綠色飛行:伊蘭·克魯助力塑造可持續航空的未來

一位 1974 年西屋科學獎決賽入圍者小時候製作滑翔機,現在他設計更高效的飛機


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的報道。


他的決賽入圍年份: 1974

他的決賽專案:設計一個使用磁鐵將測試模型固定到位的風洞

專案緣起:伊蘭·克魯在 20 世紀 60 年代在俄勒岡州鄉村長大,從小就對飛行著迷。他和朋友們用竹竿、膠帶和塑膠製作了一架滑翔機。他們把這件裝置帶到附近的一個奶牛場,從山上跑下來,真的能離地幾英尺,然後墜毀。“任何我們能走著離開的著陸都是一次好的著陸,”克魯說。

幸運的是,他從那次學習經歷中倖存下來,並在高中時,在波特蘭的俄勒岡科學與工業博物館的研究專案的幫助下,決定建造一個更好的風洞,以幫助他了解其他飛行物體的空氣動力學。風洞的一個大問題是,被測物體需要一個支撐結構才能在空氣衝擊周圍時保持在原位。但是,這些約束會影響氣流,從而扭曲資料。

為了解決這個問題,克魯建造了一個風洞,其頂部和底部都襯有磁鐵。一個光電感測器監控測試物體,併發送訊號來改變磁場強度,以便它們而不是支撐結構可以將物體保持在靜止位置。“我學到了很多關於電路以及風洞和磁鐵的知識,”克魯說。這個概念還為他贏得了一次真正的飛機飛行——前往華盛頓特區參加 1974 年西屋科學人才搜尋決賽的旅行。

對職業生涯的影響:在著名的科學競賽中取得如此優異的成績,鼓勵克魯提高他的目標,並“使我有可能去斯坦福這樣的地方”,他在那裡註冊成為物理學專業的學生。他愛上了加利福尼亞,因此留在大學攻讀航空學博士學位。他的論文研究了作用在滑翔機上的力——慣性、阻力、升力、物體自身的彈性——如何相互作用。他說,在 20 世紀 70 年代後期,玩滑翔機“不是一件很安全的事情”。他研究了結構和空氣動力學之間的相互作用,進行了風洞測試,並與許多滑翔機公司合作實施研究結果。

獲得博士學位後,克魯在加利福尼亞州莫菲特菲爾德的 NASA 艾姆斯研究中心找到了一份工作。在 20 世紀 80 年代初燃料價格飛漲的情況下,他研究了當時迫切需要的更高效的飛機的想法,當然,他表示,隨著燃料價格下跌,其中一些興趣“消失了”。

他現在在做什麼:儘管公眾對高效飛機的興趣隨著石油價格的波動而起伏不定,但克魯一直致力於解決這個問題。現在,作為斯坦福大學的教授,他的主要研究領域之一是“可持續航空”——也就是說,“製造環境足跡足夠小的飛機,以便我們能夠在適應航空運輸預期增長的同時,不增加對環境的影響,”他說。



目標是什麼?將商用飛機的效率提高 50%。這不是一個隨機數字;斯坦福大學航空學系的教授 胡安·阿隆索指出,預計到 2025 年,美國的航空運輸量將翻一番。“如果你飛兩倍的量,你就必須消耗一半的量,”他說,以避免額外的環境破壞。典型的設計修改,例如稍有不同的機翼形狀的更輕材料,可以產生 2% 到 5% 的節能效果。另一方面,減少 50% 將需要完全不同的設計,並最佳化所有不同的飛機元件。阿隆索說,克魯對該領域的主要貢獻是“多學科設計最佳化”。“他是最早意識到這可以做到並且需要做到的人之一。”

更重要的是,他確實做到了。波音公司高階研究員、Liebeck 翼型(一種以高升阻比而聞名的機翼或葉片形狀)的設計師 羅伯特·利貝克說,他開發出的最佳化技術(例如,幫助工程師最大限度地降低成本或排放的方法)一直被工業界使用。“許多學者最終都在回答一個沒人問的問題,”利貝克說。“伊蘭恰恰相反。”他說,他的工作非常實用。

除了可持續航空和最佳化之外,克魯還致力於“自主飛機”(無人駕駛飛機),使超音速航空旅行成為一種可行的選擇,以及一種被稱為“腳踏式滑翔機”的飛行器。這種個人飛行器具有滑翔機的某些特性,但效能類似於滑翔機;它可以飛行更遠的距離,也更安全。

大約 20 年前,他與一些學生一起設計了這種飛行器,並最終將其商業化。如今,這種被稱為 SWIFT 的飛機正由比利時公司 Aériane 製造。“看到它從一張白紙變成許多這些東西在空中飛翔,真的很有趣,”他說。(他還指導了一位 1987 年西屋科學獎決賽入圍者 伊恩·帕特里克·索別斯基。)

克魯有三個孩子,他不想看到他們像他小時候那樣在奶牛場墜毀,所以他不再怎麼玩滑翔機了。但是,他駕駛過 SWIFT。他會如何描述它? “我可能無法恰如其分地描述它,”他說。但是,“以鳥的速度飛行……完全安靜,向下看,看到 8,000 英尺下方的山脈和沙漠地面,這與任何其他型別的飛行都不同,”他說。“這絕對令人驚歎。”

© .