Israel Wygnanski on pakkomielle lennosta lapsuudestaan asti. Amatöörilentäjä, hän ensin sooloi 16-vuotiaana. Nyt lähes 80-vuotiaana hän lentää edelleen eikä hänellä ole merkkejä pysähtymisestä. 50-vuotisen uransa aikana arizonan yliopiston ilmailu- ja konetekniikan professori Wygnanski on tutkinut, miten manipuloida ilmavirtaa ja turbulenssia lentokoneiden tehostamiseksi.
Ensi vuonna hänen työnsä hedelmät lentävät Boeingin koelennolla, 757 ecoDemonstratorilla. Hankkeessa keskitytään lennon tehottomuuden pääasialliseen lähteeseen: lentokoneen häntään. Uudessa pyrstössä on sarja 37 pientä pyyhkäisyilmapiiriä, jotka auttavat ohjaamaan ohjausta alhaisilla nopeuksilla tai moottorivaurion sattuessa, kun peräsin on tarpeen ilma-aluksen pitämiseksi kurssilla. Yhteistyössä Boeingin, NASA: n ja Caltechin kanssa testattu muotoilu voi johtaa pienempiin, kevyempiin pyrstöihin ja lisää polttoainetaloudellisuutta tulevina vuosikymmeninä. Ryhmä sai NASA: n Group Achievement Award -palkinnon lokakuussa.
Luomasi esittelymalli osoittaa, että lentokoneiden pyrstöt ovat suurempia kuin niiden on oltava. Miksi niin?
Pystypää on erittäin suuri; se on joissain tapauksissa melkein yhtä suuri kuin puoli siipiä. Pohjimmiltaan, jos lentokone käy läpi koko elinkaarensa, esimerkiksi 25 vuotta, eikä koskaan menetä moottoria - niin tapahtuu, koska moottorit ovat nykyään erittäin luotettavia - se käytännössä kantoi tätä suurta pystysuoraa vakauttajaa koko käyttöiänsä ilman syytä. Ajattele sen painoa, vetoa. Se vaikuttaa melko paljon lentokoneen polttoaineenkulutukseen. Sitä käytetään aina, jossain määrin, mutta ei koko potentiaaliinsa. Jos lentokone ei menetä moottoria, häntä ei ole kriittinen ohjauspinta.
Aiemmin tänä vuonna laitit täysikokoisen pyrstön, joka on varustettu pyyhkäisysuihkulla tuuletunneli-kokeiden avulla. Miten se meni?
Alun perin tähän pystysuoraan pyrstöön oli upotettu 37 [lakaistavan suihkun] toimilaitetta. Kävi ilmi, että jopa yksi toimilaite voisi parantaa hännän tehokkuutta lähes 10 prosentilla. Tämän yhden toimilaitteen suihkun pinta-ala, joka on kahdeksasosa neliötuumasta, voi vaikuttaa virtaukseen koko siipissä, joka on 370 neliömetriä. Se oli uskomaton tulos. Uskon, että se testataan ja lento todistetaan.
Joten kuinka paljon pienempi lentokoneen hännä voi olla?
Tulokset osoittavat heti, että voimme kutistaa sitä 30 prosentilla. Se on huomattavaa. Jos säästät polttoaineenkulutuksessa yhden prosentin luokkaa, mieti, mitä se tarkoittaa lentokoneen käyttöiän aikana. Koko kokeilu oli osoittaa tekniikka ja saada jalka ovelle, jotta teollisuus tietäisi, että täällä on potentiaalia, jota he eivät koskaan käyttäneet. Toisin sanoen työkalulaatikossa on työkalu, joka voi muuttaa lentokoneiden suunnittelutapaa.
Wygnanski on ilmailu- ja konetekniikan professori Arizonan yliopistossa. (Kohteliaisuus NASA) Joten tekemällä pienen säädön ilmavirtaan, pystyt vaikuttamaan esimerkiksi ohjaamisen tai nostamisen lopputulokseen. Se näyttää yksinkertaiselta käsitteeltä. Mikä tekee siitä saavuttamisen niin vaikeaa?
Akilles-kantapää tässä koko ongelmassa oli virtauksen ohjauksen tarjoavien toimilaitteiden monimutkaisuus. Alun perin käytimme sähkömagneettisia. Ihmiset ovat käyttäneet pietsosähköisiä. Joko ne ovat raskaita tai vaikeasti ylläpidettäviä. Sitten tuli tämä toinen idea pienen värähtelevän suihkukäyttöisen toimilaitteen käytöstä, joka on paineilmaa tarvitseva laite. Siinä ei ole liikkuvia osia, ja se voidaan pääosin syövyttää siipien pintaan.
Ja olet aiemmin testannut tätä konseptia muun tyyppisissä lentokoneissa?
Joo. Aloimme tutkia joitain suhteellisen perustavanlaatuisia virtausmalleja, kuten kahden ilmavirran sekoittumista, mikä on jotain, mitä voit nähdä suihkumoottorien pakokaasuissa. Se johti idean laajempiin ja suurempiin sovelluksiin. Esimerkiksi vuonna 2003 testasimme sitä yhdessä Bell Helicoptersin ja Boeingin kanssa lentokoneella, joka oli tekniikan esittely V-22 Osprey -laitteelle. Se mitä ennustimme laboratoriossa, toimi.
Se on iso hyppy V-22: stä matkustajalentokoneeseen. Kuinka siirtyit kaupalliseen lentoon?
Ajattelimme: "Mikä olisi ohjauspinta, joka ei ole lentokriittinen?" Toisin sanoen, jos kyseiselle ohjauspinnalle tapahtuu jotain, lentokone voi silti lentää. Tyypillinen häntä kaupallisessa lentokoneessa on yksi tällainen pinta. Oletetaan, että yksi lentokoneessa oleva moottori sulkeutuu. Tällöin häntä varmistaa, että kone pystyy silti lentämään suoraan, huolimatta siitä, että työntövoima ei ole enää symmetrinen.
Voisiko airjets-järjestelmää käyttää muissa paikoissa kuin häntä?
Todellakin. Tarkalleen. [Tämä mielenosoitus] oli vain vakuuttaa ihmiset siitä, että voimme kokeilla. Se voi tehdä paljon lentokoneiden tulevalle suunnittelulle. Se voi mahdollisesti pyyhkäistä siipiä edelleen taaksepäin, ja se voi lisätä nopeutta lisäämättä vetoa. Kuvittele, että ylität Atlantin lentokoneella, joka kuluttaa saman määrän polttoainetta, mutta säästät puolitoista tuntia lentoa. Paitsi Concord, olemme olleet kiinni samalla nopeudella 50 vuotta.
Kaupalliset lentokoneyhtiöt ovat konservatiivisia, hyvistä syistä. Joten nopeus, jolla uutta tekniikkaa otetaan käyttöön, on suhteellisen hidas.
Hyvin, hyvin hitaasti. Jos et ole asiantuntija, katsot tänään lentokoneita ja kaupallisia suihkukoneita, jotka lentävät 1950-luvun lopulla, ja sinut kova painos nähdä jotain aivan muuta. Wright Brothersista on kulunut yli 100 vuotta. Ensimmäisen 50 vuoden aikana tapahtui valtava muutos, Wright Flyeristä 707: een. 707: sta nykypäivään, kyllä, on aerodynamiikan parannus, mutta se ei ole kovin ilmeinen. Nykyään lentää samalla nopeudella kuin vuonna 1960. Siellä on polttoainetaloudellisuutta ja niin edelleen, mutta pohjimmiltaan ihmiset sanovat: 'No, ilmailu on auringonlaskun tiede. Emme näe enää mitään uutta. '
Ja uskot täällä, että sinulla on jotain uutta?
Uskon, että teemme niin.
