“瓶口技術(shù)”讓飛機(jī)既節(jié)能又減排
為使人類免受氣候變暖的威脅，１９９７年１２月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第３次締約方大會在日本京都召開。１４９個(gè)國家和地區(qū)的代表通過了旨在限制發(fā)達(dá)國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》！毒┒甲h定書》規(guī)定，到２０１０年，所有發(fā)達(dá)國家二氧化碳等６種溫室氣體的排放量，要比１９９０年減少５．２％。具體說，各發(fā)達(dá)國家從２００８年到２０１２年必須完成的削減目標(biāo)是：與１９９０年相比，歐盟削減８％、美國削減７％、日本削減６％、加拿大削減６％、東歐各國削減５％至８％。新西蘭、俄羅斯和烏克蘭可將排放量穩(wěn)定在１９９０年水平上。議定書同時(shí)允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量比１９９０年分別增加１０％、８％和１％。
盡管提出《京都議定書》之后，各國反應(yīng)不一，做法不同，但為達(dá)到這一目標(biāo)，世界大多數(shù)國家都在增加投入、提高研發(fā)速度、制定新政策、鼓勵(lì)節(jié)能減排。目前，排量小、油耗少的汽車受到社會輿論的廣泛好評，同時(shí)也受到普通人的追棒。繼小排量汽車打入市場后，科學(xué)家們這些年又將眼光投向空中，試驗(yàn)各種不同方法，試圖讓體型龐大的飛機(jī)也能節(jié)能減排。
“瓶口技術(shù)”的先進(jìn)性
飛機(jī)的機(jī)翼能夠幫助飛機(jī)減少燃油消耗，降低二氧化碳排放量。日前有科學(xué)家正打算從機(jī)翼著手，大幅度降低飛機(jī)的能耗并同時(shí)減少溫室氣體排放，而所謂的“瓶口技術(shù)”正能幫助科學(xué)家們達(dá)到這一目標(biāo)。
何謂“瓶口技術(shù)”？眾所周知，當(dāng)風(fēng)吹過瓶口時(shí)，會進(jìn)入瓶中 、發(fā)出聲音？茖W(xué)家就是利用這一原理，將飛機(jī)機(jī)翼內(nèi)部“掏空”，并在機(jī)翼表面鑿上小孔，制造出類似“瓶口”的結(jié)構(gòu)。據(jù)估計(jì)，這一技術(shù)可以讓飛機(jī)減少40%左右的燃油消耗。
“瓶口技術(shù)”是建立在德國物理學(xué)家赫爾姆霍茨的共振原理之上的。根據(jù)赫爾姆霍茨共振理論，當(dāng)空氣被迫進(jìn)入洞穴時(shí)，洞穴中壓強(qiáng)增加。在迫使空氣進(jìn)入洞穴的外力消失的情況下，洞穴中的壓強(qiáng)就大于外界壓強(qiáng)，這樣洞穴中的空氣就將流出。然而，由于洞口的空氣存在慣性，外流的空氣會多于最開始被迫進(jìn)入洞穴中的空氣，從而導(dǎo)致洞穴中的壓強(qiáng)略低于空氣壓強(qiáng)，繼而又會有部分空氣被吸入洞中。
可以想象，空氣每流進(jìn)流出一次，洞穴中與空氣中的壓強(qiáng)差就會變小一次，但這一過程將一直重復(fù)。當(dāng)風(fēng)吹過瓶口時(shí)，就會產(chǎn)生類似的效果：空氣被迫進(jìn)入瓶中、增加瓶中壓強(qiáng)、擠出瓶中空氣，如此反復(fù)不斷。這樣一來，在這過程中，總會有空氣在瓶口震蕩。
研究人員希望可以通過在飛機(jī)機(jī)翼中留出像洞穴一樣的空間，并在機(jī)翼表面鑿無數(shù)的小孔產(chǎn)生同樣的洞穴效果。如果真能達(dá)到這一效果，那么機(jī)翼周圍總會包圍一層震蕩的空氣，從而減少機(jī)翼與空氣的摩擦，降低阻力？茖W(xué)家表示，飛機(jī)在空中所受的一半阻力是來自于空氣和機(jī)身的表面摩擦，因此只要是能減少表面摩擦的技術(shù)都將為飛機(jī)節(jié)省大量燃油。
技術(shù)突破帶來節(jié)能減排福音
鄧肯博士是英國“瓶口技術(shù)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。他正與英國華威大學(xué)的小組一道研究，希望早日讓該技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。鄧肯博士解釋說，在飛機(jī)機(jī)翼上鑿幾十個(gè)、幾百個(gè)、甚至是成千上萬個(gè)小孔可以大幅度減少飛機(jī)在空中所受阻力。據(jù)保守估計(jì)，飛機(jī)燃油消耗及二氧化碳排放都將因此降低20%左右。
研究人員也是在無意之間發(fā)現(xiàn)了這一減小空氣阻力的方法。這一發(fā)現(xiàn)對于整個(gè)空氣力學(xué)研究是個(gè)巨大的驚喜。該國其他國家的科學(xué)家也對這一發(fā)現(xiàn)表示認(rèn)同，并表現(xiàn)出對該項(xiàng)目的極大興趣。西蒙是英國工程和自然科學(xué)研究委員會(EPSRC)宇航防務(wù)集團(tuán)的高級經(jīng)理人，他稱這一發(fā)現(xiàn)為一歷史性的突破，因?yàn)樗梢詷O大程度地減少飛行帶來的環(huán)境代價(jià)。
鄧肯博士與他的工作團(tuán)隊(duì)正加快節(jié)奏，爭取對該技術(shù)有更深入的了解。從前期實(shí)驗(yàn)來看，結(jié)果是喜人的，因此他們正準(zhǔn)備制造運(yùn)用了這一技術(shù)的飛機(jī)模型，這樣科學(xué)家們能夠進(jìn)一步了解空氣在機(jī)身上的運(yùn)行軌跡？茖W(xué)家們想要通過這些模型確認(rèn)，如果想要在機(jī)翼上鑿孔，現(xiàn)在普遍使用的機(jī)翼是否需要在結(jié)構(gòu)上做大手腳的改動。
歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)所屬的空中客車公司對該工程非常感興趣，并表示希望使用鑿孔機(jī)翼的飛機(jī)能夠在2012年前試飛。英國工程和自然科學(xué)研究委員會對該工程則有更高期待，他們想看到該技術(shù)將來不僅運(yùn)用于航空領(lǐng)域，也能在汽車、輪船、火車等常見交通工具上使用，這樣一來，“瓶口技術(shù)”對環(huán)境的貢獻(xiàn)將更大、更持久。
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