Αεροπλάνο - γλάρος!

Του ΤΑΣΟΥ ΚΑΦΑΝΤΑΡΗ

a.kafantaris@gmail.com

Συχνά-πυκνά, στις βόρειες ιδίως χώρες, κάποιοι σηκώνονται πριν το χάραμα και «τη στήνουν» στις ράχες των βουνών περιμένοντας με κιάλια και φωτογραφικές μηχανές το πρωινό εγερτήριο των πουλιών. Κάποιοι άλλοι, με αντίστοιχο εξοπλισμό, φωλιάζουν πλάι στο συρματόπλεγμα που ζώνει πολεμικά αεροδρόμια. Συνταξιούχοι συνήθως οι πρώτοι, νεαροί κυρίως οι δεύτεροι. Αν πλησιάσεις και ρωτήσεις «έχουν τα αεροπλάνα μας να ζηλέψουν κάτι από τα πουλιά;» οι πρώτοι θα σου απαντήσουν στα σίγουρα «τη χάρη». Οι δεύτεροι... θα σε περάσουν για τρελό: «Συγκρίνεται μια υπερηχητική βολίδα με ιπτάμενα ορνίθια;».

Και οι δύο απαντήσεις έχουν το δίκιο τους, καθώς εδράζονται στην πείρα που αποκόμισε ο άνθρωπος από την προσπάθειά του να κατακτήσει και ο ίδιος τους ουρανούς. Ξεκίνησε μιμούμενος τα πουλιά, για να καταλάβει γρήγορα ότι «δεν είχε τα προσόντα». Οπότε, βρήκε τον τρόπο με τεχνολογίες που εκείνα δεν κατέχουν. Διά των μηχανών κατάφερε ό,τι και αυτά, ξεπερνώντας τα σε ταχύτητα και βεληνεκές: Θέλει να αιωρηθεί; Εχει τα ελικόπτερα. Θέλει να πετάξει γρήγορα; Εχει τα αεροπλάνα. Θέλει να σπάσει το φράγμα της βαρύτητας; Εχει τους πυραύλους. 

Τα καταφέρνει όλα, εκτός από τη χάρη: κανένα δημιούργημά του δεν στρίβει, φρενάρει και προσγειώνεται με την ίδια ενστικτώδη αμεσότητα και ευλυγισία που έχουν τα πουλιά και τα έντομα.

Το ερώτημα της σύγκρισης με τα πουλιά ίσως να το ξεχνούσαμε διά παντός αν δεν προέκυπτε η τρέχουσα οικονομική, ενεργειακή και κλιματική κρίση. Ξαφνικά όλοι συνειδητοποίησαν ότι τα αεροσκάφη μας είναι αβάσταχτα ενεργοβόρα και απίστευτα ρυπογόνα. Πώς αλλιώς θα έπρεπε να τα φτιάχνουμε ώστε να μειωθούν τα καύσιμα και οι ρύποι της πτήσης τους;

Με ακριβώς αυτόν τον στόχο, δύο επιστήμονες που τους χώριζε ένας ωκεανός βάλθηκαν να σχεδιάζουν από την αρχή αεροδυναμικά μοντέλα. Το πρώτο πράγμα στο οποίο συμφώνησαν ο Νοτιοαφρικανός Joachim Ηuyssen, του Νorthwest University, και ο Geoffrey Spedding του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας, ήταν ότι ένα αεροπλάνο με μορφή πτερυγίου καίει τα λιγότερα καύσιμα, αλλά... δεν έχει χώρο για φορτίο και επιβάτες. Προχώρησαν με την προσθήκη κύτους, αλλά συνειδητοποίησαν ότι τα καύσιμα αυξάνονταν όσο μάκραινε η ουρά του αεροσκάφους. Αν όμως «έκοβαν» την ουρά, πώς θα ελεγχόταν η βύθιση και η ανύψωση του ρύγχους του αεροσκάφους; Σκέφτηκαν να μεταφέρουν τον έλεγχο όλον στα φτερά.Το δοκίμασαν και τους προέκυψε... ένας γλάρος! Η κοντή και χοντρή ουρά που άφησαν στο κύτος έκανε τη ροή του αέρα γύρω από το σώμα του αεροσκάφους να είναι απόλυτα συμβατή με τη ροή γύρω από τα μεγάλα και λυγισμένα σαν του γλάρου φτερά. Οι υπολογισμοί τους έδειξαν ότι ο νέος αυτός σχεδιασμός επέτρεπε εξοικονόμηση καυσίμων ως και 20% έναντι των τωρινών αεριωθουμένων!

Η εργασία τους- σχέδια και αεροδυναμικές αναλύσεις- παρουσιάστηκε στις 21 Νοεμβρίου 2010 στο ετήσιο Συνέδριο Ρευστοδυναμικής της Αμερικανικής Ενωσης Φυσικών και φιλοξενήθηκε από τα μεγαλύτερα τηλεοπτικά δίκτυα. Ηταν η πρώτη φορά που κάποιος πρότεινε στα σοβαρά την επιστροφή σε σχέδιο που μιμείται έμβιους οργανισμούς, μετά την πρώτη επιτυχή πτήση των αδελφών Ράιτ, το 1903, που σημάδεψε την πορεία της αεροπλοΐας.

Και αν τα φτερά... φτερούγιζαν;

Αν η μετατροπή του σχήματος των αεροσκαφών σε «γλαροπούλια» μάς λύνει το πρόβλημα των υπερβολικών καυσίμων, δεν έχει να προσφέρει ωστόσο τίποτε στο ζητούμενο της ευλυγισίας, της αιώρησης και της χάρης. Απάντηση σε αυτό δόθηκε την επόμενη ημέρα του ιδίου συνεδρίου, από την εργασία του αναπληρωτή καθηγητή Αlexander Αlexeev και του μεταπτυχιακού φοιτητή του Ηassan Μasoud, του Πανεπιστημίου Georgia Τech. Μέσω τρισδιάστατων προσομοιώσεων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, βρήκαν τον τρόπο να καθοδηγούν εύκαμπτα πτερύγια σε πτήση όμοια με των λιμπελούλων- των «κουνουποελικοπτέρων» που συναντάμε στα ποτάμια και τις λίμνες. Συγκεκριμένα, οι προσομοιώσεις τούς αποκάλυψαν την κατάλληλη ημιτονοειδή κίνηση των πτερύγων ώστε, συστρεφόμενες ως προς τον οριζόντιο άξονα και ταλαντούμενες κατακόρυφα, να ανυψώνουν μικρά τηλεκατευθυνόμενα αεροσκάφη. Από τούδε και στο εξής η έρευνά τους θα συγκεντρωθεί στο τι άλλο χρειάζεται ώστε η πτήση να συνεχίζεται ακόμη και όταν συναντά ισχυρό ρεύμα αέρα. Αν το βρουν, θα ακολουθήσει η δοκιμή σε όλο και μεγαλύτερη κλίμακα αεροσκαφών.

Ορνιθόπτερα «Μάτα Χάρι»

Γενικότερα, υπάρχει ήδη εν δράσει μια φουρνιά ερευνητών που καταγίνονται με τη βιομιμητική πτήση μηχανών. Τα δημιουργήματά τους ονομάζονται συλλήβδην «ορνιθόπτερα» (ornithopters, αγγλιστί) και περιλαμβάνουν αεροπλανάκια με κινούμενα φτερά όπως των πουλιών ή όπως των εντόμων. Η εργασία των Αlexeev και Μasoud δίνει πλέον τον βέλτιστο αλγόριθμο που αποζητούσε η παρέα των «εντομοπτέρων». Οι πιο επιτυχημένοι ως σήμερα στον τομέα αυτόν ήταν οι Ολλανδοί Guido de Croon και Rick Ruijsink, του Delft University of Τechnology, που έχουν κατασκευάσει τρία μοντέλα εντομοπτέρων, με τέσσερα κινούμενα φτερά, τα Delfly. Εικόνες και βίντεο με τις πτήσεις τους μπορείτε να δείτε στην ιστοσελίδα http://www. delfly. nl/. 

Οι δυνατότητες όπως «κεχαριτωμένης πτήσης» των ορνιθοπτέρων έχουν τραβήξει την προσοχή των στρατιωτικών και κατασκοπευτικών υπηρεσιών. Είτε για τη διόπτευση χώρων μέσα τον αστικό ιστό είτε για τη διείσδυση σε σήραγγες, σπηλιές και καταφύγια, ένας «ιπτάμενος κατάσκοπος» που μπορεί να συνδυάζει την ταχύτητα γερακιού με τον αιωρισμό κουνουπιού είναι ό,τι καλύτερο! Αλλά πώς να τα έχει κανείς και τα δύο; 

Το μυστικό του κολιμπρί

Η απάντηση βρίσκεται στην εκπληκτικότερη πτητική μηχανή της φύσης, το απίστευτο κολιμπρί (πουλί-μύγα, hummingbird). Με μέγεθος όσο το μικρό μας δάχτυλο, πετάει τόσο σαν πουλί όσο και σαν κουνούπι. Το καταφέρνει με έναν θαυμαστό τρόπο, που ως το 2005 μας ήταν ακατανόητος: χτυπάει με τέτοια ταχύτητα τα φτερά του που καμία κάμερα υψηλής ταχύτητας δεν προλαβαίνει να αποκρυπτογραφήσει τις κινήσεις του. Τότε ο ερευνητής Douglas Warrick του Πανεπιστημίου του Οregon κατέφυγε στην τεχνολογία που ονομάζεται «απεικόνιση σωματιδιακής ψηφιακής ταχυμέτρησης» (digital particle imaging velocimetry). Σκόρπισε άτομα ελαιολάδου στον χώρο πτήσης του κολιμπρί και φώτισε τα σταγονίδια με παλλόμενο λέιζερ. Στις φωτογραφίες, τα φωτιζόμενα σταγονίδια αποκάλυψαν τη ροή του αέρα γύρω από τις φτερούγες και το σώμα του πουλιού. Καταδείχτηκε ότι το πουλάκι αυτό μπορεί και περιστρέφει τις φτερούγες του ώστε να τις κινεί σαν κουνούπι όταν θέλει να αιωρηθεί και «κλασικά» όταν πετάει.

Η γνωστοποίηση των μυστικών του κολιμπρί οδήγησε, τον Δεκέμβριο του 2008, στην πρώτη επιτυχημένη πτήση μικροαεροπλάνου με κινούμενες φτερούγες. Το επονομαζόμενο ΝΑV (Νano Αir Vehicle) ανήκε στην αμερικανική εταιρεία ΑeroVironment- μία από τις πιο γνωστές στον κόσμο των κατασκοπευτικών μικροαεροσκαφών. Η «χάρη» και η αποτελεσματικότητα των ακροβατικών του πτήσεων εντυπωσίασαν τόσο τη Γραμματεία Ερευνας και Τεχνολογίας του Πενταγώνου (τη γνωστή DΑRΡΑ) που συμφώνησε αμέσως στην επιχορήγηση επιπλέον 2,1 εκατομμυρίων δολαρίων στην κατασκευάστρια προκειμένου να τελειοποιήσει το αεροπλανάκι-κολιμπρί μέσα στο 2010. Λόγω του απορρήτου του θέματος δεν γνωρίζουμε ακόμη πού έφτασε αυτή η τελειοποίηση. Μια ένδειξη ωστόσο δόθηκε στις 21 Νοεμβρίου, στο ίδιο συνέδριο της Ενωσης Αμερικανών Φυσικών, όταν ο Jake Socha, του Πολυτεχνείου της Virginia, παρουσίασε τη συμπεριφορά μιας... ρομποτικής φτερούγας πουλιού-μύγας, υπό συνθήκες ισχυρού ρεύματος αέρα.

Στο εφεξής, αν δείτε πουλί να σας κοιτάει από το παράθυρο αιωρούμενο με χάρη, μη σπεύσετε να του ρίξετε ψίχουλα. Δεν είναι αυτό που θέλει...