Israel Wygnanski har været besat af flugt siden sin barndom. En amatørpilot, han først soloede i en alder af 16. Nu på næsten 80 flyver han stadig og viser ingen tegn på stop. I løbet af sin 50-årige karriere har Wygnanski, professor i rumfart og maskinteknik ved University of Arizona, undersøgt, hvordan man kan manipulere luftstrøm og turbulens for at gøre flyene mere effektive.
Næste år vil frugten af hans arbejde flyve på Boeings testplan, 757 ecoDemonstrator. Projektet fokuserer på en vigtig kilde til ineffektiv in-flight: flyets hale. Den nye hale beskæftiger sig med en serie på 37 små fejede luftstråler, der hjælper med at kontrollere styring i lave hastigheder eller i tilfælde af en motorfejl, når et ror er nødvendigt for at holde flyet på kursus. Designet, testet i samarbejde med Boeing, NASA og Caltech, kunne føre til mindre, lettere haler og mere brændstofeffektivitet i de kommende årtier. Holdet modtog en Group Achievement Award fra NASA i oktober.
Den demonstrationsmodel, du har oprettet, viser, at plane haler er større, end de har brug for. Hvorfor det?
Den lodrette hale er meget stor; det er næsten, i nogle tilfælde så stor som en halv vinge. I det væsentlige, hvis et fly gennem hele sin livscyklus, siger 25 år, og aldrig mister en motor - det sker, fordi motorer er meget pålidelige i dag - bærer det i det væsentlige denne store lodrette stabilisator i hele sin levetid uden nogen god grund. Tænk på dens vægt, dens træk. Det bidrager ganske meget til flyets brændstofforbrug. Det bruges altid til en vis grad, men ikke til dets fulde potentiale. Hvis et fly ikke mister en motor, er halen ikke en kritisk kontroloverflade.
Tidligere i år lægger du en hale i fuld størrelse udstyret med dine fejende jetfly gennem testtunneler. Hvordan gik det?
Oprindeligt var der 37 [fejende jet] aktuatorer indlejret i denne lodrette hale. Det viste sig, at selv en aktuator kunne forbedre halens effektivitet med næsten 10 procent. Området med denne ene aktuatorstråle, en åttedel af en kvadrat tomme, kan påvirke strømmen over hele vingen, som er 370 kvadratfod. Det var et fantastisk resultat. Jeg tror, det vil blive testet og flyvetestet.
Så hvor meget mindre kan en flyhale være?
Resultaterne viser med det samme, at vi kan skrumpe den ned med 30 procent. Det er væsentligt. Hvis du sparer på brændstofforbrug i størrelsesordenen en procent, skal du tænke på, hvad det betyder i løbet af et fly. Hele eksperimentet her var at bevise en teknologi og få vores fod i døren, så industrien vil være opmærksom på, at der er et potentiale her, som de aldrig har brugt. Der er med andre ord et værktøj i værktøjskassen, der kan ændre, hvordan flyene er designet.
Wygnanski er professor i rumfart og maskinteknik ved University of Arizona. (Høflighed NASA) Så ved at lave en lille finjustering i luftstrømmen kan du påvirke resultatet af, siger, styring eller løft. Det virker som et simpelt koncept. Hvad gør det så svært at opnå det?
Achilleshælen i hele dette problem var kompleksiteten af aktuatorerne, der giver strømningskontrollen. Vi brugte oprindeligt elektromagnetiske. Folk har brugt piezoelektriske. Enten er de tunge eller svære at vedligeholde. Så kom denne anden idé om at bruge en lille oscillerende jet-aktuator, som er en enhed, der har brug for komprimeret luft. Det har ingen bevægelige dele, og det kan i det væsentlige ætses i overfladen af vingen.
Og du har tidligere testet dette koncept på andre typer fly?
Ja. Vi begyndte at undersøge nogle relativt grundlæggende strømningsmønstre, såsom blanding af to luftstrømme, hvilket er noget, du kan se i udstødningen af jetmotorer. Det førte til større og større anvendelser af denne idé. For eksempel testede vi det i 2003 sammen med Bell Helicopters og Boeing på et fly, der var teknologidemonstrator for V-22 Osprey. Det, vi forudsagde i laboratoriet, virkede.
Det er et stort spring fra en V-22 til en passagerflyfly. Hvordan overgik du til kommerciel flyvning?
Vi tænkte, 'Hvad ville være en kontroloverflade, der ikke er flyvningskritisk?' Med andre ord, hvis der sker noget med den kontroloverflade, kan flyet stadig flyve. En typisk hale på et kommercielt fly er en sådan overflade. Lad os sige, en motor på et fly afslutter. I så fald sørger halen for, at flyet stadig vil være i stand til at flyve lige på trods af, at skyvekraften ikke længere er symmetrisk.
Kunne systemet med luftstråler bruges andre steder end halen?
Oh yeah. Nemlig. [Denne demonstration] var bare for at overbevise folk om, at det er noget, vi kan prøve. Det kan gøre meget for den fremtidige design af fly. Det kan muligvis feje vingerne længere bagpå, og det kan øge hastigheden uden en stigning i træk. Forestil dig, at du krydser Atlanterhavet med et fly, der bruger samme mængde brændstof, men du sparer en og en halv times flyvning. Bortset fra Concord har vi været fast med de samme hastigheder i 50 år.
Kommercielle flyselskaber er konservative med god grund. Så den hastighed, hvorpå nye teknologier anvendes, er relativt langsom.
Meget, meget langsomt. Hvis du ikke er en ekspert, ser du på flyene i dag, og du ser på de kommercielle jetfly, der fløj i slutningen af 1950'erne, og du ville være hårdt presset for at se noget meget anderledes. Det er mere end 100 år siden Wright Brothers. I de første 50 år skete der en enorm ændring fra Wright Flyer til 707. Fra 707 til i dag, ja, der er en forbedring med hensyn til aerodynamik, men det er ikke meget åbenlyst. I dag flyver vi med den samme hastighed, som vi flyver i 1960. Der er brændstofeffektivitet og så videre, men grundlæggende siger folk: 'Nå, luftfart er en solnedgangsvidenskab. Vi ser ikke noget nyt mere. '
Og her, tror du, at du har noget nyt?
Jeg tror, at vi gør det.
