• Sobota, 22 czerwca 2024
X

X-59 QueSST – nowa nadzieja na naddźwiękowe podróże

12 stycznia amerykańska agencja kosmiczna NASA uroczyście zaprezentowała niedawno ukończony samolot eksperymentalny X-59 QueSST. Ceremonia odbyła się w zakładach Lockheed Martin Skunk Works w Palmdale w Kalifornii, gdzie maszyna została zbudowana. Samolot został stworzony w celu przetestowania nowych rozwiązań aerodynamicznych związanych z pasażerskimi lotami naddźwiękowymi. Dzięki temu po ponad 20 latach od zawieszenia lotów Concorde’ów może znów pojawić się szansa na regularne naddźwiękowe podróże.

Lockheed Martin X-59 podczas uroczystej prezentacji przed zakładem Skunk Works w Palmdale.

Problemy SST pierwszej generacji

Biorąc pod uwagę udaną eksploatację samolotów bojowych dalekiego zasięgu w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX. wieku, zainteresowanie cywilnymi samolotami naddźwiękowymi było nieuniknione. Wówczas kilka krajów zaangażowało się w prestiżowy wyścig w dziedzinie konstrukcji naddźwiękowych samolotów pasażerskich, które określane są wspólnym skrótem SST (od angielskiego Super Sonic Transport). Mimo wycofania rządowego finansowania 1971 roku dla projektu amerykańskiego Boeinga 2707 innym krajom udało się wprowadzić do eksploatacji dwa typy takich maszyn: radzieckiego Tu-144 i anglo-francuskiego Concorde.

Niestety już wówczas napotkano problemy związane z ekonomią przewozów z prędkością naddźwiękową oraz generowanego przy tym hałasu. Surowe przepisy krajów zachodnich w zakresie generowanego hałasu spowodowały, że europejski Concorde prędkość przelotową mógł rozwijać tylko nad morzami i oceanami. Z kolei w ZSRR główna trasa Tu-144 z Moskwy do Ałma-Aty wiodła w całości nad lądem. Projekt samolotu musiał więc uwzględniać długotrwałe przeloty nad ludzkimi siedzibami. Prace prowadzono więc pod kątem takiego ukształtowania układu aerodynamicznego, aby przy zachowaniu niezbędnej wytrzymałości i aeroelastyczności konstrukcji przynajmniej częściowo uwzględnić ograniczenia dotyczące uciążliwości gromu dźwiękowego. Uzyskano wtedy pewien stopień redukcji hałasu, choć pośpiech w jakim projektowano radziecką maszynę, aby tylko wyprzedzić zachodnią konkurencję, nie sprzyjał zbyt długim badaniom i wyrafinowanym rozwiązaniom, więc rezultat był nader umiarkowany.

Obecnie naddźwiękowe samoloty pasażerskie, takie jak Concorde, można spotkać jedynie w muzeach.

Jednak ani europejski, ani radziecki samolot nie mogły poradzić sobie z wysokimi kosztami eksploatacji związanymi z lotem na dopalaczach, co prowadziło do zużywania dużych ilości paliwa. W początkach lat 60., czyli kiedy formułowano założenia dla samolotów naddźwiękowych, paliwo było tanie i nie wydawał się to poważny problem. Maszyny naddźwiękowe miały osiągnąć rentowność w oparciu o ideę, że blisko dwukrotnie krótszy od tradycyjnego czas przelotu pozwoli na szybsze wzbicie się samolotu w powietrze do kolejnego lotu, a tym samym wypracowanie zysku z częstszego przewozu pasażerów, prowadząc do efektywniejszego wykorzystania floty. Ta koncepcja miała szansę zadziałać jedynie w przypadku długotrwałego utrzymywania się niskich cen paliwa. Niestety kryzys naftowy z początku lat 70., który spowodował kilkukrotny wzrost cen ropy, co ekonomicznie pogrążyło pasażerskie loty naddźwiękowe. Dalsze użytkowanie bardzo nielicznych Tu-144 i Concorde było podtrzymywane wyłącznie z przyczyn prestiżowych. Maszyny były eksploatowane tylko przez narodowe linie krajów, które uczestniczyły w budowie tych samolotów. Ostatecznie podróż Concordem z Europy do Nowego Jorku w cenie około 8000 USD (aż 30 razy drożej niż najtańszy lot poddźwiękowy), stała się luksusem dostępnym jedynie dla wybranych. Z tego powodu obłożenie foteli w 120-miejscowym samolocie rzadko często przekraczało 50%. Z kolei w ZSRR nawet nie próbowano stwarzać iluzji, że przelot w Tu-144 jest rentowy – cenę biletu ustalono odgórnie na 84 rubli, kiedy rejs w samolocie poddźwiękowym kosztował 60 rubli.

Nowa nadzieja

Wznowienie prac badawczych nad transportem naddźwiękowym wynika nie tylko z konieczności zaspokojenia potrzeb wąskiej grupy biznesmenów, ale także z działalności Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego (ICAO) w zakresie kształtowania wymagań co do poziomu gromu dźwiękowego, ponieważ nie ma obecnie ogólnie przyjętych standardów dla akceptowalnego poziomu gromu dźwiękowego.

Wiodące światowe koncerny lotnicze i ośrodki badawcze które już przyłączyły się do nowego wyścigu w budowie cywilnych samolotów naddźwiękowych, napotykając jednak na swojej drodze te same problemy, których nie można było przezwyciężyć podczas opracowywania SST poprzedniej generacji. Są to wysokie zużycie paliwa, które pociąga za sobą wysokie koszty transportu, a także natężenie gromu dźwiękowego i hałasu silników przy starcie i lądowaniu. Do tych znanych już problemów doszła ostatnio trzecia kwestia, czyli negatywny wpływ lotnictwa na klimat i środowisko naturalne. Obecnie Amerykanie aktywnie zaangażowali przede wszystkim w rozwiązanie dwóch pierwszych problemów. W przeciwieństwie do Francji, Wielkiej Brytanii i Rosji koncerny z USA muszą nadrabiać stracony czas z ostatnich kilkudziesięciu lat, gdy praktycznie nie pozyskiwano własnych doświadczeń z zakresu transportu naddźwiękowego.

Komputerowa wizualizacja demonstratora X-59 QueSST w trakcie lotu na dużej wysokości. Jednomiejscowy samolot ma długość 30,7 m i rozpiętość 29,5 m.

Niemniej kilka dużych amerykańskich firm z zapałem zainwestowało miliony dolarów w rozwój naddźwiękowych samolotów. Boeing zaangażował się w projekt Aerion AS2, Gulfstream w samolot SSJB. Z kolei Lockheed Martin buduje dla NASA samolot doświadczalny X-59. To właśnie niewielki samolot doświadczalny X-59 QueSST (Quiet Supersonic Transport) nazywany jest światowym przełomem technologicznym w dziedzinie konstrukcji komercyjnych samolotów naddźwiękowych. Innowacja w X-59 polega na znacznym zmniejszeniu intensywności gromu dźwiękowego dzięki szeregowi nowatorskich rozwiązań konstrukcyjnych. Silnie wydłużony kształt dziobu samolotu oraz zamocowane na przedzie małe skrzydełka będą rozprowadzać fale uderzeniowe na kadłubie w taki sposób, aby uniemożliwić ich nakładanie się i wzmacnianie. Zmniejszeniu hałasu sprzyja także górne umiejscowienie wlotu powietrza do silnika, przez co płat tworzy swoisty ekran dźwiękowy dla znajdujących się na ziemi ludzi przed formującą się na wlocie falą. NASA zapewnia, że przejście samolotu w lot naddźwiękowy dla ludzkiego ucha nie będzie głośniejsze niż trzaśnięcie drzwiami samochodu (około 75 dB lub nawet mniej, kiedy dla Concorde’a było to 105-110 dB), a lot przy prędkości przelotowej Mach 1,5 nie będzie się różnił poziomem hałasu na ziemi od przelotu konwencjonalnego samolotu poddźwiękowego.

W celu obniżenia kosztów programu w konstrukcji X-59 zostały wykorzystane elementy istniejących samolotów: napęd będzie stanowił silnik General Electric F414 używany w myśliwcu F/A-18E, podwozie będzie pochodziło z myśliwca F-16, a kabina pilota ma wykorzystywać elementy z samolotu szkolnego T-38. Budowa demonstratora rozpoczęła się 19 czerwca 2018 roku, kiedy pierwsza część stanowiąca fragment dźwigara skrzydła została przywieziona do zakładów Lockheed Martin Skunk Works w Palmdale i umieszczona w przyrządzie montażowym. W etap montażu końcowego maszyna weszła 17 grudnia 2019 roku. Do ukończenia prototypu doszło w czerwcu 2023 roku, a 5 lipca pojawiły się pierwsze zdjęcia gotowej, choć jeszcze nie pomalowanej maszyny.

W projekcie samolotu X-59 QueSST zwraca uwagę brak przedniej szyby wiatrochronu. Zastępuje ją monitor 4K wyświetlający obraz z jednej z dwóch kamer umieszczonych na zewnątrz samolotu, co pozwala pilotowi widzieć horyzont. Poniżej głównego ekranu są dwa monitory: jeden informujący o parametrach lotu i stanie systemów samolotu a drugi wyświetla dane nawigacyjne.

Po ukończeniu wstępnych prób z zakresu określenia ogólnych charakterystyk lotnych samolot X-59 posłuży NASA do badań uciążliwości lotów naddźwiękowych nad ludzkimi siedzibami. W rezultacie tych lotów zostaną określone standardy hałasu dla projektowanych obecnie pasażerskich samolotów naddźwiękowych nowej generacji. Jeśli opracowana dla eksperymentalnego X-59 technologia cichego gromu dźwiękowego się sprawdzi, będzie mogła być wykorzystana do budowy użytkowych samolotów pasażerskich.

Nie czekając jednak aż X-59 zostanie ukończony w listopadzie 2018 roku NASA przeprowadziło pierwszą serię lotów badawczych, mających na celu wstępne ustalenie uciążliwości przelotów z prędkością naddźwiękową nad terenami zamieszkanymi. Testy wykonano z użyciem należącego do NASA myśliwca F/A-18, który przy pomocy specjalnych manewrów wywoływał hałas podobny do spodziewanego cichego gromu dźwiękowego w ukończonym właśnie X-59 QueSST. Kampania lotów trwała dwa tygodnie, w trakcie których były zbierane opinie od 400 mieszkańców gęsto zaludnionych terenów aglomeracji Houston na temat subiektywnie odczuwalnego poziomu hałasu. Jednocześnie odczytywano dane z 20 zainstalowanych na ziemi mikrofonów. Loty Horneta nie stanowiły jeszcze zasadniczej części eksperymentów, bo te przeprowadzi dopiero specjalnie skontrowany X-59. Na razie chodziło o weryfikację prawidłowości przyjętych metod badawczych i kalibrację urządzeń pomiarowych.

Należący do NASA myśliwiec F/A-18 Hornet demonstruje manewr prowadzący do efektu, który jest zbliżony do cichego gromu dźwiękowego.

Testy z użyciem X-59 przewidywane są na lata 2024-2027. Pierwszy etap będzie trwał 9 miesięcy i będzie dotyczył ustalenia charakterystyk lotnych samolotu, które pozwolą na jego prawidłową eksploatację. Zbadane zostaną maksymalne i minimalne parametry samolotu, dzięki czemu pilot będzie wiedział jak daleko będzie mógł się posunąć w eksperymentach, a na koniec bezpiecznie wylądować. Faza druga rozpocznie się niemal równolegle i została określona jako walidacja akustyczna. Chodzi w niej o to, aby udowodnić, że technologia cichego gromu dźwiękowego działa zgodnie z założeniami, a osiągi samolotu w rzeczywistych warunkach atmosferycznych potwierdzają założenia obliczeniowe. Faza trzecia, zaplanowana na lata 2025-2026 będzie już właściwym eksperymentem, który posłuży do zebrania danych od ludności wystawionej na działanie cichego gromu dźwiękowego. Na podstawie przeanalizowanych wyników badań i opracowanych wniosków w 2027 roku mają powstać w porozumieniu z ICAO dopuszczalne normy dla hałasu pochodzącego od gromu dźwiękowego. Ustalenie takich norm jest uważane za faktyczne otwarcie drzwi dla komercyjnych lotów naddźwiękowych nad lądem.

Reklama

Najnowsze czasopisma

Zobacz wszystkie
X
Facebook
Twitter
X

Dołącz do nas

X