Летать быстрее скорости звука по-прежнему звучит футуристично для обычных людей, более 15 лет спустя после окончания последних коммерческих сверхзвуковых рейсов. Самолеты Concorde, летали с 1976 по 2003 год. Он летал в три раза быстрее, чем обычные пассажирские самолеты, но авиакомпании, которые летали на нем, не могли заработать на его полетах.
Причина, по которой Concorde был убыточным, на самом деле, была побочным эффектом его скорости. Когда самолет превысил скорость звука - около 760 миль в час - он создавал в воздухе ударные волны. Это настолько тревожно для людей, что федеральные правила США запрещают коммерческим самолетам летать быстрее скорости звука.
Эти правила, а также количество топлива, которое самолет может перевозить, фактически ограничили Concorde трансатлантическими полетами.
Основным преимуществом сверхзвуковых путешествий является сокращение времени полета. Трехчасовой перелет через Атлантический океан может сделать возможным однодневное путешествие из США в Лондон или Париж, по сути, сэкономив целый рабочий день. Будучи инженером-аэрокосмонавтом, изучающим высокоскоростные летательные аппараты, я считаю, что последние достижения в области технологий и новые тенденции в коммерческих авиаперевозках могут сделать сверхзвуковой перелет экономически выгодным. Но правила придется изменить.
По мере того как самолет ускоряется, он накапливает перед собой давление воздуха. Когда самолет проходит скорость звука, давление движется сзади, как лодочные пробуждения, образуя звуковую ударную волну.
По мере того, как самолет пролетает по воздуху, он создает волны возмущения давления, которые движутся со скоростью звука. Когда сам самолет летит быстрее звука, возмущения сжимаются в более сильное возмущение, называемое ударной волной. Ударные волны вокруг сверхзвуковых самолетов были недавно отображены в экспериментах НАСА. Когда сверхзвуковой самолет пролетает над землей, некоторые из ударных волн могут достичь земли. Это звуковой удар, который переживается как потрясающий удар.
Коммерческие полеты в США регулируются Федеральным управлением гражданской авиации. Чтобы защитить население от звуковых ударов, действующие правила FAA запрещают полеты над землей любого коммерческого самолета со сверхзвуковой скоростью.
Однако NASA работает над тем, чтобы существенно снизить звуковой бум в своей программе X-59. Тщательно формируя самолет, цель состоит в том, чтобы ослабить ударные волны или предотвратить их попадание на землю.
Поскольку демонстрация полета запланирована на 2021 год, успех в проекте NASA может снять один важный барьер на пути к полету сверхзвукового аппарата.
Рекламное видео НАСА показывает ранние виды сверхзвукового самолета, который делает звуковой бум гораздо тише, чем Concorde.
Мой отец взял меня посмотреть, как взлетает Конкорд в начале 1970-х годов, и то, что я помню после всех этих лет - это шум. Сейчас я понимаю, что шум при посадке и взлете в аэропортах является вторым барьером для сверхзвуковых самолетов. Аэропортовый шум также регулируется в США FAA, и действующие правила требуют, чтобы сверхзвуковые самолеты отвечали тем же стандартам аэропортового шума, что и дозвуковые самолеты. Однако Concorde был настолько громким, что пришлось сделать исключение из этих правил.
В новейших дозвуковых самолетах используются очень большие реактивные двигатели, обеспечивающие высокую топливную экономичность. Эти двигатели также значительно снижают шум аэропорта за счет ускорения большего объема воздуха на меньшую скорость, чем меньшие двигатели. Новые двигатели настолько бесшумны, что регуляторы смогли дважды уменьшить количество шума, который самолеты позволили сделать с тех пор, как Concorde прекратили полеты.
Этим стандартам теперь гораздо труднее соответствовать сверхзвуковым самолетам. Это связано с тем, что сверхзвуковые самолеты не могут использовать новые большие двигатели, которые значительно увеличивают сопротивление на высоких скоростях. Это, в свою очередь, требует больше топлива для перевозки на борту самолета и сгорания в полете, что одновременно и тяжело, и дорого. По сути, в конструкции сверхзвуковых самолетов необходимо найти компромисс между шумом и эффективностью.
Продолжение следует...