Izrael Wygnanski je bil obseden s poletom že od otroštva. Amaterski pilot, prvič je solopel pri 16 letih. Zdaj pri skoraj 80 letih še vedno leti in ne kaže znakov ustavljanja. V svoji 50-letni karieri je Wygnanski, profesor za vesoljsko in strojno tehniko na univerzi v Arizoni, raziskoval, kako manipulirati zračni tok in turbulenco, da bi letala postala učinkovitejša.
Naslednje leto bo plod njegovega dela letel na Boeingovem testnem letalu, 757 ecoDemonstratorju. Projekt se osredotoča na glavni vir neučinkovitosti med letom: rep letala. Novi rep uporablja serijo 37 majhnih pomičnih zračnih enot, ki pomagajo pri krmiljenju pri nizkih hitrostih ali v primeru okvare motorja, ko je krmilo potrebno, da je zrakoplov na poti. Zasnova, preizkušena v partnerstvu z Boeingom, NASA in Caltech, bi lahko v naslednjih desetletjih privedla do manjših, lažjih repov in večje porabe goriva. Ekipa je oktobra od NASE prejela nagrado za skupinski dosežek.
Demonstracijski model, ki ste ga ustvarili, kaže, da so ravninski repi večji, kot morajo biti. Zakaj je tako?
Navpični rep je zelo velik; je v nekaterih primerih skoraj enako veliko krilo. V bistvu, če letalo skozi celoten življenjski cikel, recimo, 25 let, in nikoli ne izgubi motorja - to se zgodi, ker so motorji danes zelo zanesljivi - je v bistvu nosil ta velik navpični stabilizator skozi celo življenje brez pravega razloga. Pomislite na njegovo težo, na njen vlek. Kar precej prispeva k porabi goriva letala. Vedno se uporablja, do neke mere, vendar ne do celotnega potenciala. Če letalo ne izgubi motorja, rep ni kritična kontrolna površina.
V začetku letošnjega leta ste s preskusi v vetrovnici postavili rep v polni velikosti, opremljen s svojimi pustoškimi curki. Kako je šlo?
Prvotno je bilo v tem navpičnem repu nameščenih 37 [puhajočih curkov]. Izkazalo se je, da lahko celo en aktuator izboljša učinkovitost repa za skoraj 10 odstotkov. Površina tega enega aktuatorja, ena osmina kvadratnega palca, lahko vpliva na pretok skozi celotno krilo, ki je 370 kvadratnih metrov. To je bil neverjeten rezultat. Mislim, da bo preizkušen in dokazan let.
Koliko je torej lahko manjši rep letala?
Rezultati takoj kažejo, da ga lahko zmanjšamo za 30 odstotkov. To je bistveno. Če prihranite pri porabi goriva v višini enega odstotka, pomislite, kaj to pomeni v življenjski dobi letala. Celoten eksperiment je bil dokazati tehnologijo in stopiti v vrata, da se bo industrija zavedala, da obstaja potencial, ki ga nikoli niso uporabili. Z drugimi besedami, v orodni vrstici je orodje, ki lahko spremeni način načrtovanja letal.
Wygnanski je profesor za vesoljsko in strojništvo na univerzi v Arizoni. (Z dovoljenjem NASA) Torej, če naredite majhen preobrat v zračnem toku, lahko vplivate na rezultat, recimo, krmiljenja ali dviganja. Zdi se, da je preprost koncept. Kaj otežuje doseganje?
Ahilova peta v tej celotni težavi je bila zapletenost pogonov, ki omogočajo uravnavanje pretoka. Na začetku smo uporabljali elektromagnetne. Ljudje so uporabljali piezoelektrične. Bodisi so težke ali jih je težko vzdrževati. Potem je prišla še ena ideja o uporabi majhnega nihajskega aktuatorja, ki je naprava, ki potrebuje stisnjen zrak. Nima gibljivih delov in je v bistvu lahko vrezan v površino krila.
In ste že prej preizkusili ta koncept na drugih vrstah letal?
Ja. Začeli smo raziskovati nekatere relativno temeljne vzorce pretoka, kot je mešanje dveh zračnih tokov, kar lahko opazite v izpušnih motorjih. To je privedlo do večje in večje uporabe te ideje. Leta 2003 smo ga na primer preizkusili skupaj z Bell Helicopters in Boeingom na letalu, ki je bilo tehnološki demonstrator za V-22 Osprey. Kar smo predvideli v laboratoriju, je delovalo.
Gre za velik skok z V-22 na potniški jetliner. Kako ste prešli na komercialni let?
Mislili smo: "Kaj bi bila kontrolna površina, ki ni kritična za let?" Z drugimi besedami, če se kaj zgodi s to kontrolno površino, lahko letalo še vedno leti. Tipičen rep na komercialnem letalu je ena takih površin. Recimo, en motor na letalu ugasne. V tem primeru rep poskrbi, da bo letalo še vedno lahko letelo naravnost, kljub temu, da potisk ni več simetričen.
Ali se lahko sistem zračnih zrakoplovov uporablja na drugih mestih kot na repu?
O ja. Točno tako. [Ta demonstracija] je bila samo zato, da bi ljudi prepričala, da lahko nekaj poskusimo. To lahko naredi veliko za prihodnjo zasnovo letal. Krila lahko potegne naprej do hrbta, kar lahko poveča hitrost brez večjega povleka. Predstavljajte si, da preko Atlantika prečkate letalo, ki porabi enako količino goriva, vendar prihranite uro in pol leta. Razen pri Concordu smo že 50 let z enakimi hitrostmi.
Komercialne letalske družbe so konzervativne, z dobrim razlogom. Torej je stopnja sprejemanja novih tehnologij relativno počasna.
Zelo, zelo počasi. Če niste strokovnjak, danes gledate na letala in gledate na komercialna letala, ki so letela v poznih petdesetih letih, in težko bi videli kaj zelo drugačnega. Od brate Wright je minilo že več kot 100 let. V prvih 50 letih se je ogromno spremenilo, od letala Wright do leta 707. Od leta 707 do danes, da, izboljšanje aerodinamike je izboljšanje, vendar to ni zelo očitno. Danes letimo z enako hitrostjo, kot smo letali leta 1960. Obstaja učinkovitost porabe goriva in tako naprej, toda v bistvu ljudje pravijo: „No, letalstvo je znanost o sončnem zahodu. Ne vidimo več ničesar novega. "
In tukaj verjamete, da imate nekaj novega?
Verjamem, da to počnemo.
