Israel Wygnanski è ossessionato dal volo fin dalla sua infanzia. Pilota dilettante, ha fatto il primo assolo all'età di 16 anni. Ora a quasi 80 anni vola ancora e non mostra segni di arresto. Nel corso della sua carriera di oltre 50 anni, Wygnanski, professore di ingegneria aerospaziale e ingegneria meccanica all'Università dell'Arizona, ha studiato come manipolare il flusso d'aria e le turbolenze per rendere gli aeroplani più efficienti.
L'anno prossimo, il frutto del suo lavoro volerà sul piano di prova di Boeing, il 757 ecoDemonstrator. Il progetto si concentra su un'importante fonte di inefficienza in volo: la coda dell'aeroplano. La nuova coda impiega una serie di 37 piccoli aeratori che aiutano a controllare lo sterzo a bassa velocità o in caso di avaria del motore, quando è necessario un timone per mantenere l'aereo in rotta. Il design, testato in collaborazione con Boeing, NASA e Caltech, potrebbe portare a code più piccole e leggere e ad una maggiore efficienza nei consumi nei prossimi decenni. Il team ha ricevuto un Group Achievement Award dalla NASA in ottobre.
Il modello dimostrativo che hai creato mostra che le code degli aerei sono più grandi di quanto debbano essere. Perché?
La coda verticale è molto grande; è quasi, in alcuni casi, grande quanto una mezza ala. In sostanza, se un aeroplano attraversa il suo intero ciclo di vita, diciamo, 25 anni, e non perde mai un motore - ciò accade, perché i motori sono molto affidabili oggi - essenzialmente ha portato questo grande stabilizzatore verticale per tutta la sua vita senza una buona ragione. Pensa al suo peso, alla sua resistenza. Contribuisce molto al consumo di carburante dell'aereo. È sempre usato, in una certa misura, ma non per il suo intero potenziale. Se un aeroplano non perde un motore, la coda non è una superficie di controllo critica.
All'inizio di quest'anno, hai messo una coda a grandezza naturale equipaggiata con i tuoi getti ampi attraverso test in galleria del vento. Com'è andata?
In origine, c'erano 37 attuatori [a getto ampio] incorporati in questa coda verticale. Si è scoperto che anche un solo attuatore potrebbe migliorare l'efficienza della coda di quasi il 10 percento. L'area di questo unico getto dell'attuatore, un ottavo di pollice quadrato, può influenzare il flusso su tutta l'ala, che è di 370 piedi quadrati. È stato un risultato straordinario. Penso che sarà testato e provato in volo.
Quindi, quanto può essere più piccola una coda di un aereo?
I risultati mostrano, immediatamente, che possiamo ridurlo del 30 percento. È sostanziale. Se risparmi sul consumo di carburante nell'ordine dell'uno percento, pensa a cosa significa per la vita di un aereo. L'intero esperimento qui è stato quello di dimostrare una tecnologia e mettere il piede nella porta, in modo che l'industria sia consapevole che qui esiste un potenziale che non hanno mai usato. In altre parole, c'è uno strumento nella casella degli strumenti che può cambiare il modo in cui gli aeroplani sono progettati.
Wygnanski è professore di ingegneria aerospaziale e meccanica all'Università dell'Arizona. (Per gentile concessione della NASA) Quindi, facendo una piccola modifica nel flusso d'aria, sei in grado di influenzare il risultato, per esempio, di sterzata o sollevamento. Sembra un concetto semplice. Cosa rende il raggiungimento così difficile?
Il tallone d'Achille in tutto questo problema era la complessità degli attuatori che forniscono il controllo del flusso. Inizialmente abbiamo usato quelli elettromagnetici. Le persone hanno usato quelle piezoelettriche. O sono pesanti o difficili da mantenere. Poi è arrivata questa altra idea di utilizzare un piccolo attuatore a getto oscillante, che è un dispositivo che necessita di aria compressa. Non ha parti mobili e può essere, essenzialmente, inciso sulla superficie dell'ala.
E hai già testato questo concetto su altri tipi di aerei?
Si. Abbiamo iniziato a studiare alcuni schemi di flusso relativamente fondamentali, come la miscelazione di due flussi d'aria, che è qualcosa che puoi vedere nello scarico dei motori a reazione. Ciò ha portato ad applicazioni sempre più grandi di quell'idea. Ad esempio, nel 2003, l'abbiamo testato insieme a Bell Helicopters e Boeing, su un aereo che è stato il dimostratore tecnologico del V-22 Osprey. Ciò che abbiamo previsto in laboratorio ha funzionato.
È un grande salto da un V-22 a un aereo passeggeri. Come sei passato al volo commerciale?
Abbiamo pensato: "Quale sarebbe una superficie di controllo che non è fondamentale per il volo?" In altre parole, se succede qualcosa a quella superficie di controllo, l'aereo può ancora volare. Una tipica coda su un aereo commerciale è una di queste superfici. Diciamo, un motore su un aereo si spegne. In tal caso, la coda si assicura che l'aereo sarà ancora in grado di volare dritto, nonostante il fatto che la spinta non sia più simmetrica.
Il sistema di getti d'aria potrebbe essere utilizzato in luoghi diversi dalla coda?
O si. Esattamente. [Questa dimostrazione] è stata solo per convincere la gente che è qualcosa che possiamo provare. Potrebbe fare molto per la futura progettazione di aeroplani. Può eventualmente spostare le ali più indietro, e ciò può aumentare la velocità senza aumentare la resistenza. Immagina di attraversare l'Atlantico con un aereo che consuma la stessa quantità di carburante, ma risparmia un'ora e mezza di volo. Tranne la Concord, siamo rimasti bloccati con le stesse velocità per 50 anni.
Le compagnie aeree di linea sono conservatrici, con buone ragioni. Quindi il ritmo con cui le nuove tecnologie sono adottate è relativamente lento.
Molto, molto lento. Se non sei un esperto, guardi gli aeroplani oggi e guardi gli aeroplani commerciali che volarono alla fine degli anni '50, e ti sarebbe difficile trovare qualcosa di molto diverso. Sono passati più di 100 anni dai fratelli Wright. Nei primi 50 anni, ci fu un enorme cambiamento, dal Wright Flyer al 707. Dal 707 ad oggi, sì, c'è un miglioramento in termini di aerodinamica, ma non è molto ovvio. Oggi, viaggiamo alla stessa velocità con cui eravamo in volo nel 1960. C'è efficienza di carburante, e così via, ma, fondamentalmente, la gente dice: "Bene, l'aeronautica è una scienza del tramonto. Non vediamo più nulla di nuovo.
E qui, credi di avere qualcosa di nuovo?
Credo che lo facciamo.
