Israel Wygnański od dzieciństwa miał obsesję na punkcie lotów. Pilot amator, najpierw grał solo w wieku 16 lat. Teraz, mając prawie 80 lat, wciąż lata i nie wykazuje żadnych oznak zatrzymania. W ciągu ponad 50-letniej kariery Wygnański, profesor lotnictwa i inżynierii mechanicznej na University of Arizona, studiował, jak manipulować przepływem powietrza i turbulencjami, aby zwiększyć wydajność samolotów.
W przyszłym roku owoce jego pracy polecą na samolot testowy Boeinga, 757 ecoDemonstrator. Projekt koncentruje się na głównym źródle nieefektywności lotu: ogonie samolotu. W nowym ogonie zastosowano serię 37 małych zamiatających dysz powietrznych, które pomagają kontrolować układ kierowniczy przy niskich prędkościach lub w przypadku awarii silnika, gdy wymagany jest ster, aby utrzymać samolot na kursie. Projekt przetestowany we współpracy z Boeingiem, NASA i Caltech, może doprowadzić do mniejszych, lżejszych ogonów i większej oszczędności paliwa w nadchodzących dziesięcioleciach. Zespół otrzymał od NASA nagrodę za osiągnięcia grupowe w październiku.
Utworzony przez ciebie model demonstracyjny pokazuje, że ogony samolotu są większe niż powinny. Dlaczego?
Pionowy ogon jest bardzo duży; w niektórych przypadkach jest prawie pół skrzydła. Zasadniczo, jeśli samolot przechodzi przez cały cykl życia, powiedzmy 25 lat, i nigdy nie traci silnika - dzieje się tak, ponieważ silniki są dziś bardzo niezawodne - w zasadzie nosił ten duży stabilizator pionowy przez cały okres swojego życia bez uzasadnionego powodu. Pomyśl o jego wadze i oporze. W znacznym stopniu przyczynia się do zużycia paliwa przez samolot. Zawsze jest do pewnego stopnia wykorzystywany, ale nie do końca. Jeśli samolot nie straci silnika, ogon nie jest krytyczną powierzchnią kontrolną.
Na początku tego roku umieściłeś pełnowymiarowy ogon wyposażony w swoje zamiatające dysze podczas testów w tunelu aerodynamicznym. Jak poszło?
Pierwotnie w tym pionowym ogonie było 37 siłowników [zmiatających]. Okazało się, że nawet jeden siłownik może poprawić efektywność ogona o prawie 10 procent. Powierzchnia tego jednego strumienia siłownika, jednej ósmej cala kwadratowego, może wpływać na przepływ przez całe skrzydło, które ma 370 stóp kwadratowych. To był niesamowity wynik. Myślę, że zostanie przetestowany i sprawdzony w locie.
Więc o ile mniejszy może być ogon samolotu?
Wyniki pokazują od razu, że możemy go zmniejszyć o 30 procent. To spore. Jeśli zaoszczędzisz na zużyciu paliwa rzędu jednego procenta, zastanów się, co to oznacza w ciągu życia samolotu. Cały eksperyment tutaj miał na celu udowodnienie technologii i postawienie stopy na progu, aby przemysł zdawał sobie sprawę, że istnieje tutaj potencjał, którego nigdy nie wykorzystali. Innymi słowy, w przyborniku znajduje się narzędzie, które może zmienić sposób projektowania samolotów.
Wygnański jest profesorem lotnictwa i inżynierii mechanicznej na University of Arizona. (Dzięki uprzejmości NASA) Tak więc, dokonując niewielkiej zmiany w przepływie powietrza, możesz wpłynąć na wynik, powiedzmy, sterowania lub podnoszenia. Wydaje się, że to prosta koncepcja. Co sprawia, że osiągnięcie tego jest tak trudne?
Piętą achillesową w całym tym problemie była złożoność siłowników, które zapewniają kontrolę przepływu. Początkowo używaliśmy elektromagnetycznych. Ludzie używali piezoelektrycznych. Są ciężkie lub trudne w utrzymaniu. Potem przyszedł inny pomysł zastosowania małego oscylacyjnego siłownika strumieniowego, który jest urządzeniem wymagającym sprężonego powietrza. Nie ma żadnych ruchomych części i można go zasadniczo wytrawić na powierzchni skrzydła.
A wcześniej przetestowałeś tę koncepcję na innych typach samolotów?
Tak. Zaczęliśmy badać niektóre stosunkowo podstawowe wzorce przepływu, takie jak mieszanie dwóch strumieni powietrza, co można zobaczyć w spalinach silników odrzutowych. Doprowadziło to do coraz większych zastosowań tego pomysłu. Na przykład w 2003 roku przetestowaliśmy go razem z Bell Helicopters i Boeing na samolocie, który był demonstratorem technologii dla V-22 Osprey. To, co przewidzieliśmy w laboratorium, zadziałało.
To duży skok z V-22 na pasażerski odrzutowiec. Jak przeszedłeś na lot komercyjny?
Pomyśleliśmy: „Jaka byłaby powierzchnia kontrolna, która nie jest krytyczna dla lotu?” Innymi słowy, jeśli coś stanie się z tą powierzchnią kontrolną, samolot może nadal latać. Typowym ogonem w samolocie komercyjnym jest jedna z takich powierzchni. Powiedzmy, że jeden silnik w samolocie jest wyłączony. W takim przypadku ogon zapewnia, że samolot nadal będzie mógł latać prosto, mimo że ciąg nie jest już symetryczny.
Czy system airjets można zastosować w miejscach innych niż ogon?
O tak. Dokładnie. [Ta demonstracja] miała na celu przekonanie ludzi, że możemy spróbować. To może wiele zdziałać dla przyszłego projektowania samolotów. Może ewentualnie zamiatać skrzydła do tyłu, co może zwiększyć prędkość bez zwiększania oporu. Wyobraź sobie, że przekraczasz Atlantyk samolotem, który zużywa taką samą ilość paliwa, ale oszczędzasz półtorej godziny lotu. Z wyjątkiem Concord, utknęliśmy z tymi samymi prędkościami przez 50 lat.
Komercyjne linie lotnicze są konserwatywne, nie bez powodu. Tak więc tempo przyjmowania nowych technologii jest stosunkowo wolne.
Bardzo, bardzo powoli. Jeśli nie jesteś ekspertem, patrzysz dzisiaj na samoloty i komercyjne samoloty odrzutowe, które latały pod koniec lat 50. XX wieku, i ciężko byłoby ci zobaczyć coś zupełnie innego. Minęło ponad 100 lat od Braci Wright. W ciągu pierwszych 50 lat nastąpiła ogromna zmiana, z Wright Flyer na 707. Od 707 do dziś tak, poprawa aerodynamiki, ale nie jest to bardzo oczywiste. Dzisiaj lecimy z taką samą prędkością, jak my lataliśmy w 1960 roku. Jest oszczędność paliwa i tak dalej, ale zasadniczo ludzie mówią: „Cóż, aeronautyka to nauka o zachodzie słońca. Nie widzimy już nic nowego.
A tutaj wierzysz, że masz coś nowego?
Wierzę, że tak.
