Renesans naddźwiękowych samolotów pasażerskich

Marcin Strembski

Po skonstruowaniu w latach 50. pierwszych bojowych samolotów naddźwiękowych nieuniknione stało się zainteresowanie przemysłu opracowaniem samolotów cywilnych o wysokich osiągach prędkościowych. Kilka krajów zaangażowało się wówczas w prestiżowy wyścig w dziedzinie konstrukcji naddźwiękowych samolotów pasażerskich, które określane są wspólnym skrótem SST (SuperSonic Transport). Mimo wycofania w 1971 roku rządowego finansowania dla projektu amerykańskiego Boeinga 2707 do eksploatacji udało się wprowadzić anglo-francuskiego Concorde’a oraz radzieckiego Tupolewa Tu-144. Napotkane problemy związane z ekonomią przewozów z prędkością naddźwiękową oraz generowanego przy tym hałasu sprawiły jednak, że wbrew wcześniejszym prognozom samoloty SST nie znalazły się w powszechnym użytkowaniu. Obecnie idea szybkich lotów pasażerskich powraca w postaci kilku programów samolotów doświadczalnych i dyspozycyjnych.

Problemy samolotów pierwszej generacji

Surowe przepisy krajów zachodnich w zakresie generowanego hałasu spowodowały, że europejski Concorde prędkość przelotową mógł rozwijać tylko nad morzami i oceanami. Z kolei w ZSRR główna trasa Tu-144 z Moskwy do Ałma-Aty wiodła w całości nad lądem. Projekt samolotu musiał więc uwzględniać długotrwałe przeloty nad ludzkimi siedzibami. Prace prowadzono pod kątem takiego ukształtowania układu aerodynamicznego, aby przy zachowaniu niezbędnej wytrzymałości i aeroelastyczności konstrukcji przynajmniej częściowo uwzględnić ograniczenia dotyczące uciążliwości gromu dźwiękowego. Uzyskano pewien stopień redukcji hałasu, choć pośpiech, w jakim projektowano radziecką maszynę, by wyprzedzić zachodnią konkurencję, nie sprzyjał zbyt długim badaniom i wyrafinowanym rozwiązaniom, rezultat był więc umiarkowany.

Ani europejski, ani radziecki samolot nie mogły jednak poradzić sobie z wysokimi kosztami eksploatacji związanymi z lotem na dopalaczach, co prowadziło do zużywania dużych ilości paliwa. W początkach lat 60., czyli kiedy formułowano założenia dla samolotów naddźwiękowych, paliwo było tanie i jego koszty nie wydawały się być poważnym problemem. Maszyny naddźwiękowe miały osiągnąć rentowność w oparciu o założenie, że blisko dwukrotnie krótszy od tradycyjnego czas przelotu pozwoli na wypracowanie zysku z częstszego przewozu pasażerów, prowadząc do efektywniejszego wykorzystania floty. Możliwe było to jednak tylko w przypadku długotrwałego utrzymywania się niskich cen paliwa. Tymczasem kryzys naftowy z początku lat 70. spowodował kilkukrotny wzrost cen ropy, co pod względem ekonomicznym pogrążyło koncepcję pasażerskich lotów naddźwiękowych. Dalsze użytkowanie bardzo nielicznych Tu-144 i Concorde’ów było podtrzymywane wyłącznie z przyczyn prestiżowych przez narodowe linie krajów uczestniczących w budowie tych samolotów. Ostatecznie podróż Concorde’em z Europy do Nowego Jorku w cenie około 8 tys. USD (tj. aż 30 razy wyższej niż bilet na najtańszy lot poddźwiękowy) stała się luksusem dostępnym jedynie dla wybranych, a obłożenie foteli w 120-miejscowym samolocie niezbyt często przekraczało 50%. Z kolei w ZSRR nawet nie próbowano stwarzać iluzji, że przelot Tu-144 jest rentowy, cenę biletu ustalając odgórnie na 84 ruble, kiedy rejs w samolocie poddźwiękowym kosztował 60 rubli.

Amerykański X-59 QueSST

Wznowienie prac badawczych nad transportem naddźwiękowym wynika nie tylko z konieczności zaspokojenia potrzeb wąskiej grupy biznesmenów, lecz także z działalności Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego (ICAO) w zakresie kształtowania wymagań co do poziomu gromu dźwiękowego, ponieważ nie ma obecnie ogólnie przyjętych standardów dla jego akceptowalnego poziomu.

Wiodące światowe koncerny lotnicze i ośrodki badawcze już przyłączyły się do nowego wyścigu w budowie cywilnych samolotów naddźwiękowych, napotykając jednak na swojej drodze te same problemy, których nie można było przezwyciężyć podczas opracowywania SST poprzedniej generacji. Są to wysokie zużycie paliwa, które pociąga za sobą wysokie koszty transportu, a także natężenie gromu dźwiękowego i hałasu silników przy starcie i lądowaniu. Do znanych już problemów doszła ostatnio kwestia negatywnego wpływu lotnictwa na klimat i środowisko naturalne. Obecnie Amerykanie aktywnie zaangażowali się przede wszystkim w rozwiązanie dwóch pierwszych problemów. W przeciwieństwie do Francji, Wielkiej Brytanii i Rosji koncerny z USA muszą nadrabiać stracony czas z ostatnich kilkudziesięciu lat, kiedy praktycznie nie pozyskiwano własnych doświadczeń z zakresu transportu naddźwiękowego.

Niemniej jednak kilka dużych amerykańskich firm z zapałem zainwestowało miliony dolarów w rozwój naddźwiękowych samolotów. Boeing zaangażował się w projekt Aerion AS2, Gulfstream w samolot SSJB, Lockheed Martin buduje zaś dla NASA samolot doświadczalny X-59. To właśnie X-59 QueSST (Quiet Supersonic Transport) określany jest światowym przełomem technologicznym w dziedzinie konstrukcji komercyjnych samolotów naddźwiękowych. Innowacja w X-59 polega na znacznym zmniejszeniu intensywności gromu dźwiękowego dzięki szeregowi nowatorskich rozwiązań konstrukcyjnych – silnie wydłużony kształt dziobu samolotu oraz zamocowane na przedzie canardy będą rozprowadzać fale uderzeniowe na kadłubie w taki sposób, aby uniemożliwić ich nakładanie się i wzmacnianie. Zmniejszeniu hałasu sprzyja także górne umiejscowienie wlotu powietrza do silnika, przez co płat tworzy swoisty ekran dźwiękowy dla znajdujących się na ziemi ludzi. NASA zapewnia, że przejście samolotu w lot naddźwiękowy dla ludzkiego ucha nie będzie głośniejsze niż trzaśnięcie drzwiami samochodu (około 75 dB lub nawet mniej, kiedy dla Concorde'a było to 105–110 dB), a lot SST przy prędkości przelotowej Mach 1,5 nie będzie się różnił poziomem hałasu na ziemi od przelotu konwencjonalnego samolotu poddźwiękowego.

W celu obniżenia kosztów programu w konstrukcji X-59 mają zostać wykorzystane elementy istniejących samolotów: napęd będzie stanowił silnik General Electric F414 używany w myśliwcu F/A-18E, podwozie będzie pochodziło z myśliwca F-16, a kabina pilota ma wykorzystywać elementy z samolotu szkolnego T-38. Budowa demonstratora rozpoczęła się 19 czerwca 2018 roku, kiedy pierwsza część stanowiąca fragment dźwigara skrzydła została przywieziona do zakładów Lockheed Martin Skunk Works w Palmdale i umieszczona w przyrządzie montażowym. W etap montażu końcowego maszyna weszła 17 grudnia 2019 roku. Pierwszy lot X-59 planowany jest już w przyszłym roku, choć projektanci dają sobie margines kilku dodatkowych miesięcy, co oznaczać może oblot na początku 2022 roku.

Pełna wersja artykułu w magazynie Lotnictwo 9/2020