Aerodynamika zagłębień: dołek w jednym uderzeniu?

Erik Miller był jeszcze zbyt młody, aby samodzielnie wynająć pokój w hotelu, kiedy wyruszył w 16-godzinną podróż samochodem z Wisconsin do Kansas, aby udowodnić swoją teorię dotyczącą piłek golfowych i samolotów. Wyniki tego wysiłku, podjętego w czasie liceum, zostały właśnie opublikowane w eksperckim czasopiśmie technicznym o lotniczych projektach, „Journal of Aircraft” .

20-letni Miller, obecnie student College’u St. Norbert w De Pere, w stanie Wisconsin, nie jest osamotniony w badaniu aerodynamicznej zasady zapożyczonej z produkcji piłek golfowych, które pewnego dnia mogą pomóc słabszym pilotom oderwać się od ziemi nieco szybciej. Większość pozostałych badaczy, pracujących nad rozwinięciem zrozumienia generatorów wirowych, ma już ukończone studia licencjackie lub magisterskie.

"To naprawdę ekscytujące", powiedział Miller o publikacji jego teorii w eksperckim czasopiśmie technicznym, publikowanym przez Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki.

Uzdolniony matematycznie i żywo zainteresowany lotnictwem (licencję PPL zdobył w 2009 roku, w wieku 17 lat), początkujący licealista powziął sobie za cel udowodnienie, że zagłębienia w piłeczce golfowej mogą poprawić aerodynamikę skrzydła samolotu.

Wgłębienia generują wiry, w czasie, gdy piłka golfowa szybuje w powietrzu, niewielkie obszary turbulencji, które pomagają zachować warstwowy przepływ powietrza i wytworzyć siłę nośną, zwiększając zjawisko znane jako warstwa graniczna (lub przyścienna). W ostatnich latach projektanci piłki golfowej bliżej przyglądają się zagłębieniom, wykorzystując przy tym zaawansowane modelowanie komputerowe, aby precyzyjnie dostosować rozmiar i położenie zagłębień i dzięki temu przedłużyć lot piłki. Projektanci samolotów stosowali generatory wirowe od lat - maleńkie pionowe żeberka wzdłuż górnej krawędzi skrzydeł wielu dużych statków powietrznych są tam dokładnie z tego samego powodu, co wgłębienia w piłkach golfowych.

Miller teoretyzuje, że zagłębienia mogłyby być zastosowane na skrzydłach samolotów, aby zapobiec separacji powietrza (przeciągnięcie) przy dużych kątach natarcia - szczególnie na starcie. Będąc uczniem szkoły średniej, napotkał ogromne trudności w znalezieniu tunelu aerodynamicznego do testowania swojej teorii. Wystosował wiele zapytań, „rozmawiałem z każdym uniwersytetem, o którym wiedziałem, że prawdopodobnie ma tunel aerodynamiczny," wspomina Miller. "Spotykałem się raczej z niechęcią."

W końcu, Stanowy Uniwersytet Wichita zgodził się, by nastolatek pracował w uniwersyteckim tunelu, więc Miller zaczął z przyjacielem (który miał skończone 18 lat i mógł wynająć pokój w hotelu) testowanie teorii. Odkrył, że wgłębienia rzeczywiście zwiększają siłę nośną i opóźniają separację, ale tylko przy dużych kątach natarcia.

"Przy kącie przeciągnięcia zwiększają warstwę graniczną", powiedział Miller. Prosty i wyrównany lot to zupełnie inna historia, i jest jeszcze wiele profili, których Miller nigdy nie przetestował.

Jego artykuł "Wpływ na warstwę graniczną wytworzoną przez integrację zagłębień o różnych głębokościach," został opublikowany po latach badań, i przy wsparciu nauczycieli z liceum i wykładowców uniwersyteckich, którzy zachęcali go do ich kontynuowania. Gdy jeszcze podstawowa teoria, wzory i obliczenia pozostawały niezmienione, pierwszy projekt Millera nie zyskał aprobaty redakcji czasopisma.

"To o czym pisałem, było tak naprawdę czymś dla nich nieznanym," powiedział Miller. "Musiałem okroić tekst."

Miller powiedział, że ma nadzieję, iż inni będą kontynuować badania potencjału sprawniejszych lotów statków powietrznych - przynajmniej na krótkich pasach startowych.

"Udało mi się przeprowadzić badanie zaledwie na czterech różnych modelach," powiedział Miller. "A jest o wiele więcej zmiennych dotyczących pozycjonowania i wielkości zagłębień".

Miller tymczasem zmienił kurs z inżynierii jako zawodu, odkrywszy, że jego największą pasją jest matematyka. Ma na celu zrobienie kariery w dziedzinie aktuarialnej (obliczanie ryzyka oraz wartości bieżącej projektów finansowych) i liczy na przekazanie pochodni innemu młodemu zapaleńcowi.

"Przewiduję w końcu znalezienie studenta inżynierii lotniczej i zachęcenie go do podjęcia projektu i ukończenia go," powiedział Miller.

Wciąż planuje latać po ukończeniu college’u, gdy będzie miał trochę więcej czasu i pieniędzy.