Hangsebesség fölé repít egy kétfedelű koncepció

Olcsóbb, csendesebb és üzemanyag-hatékony biplánok indíthatják újra a szuperszonikus utasszállító repüléseket.

27 éven át a Concorde egy ritka luxussal kényeztette utasait, időt takarított meg számukra. A karcsú szuperszonikus sugárhajtású repülőgép mindössze három és fél óra alatt repítette utasait Párizsból New Yorkba, a magas jegyárak, a gép fogyasztása, a korlátozott férőhely és a gép hangja azonban lassan de biztosan a Concorde vesztéhez vezetett, míg végül 2003. november 26-án a szuperszonikus gép és vele együtt a szuperszonikus utasszállítás is kivonult a polgári repülésből.

Azóta számos csoport dolgozik egy új generációs gép kifejlesztésén, ezek közül a legfrissebb a Massachusettsi Műszaki Egyetem, az MIT kutatóinak koncepciója, ami több, a Concorde visszavonulásához vezető problémát kiküszöbölhet. Qiqi Wang, repülési és űrrepülési mérnök szerint a megoldás alapjait tekintve egészen egyszerű, egy szárnypár helyett kettőre van szükség.

Wang kollégájával Rui Huval és a Stanford Egyetem mérnök professzorával, Antony Jamesonnal közösen egy számítógépes modellen keresztül mutatták be, hogy szuperszonikus utazó sebességen egy kétfedelű valójában jóval kisebb légellenállást kelt, mint egy hagyományos repülőgép. A csoport a Journal of Aircraft szaklapban teszi közzé eredményeit.

Az alacsonyabb légellenállás hatására kevesebb üzemanyagra van szükség és kisebb a hangrobbanás is, magyarázta Wang. "Hangrobbanásnak a szuperszonikus gépektől a felszín felé terjedő lökéshullámokat nevezzük. Olyan mintha egy ágyúdördülést hallanánk, ami annyira kellemetlen, hogy szárazföld fölött nem is engedélyezték a szuperszonikus repülést" - tette hozzá.

Wang megoldása az egymás fölött elhelyezkedő szárnyakkal kiiktatná ezeket a lökéshullámokat. Az eredeti szuperszonikus kétfedelű koncepció egy német mérnök, Adolf Busemann nevéhez fűződik, aki az 1950-es években állt elő terveivel. Normál esetben ahogy egy hagyományos sugárhajtású gép kezdi megközelíteni a hangsebességet, a levegő elkezd összesűrűsödni a gép előtt és mögött részénél. Ahogy a repülő eléri és átlépi a hangsebességet, a légnyomás hirtelen növekedése két hatalmas lökéshullámot kelt, ami a gép mindkét végén kilövell, létrehozva a hangrobbanást.

Busemann kiszámította, hogy egy biplán kialakítás, melyben a szárnyvégek a két oldalon egymás felé mutatva egy háromszög alakzatot vesznek fel, kiiktatják egymás lökéshullámait. A német mérnök tervének szépséghibája a felhajtóerőnél jelentkezik, a két szárny ugyanis túl szűk csatornát biztosít a levegő átáramlásához, a szuperszonikus sebességhez közeledve gyakorlatilag "eltömődik", rendkívül nagy légellenállást okozva. Tehát ami hangsebességen és afelett csodálatosan működik, az alkalmatlan magának a hangsebességnek az elérésére.


A probléma megoldásához Wang, Hu és Jameson megalkotott egy számítógépes modellt Busemann kétfedelűje teljesítményének különböző sebességeken történő szimulálásához. Adott sebességen a modell meghatározta az optimális szárnyformát a légellenállás minimalizálásához. A kutatók ezután a tucatnyi különböző sebességből származó eredményeket 700 szárnykonfigurációval vetették össze, hogy megkapják a szárnyak optimális alakját.

Rájöttek, hogy a szárnyak belső felszínének lesimításával szélesebb csatornát biztosíthatnak az átáramló levegőnek, illetve azt is felfedezték, hogy a felső szárny felső élének és az alsó szárny alsó élének kiemelésével a szimulált repülőgép fele akkora légellenállással képes szuperszonikus sebességen repülni, mint a Concorde. Wang szerint ez a teljesítmény kevesebb mint felére csökkentené a gép üzemanyag szükségletét.

A csapat következő lépése egy háromdimenziós modell elkészítése, hogy letesztelhessék a repülést befolyásoló egyéb tényezőket is. Míg az MIT kutatói egy optimális kialakítás elérésén dolgoznak, egy japán csoport mozgó alkatrészekkel ért el előrelépéseket Busemann kétfedelű koncepciójánál, vagyis a szárnyak alakot változtatnak a különböző sebességeknél "Egyre több ötlet lát napvilágot Busemann terveinek tökéletesítésére" - mondta Wang. "Ez drámai fejlődést és talán az elkövetkező években áttörést is eredményezhet ezen a területen"