НАСА створює тихий надзвуковий лайнер з «м’яким» звуковим ударом

Ілюстрація планованого літака Low Boom Flight Demonstration, яким він представлений у попередньому огляді дизайну (Preliminary Design Review) минулого тижня. Ілюстрація: НАСА / Lockheed Martin

НАСА вважає, що досяг важливої віхи у створенні тихого надзвукового пасажирського літака. Минулого тижня була завершена стадія попереднього огляду дизайну (Preliminary Design Review) для повітряного судна, відомого під кодовою назвою Quiet Supersonic Transport або QueSST.

QueSST — це перший етап у розробці експериментального літака Low Boom Flight Demonstration (LBFD), який входить в програму експериментальних розробок X-plane.

23 червня 2017 року комісія експертів з різних підрозділів агентства НАСА, а також з корпорації Lockheed Martin прийшла до висновку, що конструкція QueSST здатна задовольнити вимогам попереднього огляду дизайну і завданням, поставленим преред ці інноваційним літаком. Його головна задача — літати на надзвукових швидкостях, але при цьому створювати м’який звуковий удар, а не руйнівну ударну хвилю, яка зазвичай асоціюється з сверзхвуковим транспортом.

Спроби пустити в експлуатацію надзвуковий пасажирський літак робилися десятиліттями. Радянський Ту-144 проявив себе як вкрай ненадійна судно і його зняли з експлуатації. Британсько-французький «Конкорд» — другий надзвуковий пасажирський літак, що знаходилися в комерційній експлуатації, разом з Ту-144. Але тут була інша проблема — занадто високе споживання палива і надзвичайно гучний шум, на який скаржилися жителі густонаселених районів, над якими пролітав літак. Навіть на швидкості менше швидкості звуку він створював набагато більше шуму, ніж звичайний авіалайнер.

Оглушаючий звук ударної хвилі супроводжує рух будь-якого тіла на швидкості понад 1 Маха, тобто більше швидкості звуку в даному середовищі. Область розповсюдження ударної хвилі від надзвукового літака обмежена конусом Маха.

Конус Маха виникає, коли тіло рухається швидше, ніж генеруються їм хвилі. Найчастіше говорять про звуковий ударної хвилі від літака, який летить на швидкості понад 1 Маха, тобто більше швидкості звуку в даному середовищі. Поширення звукової ударної хвилі — адіабатичний процес. Це означає, що в повітряному середовищі відбувається стрибок тиску, щільності, температури і швидкості повітря. Звук сам по собі — це коливання щільності, швидкості та тиску середовища. Адіабатичний процес при надзвуковій швидкості супроводжується ударною хвилею, яка на віддаленні від джерела енергії вироджується в звукову хвилю, а швидкість її розповсюдження наближається до швидкості звуку.

Кожен, хто чув оглушаючий звук ударної хвилі, більше ніколи не захоче це чути. Через його деструктивної природи область застосування надзвуковий цивільної авіації обмежена. Але у QueSST буде настільки м’який звуковий удар, що він не завдасть особливого дискомфорту цивільному населенню, обіцяють інженери. І тому LBFD може стати цивільним надзвуковим літаком, яким дозволять такі польоти.

В майбутньому НАСА планує провести льотні тести, запускаючи LBFD над містами і збираючи дані, які необхідні регулюючим органам, щоб у підсумку вирішити надзвукову пасажирську авіацію над житловими територіями в США і всюди у світі.

Менеджер проекту по розробці комерційної надзвуковий технології Пітер Коен (Peter Coen) пояснює в цьому відео, що «ідея була розробити літак, щоб ударні хвилі при надзвуковому польоті розташовувалися таким чином, щоб не утворилася приголомшлива ударна хвиля. Ви відчуєте тільки поступове наростання тиску, яке виробляє тихий звук».

Для створення попереднього дизайну QueSST інженери НАСА з лютого 2016 року налагодили співпрацю з одним із провідних підрядчиків аерокосмічного агентства — корпорацією Lockheed Martin. У травні 2017 року масштабну модель QueSST завершив випробування в аерокосмічній трубі розміром 2,4×1,8 метра в Дослідницькому центрі НАСА ім. Джона Гленна в Клівленді.

Звичайно, до створення цього літака поки ще дуже далеко, але інноваційні проекти на кшталт такого — це планомірний рух від одного ключового етапу до іншого. І затвердження попереднього дизайну означає, що НАСА зробило ще один важливий крок на цьому шляху.

Тепер НАСА може приступити до тендеру, де підрядникам запропонують побудувати пілотовану версію X-plane з одним двигуном. Тендер проведуть пізніше в цьому році, а контракт планують підписати на початку 2018 року. Конкурс буде абсолютно відкритим, а попереднім дизайном QueSST і всіма технічними характеристиками поділяться з кожним кваліфікованим учасником, який подасть заявку. Якщо все піде успішно, то перші льотні випробування LBFD X-plane можуть початися в 2021 році.

А поки що в найближчі кілька місяців НАСА разом з Lockheed Martin завершить підготовку остаточної версії документації за попереднім дизайном. Вона буде включати в себе результати статичних випробувань характеристик повітрозабірника (static inlet performance) і результати проведених раніше випробувань у низькошвидкісний аеродинамічній трубі Науково-дослідного центру Ленглі в Хемптоні.