Myśl o możliwości przelotu samolotem przez Atlantyk w 3 godziny, a przez Pacyfik w 6 godzin rozpala wyobraźnie bardziej ambitnych umysłów branży lotniczej od 15 lat, kiedy to zakończono eksploatację samolotów Concorde.
W 1978 roku przerwano loty pasażerskie sowieckiego Tu-144. Ostatni, zmodyfikowany Tu-144LL po raz ostatni wzniósł się w powietrze w 1999 roku. W tym samym roku NASA, po dziewięciu latach prac wstrzymała program HSR (Hight Speed Research), w ramach którego pracowano nad koncepcją samolotu naddźwiękowego HSCT (High Speed Civil Transport). W 2003 roku, 24 października miał miejsce ostatni rejsowy lot samolotu Concorde, zaś 26 listopada ostatni samolot tego typu wykonał pożegnalny lot. Andrzej, książę Yorku, przemawiając na lotnisku w Bristolu określił te samoloty „ikoną dwudziestego stulecia” i „legendą”, zaś ich wycofanie „jedną z najsmutniejszym chwil w historii lotnictwa”. Wycofanie tych maszyn wiązało się oczywiście z katastrofą Concorda w 2000 roku i wcześniej Tupolewa w 1973 i 1978 roku, jak też z ogromnymi kosztami eksploatacji tych maszyn. Względy ekonomiczne zadecydowały też o wstrzymaniu prac nad innymi konstrukcjami tego typu. W zamian skupiono się na oszczędzaniu paliwa, zwiększeniu zasięgu, komfortu i bezpieczeństwa. Do czasu.
Affinity od GE Aviation
15 października 2018 roku General Electric Aviation zaprezentowało koncepcję nowej klasy silników, mających w przyszłości posłużyć jako napęd cywilnych samolotów naddźwiękowych. Koncepcyjny silnik turbowentylatorowy, nazwany Affinity, ma dwa wentylatory i dwa wały. Konstrukcyjnie mieści się pomiędzy cywilnymi silnikami turbowentylatorowymi a silnikami turboodrzutowymi znanymi z samolotów wojskowych, zapewniając zrównoważoną wydajność w każdej fazie lotu zarówno powyżej, jak i poniżej prędkości dźwięku. Łączy sprawdzoną konstrukcję silników lotniczych, użytkowanych w tysiącach maszyn na całym świecie z podwójnym wentylatorem i specjalną dyszą, pozwalającą na osiągnięcie prędkości ponaddźwiękowych bez dopalacza. Silniki Affinity będą budowane z wykorzystaniem najnowszych technologii w zakresie zaawansowanych powłok ochronnych i wytwarzania przyrostowego, co pozwoli na zwiększenie wydajności podzespołów przy jednoczesnej redukcji masy.
Mają cechować się najwyższym współczynnikiem dwuprzepływowości (tzn. stosunkiem powietrza przepływającego kanałem zewnętrznym względem powietrza przepływającego kanałem wewnętrznym) wśród silników naddźwiękowych, co oznacza, że będą także bardziej ekonomiczne. Jak zapewnia producent, silniki Affinity mają spełnić rygorystyczne normy emisji hałasu (dotyczące lotów poddźwiękowych) Federalnej Agencji Lotnictwa. Mają także przewyższać współczesne silniki w zakresie redukcji emisji spalin. Równowagę między wyśrubowanymi normami a wydajnością ma zapewnić elektronika systemu FADEC (Full Authority Digital Engine Control).
Poligonem doświadczalnym dla silników Affinity, ale także i innych rozwiązań na potrzeby lotów naddźwiękowych, jak się okazuje, będą samoloty dyspozycyjne. Są bowiem ludzie żywo zainteresowani możliwościami szybkich przelotów transoceanicznych, gotowi podjąć ryzyko inwestycyjne, przed którym wzbraniali się lotniczy potentaci, związane z opracowaniem nowej generacji cywilnych samolotów naddźwiękowych na miarę XXI wieku, choćby dla własnych potrzeb. Jednym z takich ludzi jest Robert M. Bass, założyciel Aerion Corporation, której sztandarowym projektem jest samolot Aerion AS2, do którego w pierwszej kolejności mają trafić silniki Affinity.
Aerion AS2
AS2 to projekt trzysilnikowego, długodystansowego samolotu dyspozycyjnego, mieszczącego, w zależności od konfiguracji kabiny, od kilku do kilkunastu pasażerów. Jego konstrukcja, przy opracowywaniu której wykorzystano doświadczenia nabyte przez lata projektów badawczo-rozwojowych, obejmuje unikalną koncepcje płata, umożliwiającą laminarny opływ powietrza również przy prędkościach naddźwiękowych, minimalizującą opór interferencyjny o 60%, jak też szereg innych rozwiązań, które pozwoliły uzyskać redukcję ogólnego oporu aerodynamicznego o 20%, co zostało zweryfikowane podczas badań w tunelu aerodynamicznym.
Oprócz ewidentnych zalet wynikających z takich rozwiązań konstrukcyjnych, wiążących się z optymalizacją zużycia paliwa i poprawą parametrów lotu, jest jeszcze jedna właściwość, bardzo istotna w przypadku prędkości naddźwiękowych. Aerodynamika samolotu została bowiem zoptymalizowana w ten sposób, by możliwie ograniczyć zjawisko tzw. gromu dźwiękowego (ang. sonic boom), co ma w rezultacie umożliwić ciche przeloty naddźwiękowe w zakresie prędkości 1.1-1.2 Mach. W odpowiednich warunkach, a więc przede wszystkim nad oceanem, samolot ma mieć możliwość rozpędzenia się do prędkości 1.4 Mach. Takie osiągi gwarantują skrócenie czasu długodystansowych lotów o połowę, względem współczesnych samolotów dyspozycyjnych.
Według zapewnień producenta, prototyp AS2 ma być gotowy w 2023 roku, a w 2025 roku ma przejść procedury certyfikacyjne. Tym niemniej, już teraz nie brakuje zamówień na samolot. Aerion ma jednak także konkurencję.
Aktualizacja: projekt AS2 anulowano w 2021 roku
Spike Aerospace
Przedsięwzięcie Spike Aerospace postawiło sobie bardzo podobny cel. Rozwijany od 2013 roku Spike S-512 to projekt naddźwiękowego samolotu dyspozycyjnego o długim zasięgu. W założeniach twórców ma osiągać prędkość 1.6 Mach i dysponować zasięgiem ponad 11 tys. km, co umożliwiłoby podróże w relacji np. Londyn-Szanghaj w dwukrotnie krótszym czasie niż w przypadku obecnych połączeń. Samolot ma być wyposażony w luksusową kabinę o ścianach pozbawionych okien, za to zawierających panoramiczne wyświetlacze, które dzięki systemowi kamer zapewnią realistyczne odwzorowanie widoku na zewnątrz. Takie rozwiązanie sprawia futurystyczne wrażenie, ale w rzeczywistości pozwoli na ograniczenie poziomu hałasu. W kabinie znajdą się miejsca dla 12 do 18 osób, w zależności od wariantu.
Płatowiec jest projektowany z uwzględnieniem najnowszych osiągnięć w dziedzinie aerodynamiki. Kadłub ma wysmukły, ostry dziób oraz przewężenie w miejscu największej szerokości skrzydeł, co zgodnie z regułą pól pozwala przezwyciężyć opór falowy. Skrzydła o zoptymalizowanym profilu i zakrzywieniu, umożliwiającym laminarny przepływ powietrza, wyposażono w lotki, klapy i sloty na całej długości. Silniki, umieszczone po bokach samolotu w tylnej części kadłuba mają specjalnie ukształtowane wloty, zapewniające optymalny dopływ powietrza. Zakłada się, że S-512, dzięki zastosowanym rozwiązaniom, nie będzie generował głośnego gromu dźwiękowego, a jedynie jego cichą i ograniczoną wersję, która słyszana z poziomu ziemi nie przekroczy 75 PLdB (Percived Loudness Level – głośność odczuwalna). Aerodynamika płatowca jest badana z zastosowaniem bezzałogowca SX-1.2, latającego podskalowego modelu. Z doświadczenia ekspertów Spike wynika, że takie loty testowe dostarczają znacznie więcej istotnych danych niż badania w tunelu aerodynamicznym. Kierownictwo przedsiębiorstwa ma nadzieję w 2021 roku zbudować prototyp, a w 2023 ruszyć z produkcją.
BOOM Supersonic
Boom Supersonic to przedsięwzięcie, którego celem jest umożliwienie na nowo przelotów naddźwiękowych na dalekich dystansach samolotem rejsowym. Stąd nazwa sztandarowego projektu firmy ‒ Airliner. Airliner w założeniach ma zabierać na pokład 55 pasażerów i umożliwiać podróżowanie z prędkością przelotową 2.2 Mach, a więc szybciej niż Concorde. Jego twórcy nie boją się wyzwań ‒ kadłub samolotu ma być wykonany z kompozytów na bazie włókien węglowych, co pozwoli przezwyciężyć problemy natury termicznej, z jakimi borykał się aluminiowy Concorde. Jego konstrukcja uwzględnia regułę pól. Kadłub zaprojektowano ze skrzydłami pasmowymi, łączącymi się ze skrzydłami w układzie ostrołukowej delty, o zoptymalizowanym profilu i zakrzywionej krawędzi spływu, co ma zredukować opory i siłę gromu dźwiękowego oraz zwiększyć siłę nośną, szczególnie przy starcie i lądowaniu. Samolot ma być napędzany trzema silnikami turbowentylatorowymi o średnim współczynniku dwuprzepływowości, z wlotami powietrza i dyszami wylotowymi o zmiennej geometrii, bez potrzeby stosowania dopalaczy.
Sylwetkę samolotu przebadano podczas ponad tysiąca testów w tunelu aerodynamicznym. Obecnie trwają prace nad XB-1 – dwumiejscowym samolotem testowym, mającym umożliwić wypróbowanie w praktyce rozwiązań konstrukcyjnych Airlinera. Do jego napędu posłużą trzy silniki GE J85. Jego oblot planowany jest na przyszły rok. Ale już teraz linie lotnicze Japan Airlines zamówiły wstępnie 20 maszyn Airliner, co ma o tyle duże znaczenie, że los takich przedsięwzięć zależy w dużym stopniu od funduszy inwestorów, w tym przypadku raczej prywatnych.
Aktualizacja I: XB-1 po raz pierwszy wzniósł się w powietrze 22 marca 2024 roku.
Aktualizacja II: Pierwszy naddźwiękowy lot XB-1
Tak więc, dzięki zaangażowaniu ludzi, którzy nie łatwo się poddają, w połowie przyszłej dekady możemy oczekiwać początków realizacji koncepcji naddźwiękowego lotnictwa cywilnego. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie techniki, jak widzimy mogą i powinny służyć realizacji śmiałych, ale i pożytecznych koncepcji.
Jacek Zbierski
aerionsupersonic.com
boomsupersonic.com
geaviation.com
spikeaerospace.com
artykuł pochodzi z wydania 11 (134) listopad 2018
