Israel Wygnanski a fost obsedat de zbor din copilărie. Pilot amator, el a solo pentru prima dată la 16 ani. Acum, la aproape 80 de ani, el încă zboară și nu arată semne de oprire. De-a lungul carierei sale de peste 50 de ani, Wygnanski, profesor de inginerie aerospațială și mecanică la Universitatea din Arizona, a studiat cum să manipuleze fluxul de aer și turbulențele pentru a face avioanele mai eficiente.
Anul viitor, fructele muncii sale vor zbura pe avionul de testare al lui Boeing, 757 ecoDemonstrator. Proiectul se concentrează pe o sursă majoră de ineficiență în zbor: coada avionului. Noua coadă folosește o serie de 37 de aeronave mici de măturat care ajută la controlul direcției la viteze mici sau în cazul unei defecțiuni a motorului, atunci când este necesară o cârme pentru a menține aeronava în curs. Proiectarea, testată în parteneriat cu Boeing, NASA și Caltech, ar putea duce la cozi mai mici, mai ușoare și mai multă eficiență a combustibilului în următoarele decenii. Echipa a primit un premiu de realizare a grupului de la NASA în octombrie.
Modelul demonstrativ pe care l-ați creat arată că cozile de avion sunt mai mari decât trebuie. De ce este asta?
Coada verticală este foarte mare; este aproape, în unele cazuri, la fel de mare ca jumătate de aripă. În esență, dacă un avion parcurge întregul său ciclu de viață, să zicem, 25 de ani și nu pierde niciodată un motor - așa se întâmplă, pentru că motoarele sunt foarte fiabile în ziua de azi -, în esență, a transportat acest mare stabilizator vertical de-a lungul vieții, fără un motiv întemeiat. Gândiți-vă la greutatea, la atracția sa. Contribuie destul de mult la consumul de combustibil al avionului. Este întotdeauna folosit, într-o oarecare măsură, dar nu la întregul său potențial. Dacă un avion nu pierde un motor, coada nu este o suprafață critică de control.
La începutul acestui an, ați pus o coadă de dimensiuni complete, echipată cu jeturile de măturare, prin teste la tunelul vântului. Cum a mers?
Inițial, erau 37 de actuatoare [cu jet de mătura] încorporate în această coadă verticală. S-a dovedit că chiar și un actuator poate îmbunătăți eficiența cozii cu aproape 10 la sută. Zona acestui jet de actuator, o optime de un centimetru pătrat, poate afecta curgerea pe toată aripa, care este de 370 de metri pătrați. Acesta a fost un rezultat uimitor. Cred că va fi testat și dovedit în zbor.
Deci, cât de mic poate fi o coadă de avion?
Rezultatele arată imediat că îl putem micșora cu 30 la sută. Este substanțial. Dacă economisiți consumul de combustibil de ordinul unu la sută, gândiți-vă la ce înseamnă pentru viața unui avion. Întregul experiment de aici a fost acela de a demonstra o tehnologie și de a pune piciorul în ușă, astfel încât industria să fie conștientă că există un potențial aici pe care nu l-au folosit niciodată. Cu alte cuvinte, în caseta de instrumente există un instrument care poate schimba modul în care sunt proiectate avioanele.
Wygnanski este profesor de inginerie aerospațială și mecanică la Universitatea din Arizona. (Curtoazie NASA) Deci, făcând un mic reglaj în fluxul de aer, puteți afecta rezultatul, să zicem, direcție sau ridicare. Pare un concept simplu. Ce face atât de dificilă realizarea acesteia?
Călcâiul lui Ahile în toată această problemă a fost complexitatea actuatoarelor care asigură controlul debitului. Inițial am folosit cele electromagnetice. Oamenii au folosit cele piezoelectrice. Fie sunt grele, fie greu de întreținut. Apoi a venit această altă idee de a folosi un actuator mic cu jet oscilant, care este un dispozitiv care are nevoie de aer comprimat. Nu are părți în mișcare și poate fi, în esență, gravat pe suprafața aripii.
Și ați testat anterior acest concept pe alte tipuri de avioane?
Da. Am început să investigăm unele modele de flux relativ fundamentale, cum ar fi amestecarea a două fluxuri de aer, ceea ce puteți vedea în evacuarea motoarelor cu jet. Asta a dus la aplicații din ce în ce mai mari. De exemplu, în 2003, l-am testat împreună cu Bell Helicopters și Boeing, într-un avion care a fost demonstratorul tehnologic pentru V-22 Osprey. Ceea ce am prezis în laborator a funcționat.
Este un salt mare de la un V-22 la un jetliner de pasageri. Cum ai făcut tranziția în zbor comercial?
Ne-am gândit: „Care ar fi o suprafață de control care nu este critică pentru zbor?” Cu alte cuvinte, dacă se întâmplă ceva cu acea suprafață de control, avionul mai poate zbura. O coadă tipică dintr-un avion comercial este o astfel de suprafață. Să zicem, un motor dintr-un avion renunță. În acest caz, coada se asigură că avionul va mai putea zbura drept, în ciuda faptului că traiectul nu mai este simetric.
Ar putea fi folosit sistemul de aeriene în alte locuri decât coada?
Oh da. Exact. [Această demonstrație] a fost doar pentru a convinge oamenii că este ceva ce putem încerca. Poate face multe pentru proiectarea viitoare a avioanelor. Poate mătura aripile mai departe spre spate și poate crește viteza fără o creștere a tragerii. Imaginați-vă că traversați Atlanticul cu un avion care consumă aceeași cantitate de combustibil, dar economisiți o oră și jumătate de zbor. Cu excepția Concordului, am fost blocați cu aceleași viteze de 50 de ani.
Companiile comerciale de avioane sunt conservatoare, cu un motiv întemeiat. Deci rata de adoptare a noilor tehnologii este relativ lentă.
Foarte, foarte lent. Dacă nu ești un expert, te uiți la avioane astăzi și te uiți la avioanele cu jet comercial care au zburat la sfârșitul anilor '50 și ai fi greu să vezi ceva foarte diferit. Au trecut mai bine de 100 de ani de la frații Wright. În primii 50 de ani, a fost o schimbare extraordinară, de la Wright Flyer la 707. Din 707 până astăzi, da, există o îmbunătățire în ceea ce privește aerodinamica, dar nu este foarte evident. Astăzi, zburăm aceeași viteză în care zburam în 1960. Există eficiență în materie de combustibil și așa mai departe, dar, în fond, oamenii spun: „Ei bine, aeronautica este o știință a apusului. Nu mai vedem nimic nou. '
Și aici, credeți că aveți ceva nou?
Cred că așa facem.
