Israel Wygnanski har vært besatt av flukt siden barndommen. En amatørpilot, han solo først i en alder av 16. Nå på nesten 80 flyr han fremdeles og viser ingen tegn til stopp. I løpet av sin karriere på mer enn 50 år har Wygnanski, professor i romfart og maskinteknikk ved University of Arizona, studert hvordan man kan manipulere luftstrøm og turbulens for å gjøre flyene mer effektive.
Neste år vil frukten av arbeidet hans fly på Boeings testfly, 757 ecoDemonstrator. Prosjektet fokuserer på en viktig kilde til ineffektivitet under flyging: flyets hale. Den nye halen bruker en serie på 37 små sveipende luftstråler som hjelper til med å kontrollere styring i lave hastigheter eller i tilfelle motorfeil, når en ror er nødvendig for å holde flyet på kurs. Designet, testet i samarbeid med Boeing, NASA og Caltech, kan føre til mindre, lettere haler og mer drivstoffeffektivitet de kommende tiårene. Teamet mottok en Group Achievement Award fra NASA i oktober.
Demonstrasjonsmodellen du har laget, viser at flyhaler er større enn de trenger å være. Hvorfor det?
Den vertikale halen er veldig stor; det er nesten i noen tilfeller så stor som en halv vinge. I hovedsak, hvis et fly går gjennom hele livssyklusen, si 25 år, og aldri mister en motor - det skjer fordi motorer er veldig pålitelige i dag - bar det i hovedsak denne store vertikale stabilisatoren gjennom hele livet uten god grunn. Tenk på dens vekt, drag. Det bidrar ganske mye til drivstofforbruket til flyet. Den brukes alltid til en viss grad, men ikke til hele potensialet. Hvis et fly ikke mister en motor, er ikke halen en kritisk kontrollflate.
Tidligere i år satte du en hale i full størrelse utstyrt med feiende jetfly gjennom vindtunneltester. Hvordan gikk det?
Opprinnelig var det 37 [feiende jet] aktuatorer innebygd i denne vertikale halen. Det viste seg at til og med en aktuator kunne forbedre effektiviteten til halen med nesten 10 prosent. Området til denne ene aktuatorjeten, en åttedeledel av en kvadrat tomme, kan påvirke flyten over hele vingen, som er 370 kvadratfot. Det var et fantastisk resultat. Jeg tror det vil bli testet og flyprøvd.
Så hvor mye mindre kan en flyhale være?
Resultatene viser med en gang at vi kan krympe den med 30 prosent. Det er betydelig. Hvis du sparer på drivstofforbruk i størrelsesorden en prosent, tenk på hva det vil si i løpet av et fly. Hele eksperimentet her var å bevise en teknologi og å få foten inn døren, slik at industrien vil være klar over at det er et potensial her som de aldri brukte. Med andre ord, det er et verktøy i verktøykassen som kan endre måten flyene er designet på.
Wygnanski er professor i romfart og maskinteknikk ved University of Arizona. (Høflighet NASA) Så ved å lage en liten finjustering i luftstrømmen, kan du påvirke resultatet av, si, styring eller løft. Det virker som et enkelt konsept. Hva er det som gjør det så vanskelig å oppnå det?
Achilleshælen i hele dette problemet var kompleksiteten til aktuatorene som gir strømningskontrollen. Vi brukte opprinnelig elektromagnetiske. Folk har brukt piezoelektriske. Enten er de tunge eller vanskelige å vedlikeholde. Så kom denne andre ideen om å bruke en liten oscillerende jet-aktuator, som er en enhet som trenger trykkluft. Den har ikke bevegelige deler, og den kan essensielt sett etses i overflaten av vingen.
Og du har tidligere testet dette konseptet på andre typer fly?
Yeah. Vi begynte å undersøke noen relativt grunnleggende flytmønstre, som blanding av to luftstrømmer, noe som er noe du kan se i eksosen fra jetmotorer. Det førte til større og større anvendelser av den ideen. I 2003 testet vi det for eksempel sammen med Bell Helicopters og Boeing, på et fly som var teknologidemonstrant for V-22 Osprey. Det vi spådde på laboratoriet fungerte.
Det er et stort hopp fra en V-22 til en passasjerjetfly. Hvordan gikk du over til kommersiell flytur?
Vi tenkte: 'Hva ville være en kontrollflate som ikke er flykritisk?' Med andre ord, hvis noe skjer med den kontrollflaten, kan flyet fremdeles fly. En typisk hale på et kommersielt fly er en slik overflate. La oss si at en motor på et fly slutter. I så fall sørger halen for at flyet fremdeles vil kunne fly rett, til tross for at skyvekraften ikke lenger er symmetrisk.
Kan systemet med luftstråler brukes andre steder enn halen?
Å, ja. Nøyaktig. [Denne demonstrasjonen] var bare for å overbevise folk om at det er noe vi kan prøve. Det kan gjøre mye for den fremtidige utformingen av fly. Den kan muligens feie vingene lenger bak, og det kan øke hastigheten uten økning i dra. Se for deg at du krysser Atlanterhavet med et fly som bruker samme mengde drivstoff, men du sparer halvannen times flytur. Bortsett fra Concord, har vi holdt oss fast med de samme hastighetene i 50 år.
Kommersielle flyselskaper er konservative, med god grunn. Så hastigheten som nye teknologier blir tatt i bruk er relativt langsom.
Veldig, veldig treg. Hvis du ikke er en ekspert, ser du på flyene i dag og ser på de kommersielle jetflyene som fløy på slutten av 1950-tallet, og du vil være hardt presset på å se noe veldig annerledes. Det har gått mer enn 100 år siden Wright Brothers. I de første 50 årene skjedde det enorm forandring, fra Wright Flyer til 707. Fra 707 til i dag, ja, det er en forbedring når det gjelder aerodynamikk, men det er ikke så veldig opplagt. I dag flyr vi med samme hastighet som vi flyr i 1960. Det er drivstoffeffektivitet, og så videre, men grunnleggende sier folk: 'Vel, luftfart er en solnedgangsvitenskap. Vi ser ikke noe nytt lenger.
Og her, tror du at du har noe nytt?
Det har jeg tro på.
