijk, de Verenigde Staten en China zijn gedeponeerd.

Sinds de oprichting heeft het bedrijf, dat sinds 29 mei lid is van de vereniging Wind Ship, verschillende steunmaatregelen voor innovatie ontvangen. Ex Creatio werkt samen met ZELIN, dat gespecialiseerd is in uiterst nauwkeurige numerieke simulaties (aërodynamica, hydrodynamica, energetica, structuur) en dat routeplanningsoplossingen met een digitale tweeling aanbiedt voor windaangedreven koopvaardijschepen. „We voeren efficiëntieberekeningen uit voor een vleugel die op het dek van een schip is geplaatst, in een simulatie met een digitale tweeling op een echte handelsroute“, vertelt Colombiès.

Windassist sponsor

Eerste prototype

Tegelijkertijd werkt Ex Creatio aan een prototype van 8 m² die op een kleine recreatieve catamaran zal worden gemonteerd. Deze zal bestaan uit 3D-geprinte profielen van vervormbare polymeren, waarover een thermokrimpbaar membraan wordt gespannen, zoals die in de lichte luchtvaart worden gebruikt, om het gewenste aerodynamische profiel te verkrijgen. Deze eerste versie zal in augustus worden getest op een binnenwater, om het gedrag onder reële omstandigheden te valideren en de eerste vaarprestatiegegevens te verzamelen die als referentiebasis zullen dienen voor de toekomstige opschaling.

Voor de opschaling naar een koopvaardijschip gaat het om de assemblage van een gecertificeerde vleugel van 100 tot 300 m², met een verwachte terugverdientijd (ROI) van 5 jaar. Net als de meeste zeilvoortstuwingssystemen kan deze vleugel op talrijke schepen worden geïnstalleerd.

Bron: Gaël Cogné in Mer et Marine (alleen toegankelijk voor abonnees).
Beeld: Ex Creatio.

Windassist sponsor