Supersonisk resa är på väg att komma tillbaka - här är varför

Nya plandesigner skulle begränsa bullret som skapas av supersoniska bommar, vilket pekar mot en ny era av supersonisk flykt.

Supersonisk resa är på väg att komma tillbaka - här är varför

Att flyga snabbare än ljudets hastighet låter fortfarande futuristiskt för vanliga människor, mer än 15 år efter att de sista kommersiella överljudsflygen slutade. Planen som gjorde dessa resor, de 14 flygplanen som tillsammans kallas Concorden , flög från 1976 till 2003 . Den reste tre gånger snabbare än vanliga passagerarflygplan , men flygbolagen som flög det kunde inte göra vinst på sina resor .



Anledningen till att Concorde var olönsam var i själva verket en bieffekt av dess hastighet. När planet rusade förbi ljudets hastighet - cirka 760 mph - skapade det chockvågor i luften som skulle träffa marken med en hög och plötslig dunk: en sonisk bom. Det är så alarmerande för människor på marken att Förbud mot amerikanska federala regler alla kommersiella flygplan flyger snabbare än ljudets hastighet över land.

Dessa regler, och mängden bränsle som planet kunde bära, begränsade Concorde i själva verket till transatlantiska flygningar. Att driva planet var fortfarande så dyrt att a enkelbiljett mellan London och New York kan kosta över $ 5000. Och Concorden flög ofta med halva platserna tomma.



Den främsta fördelen med supersonisk resa är minskningen av flygtiden. En tre timmars flygning över Atlanten kan göra en dagsutflykt möjlig från USA till London eller Paris, vilket i princip sparar en hel arbetsdag. Som en rymdingenjör som studerar höghastighetsflygfordon , Jag tror att de senaste tekniska framstegen och nya trender inom kommersiella flygresor kan göra överljudsflyg ekonomiskt lönsamt. Men reglerna måste ändras innan civila kan springa genom himlen snabbare än ljud.



När ett plan accelererar bygger det upp ett lufttrycks front genom att trycka luft framför det. När det passerar ljudets hastighet spårar trycket bakom som en båts kölvatten och bildar en sonisk chockvåg. [Foto: Chabacano/ Wiki Commons ]

Slog bommen

När ett flygplan flyger genom luften skapar det tryckstörningsvågor som färdas med ljudets hastighet. När själva flygplanet flyger snabbare än ljud komprimeras störningarna till en starkare störning som kallas en chockvåg. Chockvågmönster runt supersoniska flygplan har nyligen avbildats NASA -experiment . När ett supersoniskt flygplan flyger ovanför kan några av chockvågorna nå marken. Det här är sonisk boom , som upplevs som en häpnadsväckande dunk.

Kommersiella flygningar regleras i USA av Federal Aviation Administration. För att skydda allmänheten från sonika bommar förbjuder de nuvarande FAA -reglerna flygning över land för alla kommersiella flygplan med supersonisk hastighet.



NASA arbetar dock med att avsevärt minska den soniska boomen i dess X-59 program . Genom noggrann utformning av flygplanet är målet att försvaga chockvågorna eller förhindra att de når marken.

Med flygdemonstrationer planerade att börja 2021 kan framgång i NASA: s projekt ta bort ett viktigt hinder för överljudsflyg.

Bullrigt på marken också

Min far tog mig för att se Concorde ta fart i början av 1970 -talet, och det jag kommer ihåg efter alla dessa år är bullret. Numera inser jag att landnings- och startbuller på flygplatser är ett andra hinder för överljudsflygplan. Flygplatsbuller regleras också i USA av FAA, och de nuvarande reglerna kräver att överljudsflygplan uppfyller samma standarder för flygplatsbuller som subsoniska flygplan. Concorden var dock så högljudd att den måste ges ett undantag från dessa regler.



Ett diagram över luftflöde genom en jetmotor. [Foto: Jeff Dahl/ Wiki Commons ]

De senaste subsoniska flygplanen använder mycket stora jetmotorer som ger hög bränsleeffektivitet. Dessa motorer minskar också flygplatsbuller kraftigt genom att accelerera en större volym luft till en lägre hastighet än mindre motorer. De nya motorerna är så tysta att regulatorer två gånger har kunnat minska mängden bullerflygplan får göra sedan Concorde slutade flyga.

Dessa standarder är nu mycket svårare för supersoniska flygplan att uppfylla. Det beror på att supersoniska flygplan inte kan använda de stora nya motorerna, vilket kraftigt ökar motståndet vid hög hastighet. Det kräver i sin tur mer bränsle för att transporteras ombord på planet och brännas under flygning, vilket är både tungt och dyrt. I huvudsak i utformningen av överljudsplan måste en kompromiss hittas mellan buller och effektivitet.

Positiv utveckling

Vissa senaste innovationer för att minska buller från flygplatser på subsoniska flygplan kommer dock också att ge minskningar för supersoniska fordon jämfört med Concorde 1960 -talets design . Dessa framsteg inkluderar användning av chevrons på jetmotorns munstycken för att minska jetbrus genom att mer effektivt blanda gasen från motorn med det yttre luftflödet.

vad hände med toshiba -bärbara datorer

Chevronformarna runt motorns avgasmunstycken hjälper till att minska buller. [Foto: John Crowley/ Wiki Commons ]

Med den förbättrade hastigheten och noggrannheten hos datasimuleringar är det nu lättare att utforska nya brusreducerande flygplanskonstruktioner.

Förutom tekniska framsteg sedan Concorde gick i pension, har det också skett viktiga förändringar i kommersiella flygresmönster. Specifikt har det skett en betydande ökning av användningen av kommersiella affärstransporter och deras ägande av rika individer. Så ett lovande tillvägagångssätt för återintroduktion av supersoniska kommersiella flygplan är att utveckla småföretag. Detta är den metod som Aerion tar.

Uppdaterar reglerna

Teknik och marknadskrafter gör supersoniska flygplan mer acceptabla och billigare - men relevanta luftfartsregler har inte ändrats sedan Concorde -eran. I dess 2018 om godkännande av godkännande , är FAA skyldigt att se över bestämmelserna för överljudsflygplan om sonisk bom och flygplatsbuller. Nyligen har strömmen LUS. administrering signalerade att man vill ändra reglerna för att underlätta supersonisk kommersiell flygning. En viktig första steget innebär att FAA förenklar processen för att testa överljudsflygplan.

Enligt min mening är det nuvarande totala förbudet mot flygning över land med supersonisk hastighet alldeles för restriktivt. Flygplan som flyger med låga överljudshastigheter genererar ingen betydande högkonjunktur. Och NASA X-59-projektet kan resultera i överljudsplan med mycket svagare bommar. I stället för att helt förbjuda bommar skulle det vara bättre att ställa in maximala bomnivåer för att balansera fördelarna med supersonisk flygning med de bullriga skadorna.

Dessutom tror jag att de nuvarande reglerna för flygplatsbuller, som kräver att överljudsplan inte är högre än subsoniska flygplan, medför en orimlig börda för överljudsflygplanutvecklare. Först, som nämnts tidigare, ger Concorde ett prejudikat för att göra ett specialfall för supersoniska flygplan. För det andra, under många år efter deras första återinförande kommer det totala antalet överljudsflygplan som lämnar någon flygplats att vara en liten bråkdel av all trafik. Till exempel, en studie gjord för Aerion indikerade potentiell försäljning av 30 överljudsflygplan om året under 20 år på småföretagsmarknaden. Föreskrifter bör rymma både vad supersonisk flygteknik rimligen kan leverera och vad flygplatssamhällen kommer att tolerera.

Momentum bygger genom förändringar i teknik och marknad som kan få tillbaka supersonisk kommersiell flygning, om reglerna fortsätter. Även om det till en början bara är överkomligt för några få utvalda, kommer erfarenheten från att utveckla och driva dessa flygplan oundvikligen att leda till nya innovationer som driver ner biljettpriserna och öppnar möjligheten att flyga snabbare än ljudets hastighet till en bredare del av samhälle.


Iain Boyd är professor i rymdteknik vid University of Michigan. Det här inlägget dök ursprungligen upp Konversationen .