Исраэль Вигнански был одержим полетом с детства. Пилот-любитель, он впервые соло в возрасте 16 лет. Сейчас, когда ему почти 80, он все еще летает и не показывает никаких признаков остановки. В течение своей более чем 50-летней карьеры Выгнански, профессор аэрокосмической и машиностроительной техники в Университете Аризоны, изучал, как управлять воздушным потоком и турбулентностью, чтобы повысить эффективность самолетов.
В следующем году плод его работы полетит на испытательном самолете Боинга, 757 ecoDemonstrator. Проект ориентирован на основной источник неэффективности в полете: хвост самолета. Новый хвост использует серию из 37 маленьких широких воздушных струй, которые помогают контролировать рулевое управление на низких скоростях или в случае отказа двигателя, когда руль необходим для поддержания курса самолета. Конструкция, протестированная в сотрудничестве с Boeing, NASA и Caltech, может привести к меньшим, более легким хвостам и большей топливной эффективности в ближайшие десятилетия. В октябре команда получила награду за достижения группы от НАСА.
Созданная вами демонстрационная модель показывает, что плоские хвосты больше, чем должны быть. Это почему?
Вертикальный хвост очень большой; в некоторых случаях она почти равна половине крыла. По сути, если самолет проходит весь свой жизненный цикл, скажем, 25 лет, и никогда не теряет двигатель - что происходит, потому что двигатели сегодня очень надежны - он, по сути, носил этот большой вертикальный стабилизатор на протяжении всей своей жизни без веской причины. Подумайте о его весе, его сопротивлении. Это значительно способствует расходу топлива самолета. Он всегда используется, в некоторой степени, но не весь свой потенциал. Если самолет не потеряет двигатель, хвост не является критической контрольной поверхностью.
Ранее в этом году вы прошли тестирование в аэродинамической трубе для полноразмерного хвоста, оснащенного широкими струями. Как прошло?
Первоначально в этот вертикальный хвост было встроено 37 приводов с подметающей струей. Оказалось, что даже один привод мог повысить эффективность хвоста почти на 10 процентов. Площадь этой струи одного привода, одна восьмая квадратного дюйма, может влиять на обтекание всего крыла, которое составляет 370 квадратных футов. Это был потрясающий результат. Я думаю, что это будет проверено и доказано в полете.
Итак, насколько меньшим может быть хвост самолета?
Результаты сразу показывают, что мы можем сократить его на 30 процентов. Это существенно. Если вы экономите на расходе топлива порядка одного процента, подумайте о том, что это значит для жизни самолета. Весь этот эксперимент заключался в том, чтобы доказать технологию и поставить нашу ногу в дверь, чтобы отрасль осознала, что здесь есть потенциал, который они никогда не использовали. Другими словами, в наборе инструментов есть инструмент, который может изменить дизайн самолетов.
Выгнански - профессор аэрокосмического и машиностроения в Университете Аризоны. (Предоставлено НАСА) Таким образом, внося небольшую поправку в поток воздуха, вы можете повлиять на результат, скажем, рулевого управления или подъема. Это похоже на простую концепцию. Что делает достижение этого настолько трудным?
Ахиллесовой пятой во всей этой проблеме была сложность приводов, обеспечивающих управление потоком. Мы изначально использовали электромагнитные. Люди использовали пьезоэлектрические. Либо они тяжелые, либо их трудно поддерживать. Затем возникла другая идея использования небольшого колебательного струйного привода, который является устройством, которому требуется сжатый воздух. У него нет движущихся частей, и он, по сути, может быть выгравирован на поверхности крыла.
А вы ранее проверяли эту концепцию на других типах самолетов?
Да уж. Мы начали исследовать некоторые относительно фундаментальные модели потока, такие как смешивание двух воздушных потоков, что вы можете увидеть в выхлопе реактивных двигателей. Это привело к более широкому применению этой идеи. Например, в 2003 году мы проверили его вместе с Bell Helicopters и Boeing на самолете, который был демонстратором технологий для V-22 Osprey. То, что мы предсказали в лаборатории, сработало.
Это большой прыжок с V-22 на пассажирский лайнер. Как вы перешли в коммерческий рейс?
Мы подумали: «Какая контрольная поверхность не является критической для полета?» Другими словами, если что-то случится с этой контрольной поверхностью, самолет все равно сможет летать. Типичный хвост на коммерческом самолете - одна такая поверхность. Допустим, один двигатель на самолете выходит из строя. В этом случае хвост гарантирует, что самолет все еще сможет лететь прямо, несмотря на то, что тяга больше не является симметричной.
Может ли система воздушных струй использоваться в местах, отличных от хвоста?
О да. Именно так. [Эта демонстрация] была просто для того, чтобы убедить людей, что мы можем попробовать. Это может многое сделать для будущего проектирования самолетов. Это может возможно подмести крылья дальше назад, и это может увеличить скорость без увеличения сопротивления. Представьте, что вы пересекаете Атлантику на самолете, который потребляет такое же количество топлива, но вы экономите полтора часа полета. За исключением Конкорда, мы застряли на тех же скоростях в течение 50 лет.
Коммерческие авиалайнеры являются консервативными, на то есть веские причины. Таким образом, скорость, с которой внедряются новые технологии, является относительно медленной.
Очень, очень медленно. Если вы не являетесь экспертом, вы смотрите на самолеты сегодня, и вы смотрите на коммерческие реактивные самолеты, которые летали в конце 1950-х, и вам будет трудно увидеть что-то совсем другое. Прошло более 100 лет с тех пор, как братья Райт. За первые 50 лет произошли огромные изменения, от Райт Флайер до 707. С 707 до сегодняшнего дня, да, есть улучшение аэродинамики, но это не очень очевидно. Сегодня мы летим с той же скоростью, с которой мы летели в 1960 году. Есть экономия топлива и так далее, но, по сути, люди говорят: «Аэронавтика - это наука о закате. Мы больше не видим ничего нового.
И вот, вы верите, что у вас есть что-то новое?
Я верю, что мы делаем.
