Israel Wygnanski ha estado obsesionado con el vuelo desde su infancia. Piloto aficionado, primero soló en solitario a los 16 años. Ahora con casi 80 años, todavía vuela y no muestra signos de detenerse. En el transcurso de sus más de 50 años de carrera, Wygnanski, profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica en la Universidad de Arizona, ha estudiado cómo manipular el flujo de aire y la turbulencia para hacer que los aviones sean más eficientes.
El próximo año, el fruto de su trabajo volará en el avión de prueba de Boeing, el 757 ecoDemonstrator. El proyecto se centra en una fuente importante de ineficiencia en vuelo: la cola del avión. La nueva cola emplea una serie de 37 pequeños chorros de aire de barrido que ayudan a controlar la dirección a bajas velocidades o en caso de falla del motor, cuando es necesario un timón para mantener la aeronave en curso. El diseño, probado en colaboración con Boeing, NASA y Caltech, podría conducir a colas más pequeñas y livianas y a una mayor eficiencia de combustible en las próximas décadas. El equipo recibió un Premio de Logro de Grupo de la NASA en octubre.
El modelo de demostración que ha creado muestra que las colas planas son más grandes de lo necesario. ¿Porqué es eso?
La cola vertical es muy grande; Es casi, en algunos casos, tan grande como la mitad de un ala. En esencia, si un avión pasa por todo su ciclo de vida, digamos, 25 años, y nunca pierde un motor, eso sucede, porque los motores son muy confiables hoy en día, esencialmente transportó este gran estabilizador vertical durante toda su vida sin una buena razón. Piensa en su peso, su resistencia. Contribuye bastante al consumo de combustible del avión. Siempre se usa, hasta cierto punto, pero no en todo su potencial. Si un avión no pierde un motor, la cola no es una superficie de control crítica.
A principios de este año, pusiste una cola de tamaño completo equipada con tus chorros de barrido a través de pruebas de túnel de viento. ¿Como le fue?
Originalmente, había 37 actuadores [de barrido] incrustados en esta cola vertical. Resultó que incluso un actuador podría mejorar la eficiencia de la cola en casi un 10 por ciento. El área de este chorro de actuador, un octavo de pulgada cuadrada, puede afectar el flujo sobre todo el ala, que es de 370 pies cuadrados. Ese fue un resultado sorprendente. Creo que será probado y probado en vuelo.
Entonces, ¿cuánto más pequeño puede ser la cola de un avión?
Los resultados muestran, de inmediato, que podemos reducirlo en un 30 por ciento. Eso es sustancial. Si ahorra en el consumo de combustible en el orden del uno por ciento, piense en lo que significa durante la vida útil de un avión. Todo el experimento aquí fue probar una tecnología y poner nuestro pie en la puerta, para que la industria sepa que hay un potencial aquí que nunca utilizaron. En otras palabras, hay una herramienta en la caja de herramientas que puede cambiar la forma en que se diseñan los aviones.
Wygnanski es profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica en la Universidad de Arizona. (Cortesía de la NASA) Entonces, al hacer un pequeño ajuste en el flujo de aire, puede afectar el resultado de, por ejemplo, la dirección o la elevación. Parece un concepto simple. ¿Qué hace que lograrlo sea tan difícil?
El talón de Aquiles en todo este problema fue la complejidad de los actuadores que proporcionan el control de flujo. Inicialmente utilizamos los electromagnéticos. La gente ha usado los piezoeléctricos. O son pesados o difíciles de mantener. Luego surgió esta otra idea de utilizar un pequeño actuador de chorro oscilante, que es un dispositivo que necesita aire comprimido. No tiene partes móviles, y puede estar, esencialmente, grabado en la superficie del ala.
¿Y ya has probado este concepto en otros tipos de aviones?
Sí. Comenzamos a investigar algunos patrones de flujo relativamente fundamentales, como la mezcla de dos corrientes de aire, que es algo que se puede ver en el escape de los motores a reacción. Eso llevó a aplicaciones cada vez más grandes de esa idea. Por ejemplo, en 2003, lo probamos junto con Bell Helicopters y Boeing, en un avión que fue el demostrador de tecnología para el V-22 Osprey. Lo que predijimos en el laboratorio funcionó.
Es un gran salto de un V-22 a un avión de pasajeros. ¿Cómo pasaste al vuelo comercial?
Pensamos: '¿Cuál sería una superficie de control que no es crítica para el vuelo?' En otras palabras, si algo le sucede a esa superficie de control, el avión aún puede volar. Una cola típica en un avión comercial es una de esas superficies. Digamos que un motor en un avión se detiene. En ese caso, la cola asegura que el avión todavía podrá volar en línea recta, a pesar de que el empuje ya no es simétrico.
¿Podría usarse el sistema de chorros de aire en otros lugares además de la cola?
Oh si. Exactamente. [Esta demostración] fue solo para convencer a la gente de que es algo que podemos probar. Puede hacer mucho para el diseño futuro de aviones. Posiblemente puede barrer las alas más hacia atrás, y eso puede aumentar la velocidad sin aumentar la resistencia. Imagine que cruza el Atlántico con un avión que consume la misma cantidad de combustible, pero ahorra una hora y media de vuelo. Excepto el Concord, hemos estado atrapados con las mismas velocidades durante 50 años.
Las compañías de aviones comerciales son conservadoras, con buenas razones. Entonces, la velocidad con la que se adoptan las nuevas tecnologías es relativamente lenta.
Muy, muy lento. Si no eres un experto, miras los aviones de hoy y los aviones comerciales que volaron a fines de la década de 1950, y te costaría mucho ver algo muy diferente. Han pasado más de 100 años desde los hermanos Wright. En los primeros 50 años, hubo un cambio tremendo, del Wright Flyer al 707. Desde el 707 hasta hoy, sí, hay una mejora en términos de aerodinámica, pero no es muy obvio. Hoy, volamos a la misma velocidad que volamos en 1960. Hay eficiencia de combustible, etc., pero, fundamentalmente, la gente dice: 'Bueno, la aeronáutica es una ciencia del ocaso. Ya no vemos nada nuevo.
Y aquí, ¿crees que tienes algo nuevo?
Yo creo que sí.
