Israel Wygnanski é obcecado por vôos desde a infância. Um piloto amador, ele solo primeiro aos 16 anos. Agora, em quase 80 anos, ele ainda voa e não mostra sinais de parar. Ao longo de sua carreira de mais de 50 anos, Wygnanski, professor de engenharia aeroespacial e mecânica da Universidade do Arizona, estudou como manipular o fluxo de ar e a turbulência para tornar os aviões mais eficientes.
No próximo ano, o fruto de seu trabalho voará no avião de teste da Boeing, o 757 ecoDemonstrator. O projeto se concentra em uma importante fonte de ineficiência em voo: a cauda do avião. A nova cauda emprega uma série de 37 pequenos jatos de ar de varredura que ajudam a controlar a direção em baixas velocidades ou no caso de uma falha de motor, quando um leme é necessário para manter a aeronave no rumo. O projeto, testado em parceria com a Boeing, NASA e Caltech, poderia levar a caudas menores e mais leves e mais eficiência de combustível nas próximas décadas. A equipe recebeu o prêmio Group Achievement Award da NASA em outubro.
O modelo de demonstração que você criou mostra que as caudas de avião são maiores do que precisam ser. Por que é que?
A cauda vertical é muito grande; é quase, em alguns casos, tão grande quanto meia asa. Em essência, se um avião passa por todo o seu ciclo de vida, digamos, 25 anos e nunca perde um motor - isso acontece porque os motores são muito confiáveis hoje em dia - ele essencialmente carregava esse grande estabilizador vertical por toda a vida sem um bom motivo. Pense em seu peso, seu arrasto. Contribui bastante para o consumo de combustível do avião. É sempre usado, até certo ponto, mas não para todo o seu potencial. Se um avião não perder um motor, a cauda não é uma superfície de controle crítica.
No início deste ano, você colocou uma cauda de tamanho normal equipada com seus jatos de varredura através de testes de túnel de vento. Como foi?
Originalmente, havia 37 atuadores embutidos nessa cauda vertical. Descobriu-se que mesmo um atuador poderia melhorar a eficiência da cauda em quase 10%. A área deste jato de um atuador, um oitavo de uma polegada quadrada, pode afetar o fluxo sobre a asa inteira, que é 370 pés quadrados. Esse foi um resultado incrível. Eu acho que será testado e comprovado em vôo.
Então, quanto menor pode ser uma cauda de avião?
Os resultados mostram, imediatamente, que podemos reduzi-lo em 30%. Isso é substancial. Se você economizar em consumo de combustível na ordem de um por cento, pense no que isso significa ao longo da vida de um avião. Todo o experimento aqui era para provar uma tecnologia e colocar nossos pés na porta, para que a indústria soubesse que existe um potencial que eles nunca usaram. Em outras palavras, existe uma ferramenta na caixa de ferramentas que pode mudar a maneira como os aviões são projetados.
Wygnanski é professor de engenharia aeroespacial e mecânica na Universidade do Arizona. (Cortesia NASA) Então, fazendo um pequeno ajuste no fluxo de ar, você pode afetar o resultado de, digamos, dirigir ou levantar. Parece um conceito simples. O que faz com que seja tão difícil?
O calcanhar de Aquiles em todo este problema foi a complexidade dos atuadores que fornecem o controle de fluxo. Nós inicialmente usamos os eletromagnéticos. As pessoas usaram os piezoelétricos. Eles são pesados ou difíceis de manter. Então surgiu essa outra idéia de usar um pequeno atuador de jato oscilante, que é um dispositivo que precisa de ar comprimido. Não tem partes móveis, e pode ser, essencialmente, gravado na superfície da asa.
E você já testou anteriormente esse conceito em outros tipos de aviões?
Sim. Começamos a investigar alguns padrões de fluxo relativamente fundamentais, como a mistura de dois fluxos de ar, que é algo que você pode ver no escape dos motores a jato. Isso levou a aplicações cada vez maiores dessa ideia. Por exemplo, em 2003, testamos isso junto com a Bell Helicopters e a Boeing, em um avião que era o demonstrador de tecnologia para o V-22 Osprey. O que previmos no laboratório funcionou.
É um grande salto de um V-22 para um jato de passageiros. Como você fez a transição para o vôo comercial?
Nós pensamos: 'O que seria uma superfície de controle que não é crítica em vôo?' Em outras palavras, se algo acontecer a essa superfície de controle, o avião ainda pode voar. Uma cauda típica em um avião comercial é uma dessas superfícies. Digamos que um dos motores de um avião pare. Nesse caso, a cauda garante que o avião ainda será capaz de voar em linha reta, apesar do fato de que o empuxo não é mais simétrico.
O sistema de jatos de ar poderia ser usado em outros lugares além da cauda?
Oh sim. Exatamente. [Esta demonstração] foi apenas para convencer as pessoas de que é algo que podemos tentar. Pode fazer muito para o futuro design de aviões. Ele pode varrer as asas ainda mais para trás, e isso pode aumentar a velocidade sem aumentar o arrasto. Imagine que você cruza o Atlântico com um avião que consome a mesma quantidade de combustível, mas economiza uma hora e meia de vôo. Com exceção da Concord, estamos presos com a mesma velocidade há 50 anos.
Empresas de aviões comerciais são conservadoras, com boas razões. Portanto, a taxa pela qual as novas tecnologias são adotadas é relativamente lenta.
Muito devagar. Se você não é um especialista, você olha para os aviões hoje e olha para os aviões comerciais a jato que voaram no final dos anos 1950, e você seria duramente pressionado para ver algo muito diferente. Já se passaram mais de 100 anos desde os irmãos Wright. Nos primeiros 50 anos, houve uma tremenda mudança, do Wright Flyer ao 707. Desde o 707 até hoje, sim, há uma melhora em termos de aerodinâmica, mas não é muito óbvia. Hoje, nós voamos a mesma velocidade que estávamos voando em 1960. Há eficiência de combustível, e assim por diante, mas, fundamentalmente, as pessoas dizem: “Bem, a aeronáutica é uma ciência do pôr-do-sol. Não vemos mais nada de novo.
E aqui, você acredita que tem algo novo?
Eu acredito que nós fazemos.
