Potencjał i perspektywy projektu NASA/Lockheed Martin X-59 QueSST
Projekt wyglądu samolotu X-59
NASA chce ożywić naddźwiękowego pasażera lotnictwo. W tym celu w ostatnich latach opracowano program badawczy QueSST, którego celem było stworzenie udoskonalonego wyglądu naddźwiękowego liniowca, pozbawionego wad poprzedników. W ramach tego programu firma Lockheed Martin niedawno zbudowała eksperymentalny samolot X-59. W najbliższych miesiącach wejdzie w testy w locie i pokaże prawdziwy potencjał nowych rozwiązań i technologii.
Projekt badawczy
Program agencji NASA o nazwie QueSST (Quiet SuperSonic Technology - „Quiet Supersonic Technology”) wystartował na początku ostatniej dekady. Jak sama nazwa wskazuje, jego celem jest stworzenie optymalnego wyglądu samolotu naddźwiękowego przy minimalnym poziomie hałasu. Przede wszystkim planowali osłabić i usunąć bum dźwiękowy podczas lotu naddźwiękowego.
Do połowy dekady NASA prowadziła niezbędne badania i studiowała różne schematy i układy aerodynamiczne. W 2016 roku agencja zaprosiła Lockheed Martin do programu QueSST. Musiała wykorzystać zebrane dane naukowe i opracować najpierw wstępny, a następnie pełnoprawny projekt eksperymentalnego samolotu do kolejnych testów.
Model X-59 w tunelu aerodynamicznym
Rozwój projektu, który później otrzymał indeks X-59, został zakończony w latach 2018-19. W tym samym czasie w zakładach Lockheed Martin w Palmdale (Kalifornia) rozpoczęto budowę eksperymentalnej maszyny. Firma produkcyjna regularnie informowała o realizacji niektórych wydarzeń - stopniowo samolot nabierał ostatecznego kształtu i wypełniał się jednostkami i mechanizmami.
Na początku czerwca 2023 roku zakończono montaż produktu X-59. Samolot został opuszczony z zapasów na własne podwozie i wysłany do zakładowej stacji prób w locie. W najbliższym czasie wszystkie systemy pokładowe zostaną sprawdzone i wyregulowane, po czym rozpoczną się pełnoprawne testy naziemne. Przed końcem tego roku NASA i Lockheed Martin planują przeprowadzić pierwszy lot. Następnie kilka lat zostanie poświęconych na testy w locie, podczas których samolot musi potwierdzić cechy konstrukcyjne.
Charakterystyczny wygląd
Eksperymentalny X-59 QueSST to jednomiejscowy samolot jednosilnikowy o specjalnej konstrukcji. Szybowiec o charakterystycznym wyglądzie został opracowany od podstaw na podstawie zebranych danych naukowych. Jednocześnie niektóre jednostki, aby uprościć budowę, zostały zapożyczone z istniejącego sprzętu. Tak więc elementy kokpitu zostały zaczerpnięte z samolotu szkoleniowego T-38, a podwozie z myśliwca F-16.
Samolot ma długość całkowitą 29 m, rozpiętość skrzydeł 9 m i wysokość postojową 4,25 m. Maksymalna masa startowa sięga 14,7 t. Będzie mógł zabrać na pokład do 4,4 t paliwa i 300 kg ładunku użytecznego w postaci sprzętu naukowego.
X-59 otrzymał kadłub o dużym wydłużeniu i zmiennym przekroju. Jego główną cechą jest długi stożek dziobowy z poziomą przednią krawędzią. Owiewka stanowi prawie jedną trzecią całkowitej długości samolotu. Gondola silnika jest umieszczona w ogonie nad kadłubem.
Płaszczyzny są ułożone zgodnie ze schematem trójpłaszczyzny podłużnej. Przednie poziome upierzenie o małej rozpiętości zapewnia równowagę wzdłużną. Za nim umieszczono trójkątne skrzydło ze złamaną krawędzią natarcia. W ogonie znajduje się upierzenie w postaci ruchomego stabilizatora i skośnej stępki z małą płaszczyzną na końcu.
Prototypowy samolot otrzymuje jeden silnik turboodrzutowy General Electric F414-GE-100 - zmodyfikowaną wersję seryjnego F414 z innym układem sterowania, rurociągami itp. Ciąg dopalacza takiego silnika osiąga 10 tysięcy kgf, co pozwoli samolotowi na wysokości 16 km rozwinąć maksymalną prędkość 1,5 m przy prędkości przelotowej 1,42 m.
Budowa eksperymentalnego samolotu
Kokpit X-59 jest wyposażony we wszystkie niezbędne wyposażenie lotnicze. Aby zoptymalizować aerodynamikę, samolot nie ma wystającej czaszy. Brak wizjera zapewniającego widoczność do przodu i do dołu został zrekompensowany instalacją systemu wizyjnego eXternal Vision System (XVS) i systemów wideo Collins EVS3600 nad i pod owiewką. Sygnał wideo z kilku kamer jest łączony we wspólny obraz i wyświetlany na monitorze przed pilotem.
Wyzwania i rozwiązania
Przed projektem X-59 QueSST stoi kilka głównych zadań związanych z testowaniem i testowaniem nowych rozwiązań technicznych. Przede wszystkim należy sprawdzić, czy samolot o charakterystycznym wyglądzie jest w stanie latać we wszystkich trybach konstrukcyjnych i osiągać określone prędkości. Ponadto zbadają aerodynamikę i określą rzeczywiste parametry fali uderzeniowej. Na wszystkich etapach testowania będzie testowany oryginalny przyszłościowy system wideo.
W poprzednich etapach programu QueSST NASA i Lockheed Martin przeprowadziły wiele badań i ukształtowały optymalny aerodynamiczny wygląd nowego samolotu. W związku z tym nie może być wątpliwości co do zdolności doświadczonego X-59 do latania i wykazywania cech konstrukcyjnych. Systemy do oglądania wideo, które zastępują tradycyjny projekt latarni, również nie zachęcają do pesymizmu. Jest prawdopodobne, że podzespoły te spełnią oczekiwania, choć nie należy wykluczać dopracowania na podstawie wyników testów.
Przy tym wszystkim głównym zadaniem X-59 jest zademonstrowanie „cichego” lotu naddźwiękowego. Chcą uzyskać tłumienie boomu dźwiękowego dzięki specjalnej konstrukcji płatowca. Tak więc płaska przednia część stożka nosowego powinna zmienić kształt powstającej fali uderzeniowej i zmniejszyć głośność generowanego hałasu. Specyficzny kształt ogona i ustnika ma podobny wpływ na odbicie za samolotem.
Dzięki przedłużonej owiewce zwiększa się całkowita długość samolotu, a co za tym idzie, odległość między falą uderzeniową przed dziobem i za ogonem. Przy wystarczającej odległości fale dźwiękowe z dwóch przeskoków nie będą się nakładać i wzmacniać. Ostatecznie obrysy głównej części kadłuba i samolotu wykonuje się z myślą o wyeliminowaniu dodatkowych perturbacji pogarszających aerodynamikę.
Według obliczeń zoptymalizowana aerodynamika zmniejszy hałas podczas lotu. Typowy samolot myśliwski podczas lotu naddźwiękowego wytwarza falę uderzeniową o głośności (dla obserwatora na ziemi) rzędu 100-110 dB. Dla X-59 podczas lotu na dużych wysokościach parametr ten zostanie obniżony do 70-75 dB; intensywność dźwięku spadnie o trzy rzędy wielkości.
Gotowy X-59 trafia z warsztatu na stanowisko testowe
Ogólnie proponowane rozwiązania wyglądają rozsądnie i pozwalają uzyskać pożądany rezultat. Ponadto niezwykły wygląd samolotu został przetestowany w tunelach aerodynamicznych i potwierdził jego potencjał. W rzeczywistości teraz mówimy tylko o utrwaleniu wyniku naukowego - i rozpoczęciu badań nad kwestiami technicznymi.
Praktyczne perspektywy
X-59 jest przeznaczony wyłącznie do testowania i eksperymentowania. Jednak w przyszłości nasa planuje wdrożyć doświadczenia obecnego programu quesst w obiecujących projektach technologii lotniczej. Rezultatem tego powinno być pojawienie się pełnoprawnych naddźwiękowych liniowców dla lotnictwa cywilnego. Jednak nawet przybliżony czas ich rozwoju i hipotetycznego wejścia do linii nie może być jeszcze określony.
Rozwój QueSST może rzeczywiście zainteresować branżę lotniczą, ale ich wykorzystanie będzie wiązało się z pewnymi trudnościami. Dostosowanie gotowych rozwiązań do obiecujących projektów będzie wymagało pewnego wysiłku i dodatkowych badań.
Tak więc głównym źródłem trudności powinien być kadłub o charakterystycznej konstrukcji. Eksperymentalny samolot może sobie poradzić z cienkim, opływowym kadłubem, ale pełnoprawny samolot pasażerski potrzebuje znacznych przedziałów wewnętrznych. Prawdopodobnie, aby zachować pożądane właściwości, stosunek długości i przekroju takiego kadłuba powinien mieścić się w pewnym przedziale - a zwiększenie średnicy będzie wymagało zwiększenia długości samolotu ze zrozumiałymi konsekwencjami technicznymi.
Podobne problemy mogą pojawić się podczas skalowania układu napędowego. Jeden silnik X-59 jest umieszczony w opływowej gondoli. Więcej silników może złamać pierwotną koncepcję aerodynamiki i zepsuć osiągi.
Osobno powinniśmy zatrzymać się nad charakterystycznym stożkiem nosa, który jest zasadniczo niezbędnym elementem nowego schematu aerodynamicznego. Poprawiając osiągi lotu, jednostka ta zwiększa całkowitą długość samolotu i komplikuje jego działanie na lotniskach. Ponadto owiewka nie może służyć do umieszczenia dużej liczby jednostek i bloków - w celu uniknięcia nierównowagi.
Jak dotąd pojawiają się pytania o zakres zmian w QueSST. Nie jest jasne, jakie klasy samolotów można budować według tego schematu. Być może zgromadzone doświadczenie można wykorzystać tylko do tworzenia samolotów o ograniczonych rozmiarach - „biznesowych odrzutowców” itp. Nie można jednak wykluczyć skalowania technologii i pojawienia się większych modeli z kabiną dla dużej liczby pasażerów. Najwyraźniej takie perspektywy dla QueSST staną się jasne dopiero po przeprowadzeniu planowanych testów.
Wnętrze kabiny. Górny monitor zastępuje baldachim
Można przypuszczać, że rozwój QueSST jako całości nie znajdzie zastosowania w lotnictwie wojskowym. Dla samolotów bojowych fala uderzeniowa nie jest zauważalnym problemem. Nie demaskuje samochodu i nie ponosi żadnego innego ryzyka. Przydatne będą jednak pomysły optymalizacji aerodynamiki i autorskie układy optoelektroniczne.
Nowa próba
Eksploatacja cywilnych liniowców naddźwiękowych na regularnych liniach zakończyła się dwie dekady temu. Ze wszystkimi swoimi zaletami radziecki Tu-144 i anglo-francuski Concorde nie mogły konkurować z poddźwiękowymi liniowcami - okazały się bardziej ekonomiczne, ciche i wygodne. Mimo to organizacje naukowe i budujące samoloty nadal zajmują się tematyką cywilnych naddźwięków, realizując programy badawcze i oferując różne projekty.
Obecny program QueSST NASA i Lockheed Martin jest w swej istocie kolejną próbą ożywienia cywilnego lotnictwa naddźwiękowego. Różni się jednak od wielu innych podobnych projektów. Amerykańscy eksperci postawili sobie za główny cel pozbycie się jednej z głównych wad samolotu naddźwiękowego w postaci fali uderzeniowej.
NASA opracowała oryginalny sposób rozwiązania tego problemu, a następnie z pomocą firmy Lockheed Martin wprowadziła go do prawdziwego projektu. Nowe pomysły zostały już przetestowane w laboratorium, a wkrótce rozpoczną się testy w locie eksperymentalnego samolotu. Czy X-59 będzie w stanie spełnić pokładane w nim nadzieje i wpłynąć na rozwój lotnictwa cywilnego, okaże się w odległej przyszłości.
informacja