L'aerodinamico americano Leonard Green ha brevettato il design di un aereo supersonico silenzioso. Questa notizia ha prodotto un effetto simile a una bomba tra gli specialisti. Gli ingegneri hanno lottato a lungo con il rumore. Questo solo nei secoli XV-XVII. molto rumore e persino un rombo emesso dalla macchina era associato alla sua potenza.; Al giorno d'oggi, gli esperti cercano di rendere qualsiasi motore, auto, aereo il più silenzioso possibile, dedicando molto lavoro alla progettazione e produzione di tutti i tipi di marmitte.
Il nuovo transatlantico, proposto da Leonard Green, senza creare un rumore come il rombo del Concorde, sarà in grado di attraversare l'intero territorio degli Stati Uniti in 90 minuti a una velocità tre volte superiore a quella di propagazione del suono nell'aria. Tali aerei, ritiene Green, sostituiranno rapidamente gli aerei di linea convenzionali dalle rotte a lunga distanza, poiché ridurranno significativamente la durata dei voli. Tuttavia, l'inventore non ha ancora detto una parola su come è riuscito a far fronte al suo compito.
Come ridurre il rumore di un motore a reazione?
Il rumore dei motori a reazione degli aerei è ridotto principalmente grazie al loro design multi-circuito. Invece di un compressore, l'unità più rumorosa, ne sono installati diversi nel motore a turbogetto. Inoltre, le modalità del loro funzionamento sono selezionate in modo che il rumore dei meccanismi si compensi in una certa misura e non si rinforzi a vicenda. Si scopre che potrebbe esserci una cosa del genere nella tecnologia: il rumore sopprime il rumore.
Esistono anche i cosiddetti sistemi di riduzione attiva del rumore. La loro essenza può essere spiegata come segue. Un microfono è posto all'uscita di un'unità funzionante e, di conseguenza, rumorosa. I rumori da lui registrati sono sottoposti a un'elaborazione speciale. L'intero spettro viene scomposto in componenti sinusoidali, ognuna delle quali viene poi traslata in modo tale che quando sovrapposta alle componenti del rumore originale, la "gobba" di ciascuna curva sovrapposta si trovi al posto della "calza" dell'originale uno. In accordo con le leggi della fisica, dovrebbe verificarsi l'interferenza delle onde acustiche e la loro mutua cancellazione. Quindi la teoria va. Tuttavia, in pratica, è sufficiente commettere un leggero errore con la sovrapposizione e i rumori, invece di estinguersi a vicenda, non faranno che aumentare la cacofonia complessiva. Fino ad ora, nessuno è stato in grado di sviluppare analizzatori così precisi e ad azione rapida in grado di produrre una sovrapposizione accurata di componenti sinusoidali uno sopra l'altro. Quindi anche la soppressione parziale del rumore per influenza reciproca può già essere considerata una conquista.
Per la maggior parte, i progettisti di aeromobili devono accontentarsi dei tradizionali sistemi di soppressione del rumore. Mettono marmitte sul diffusore e sull'ugello del motore, usano guarnizioni e rivestimenti per smorzare il rumore e le vibrazioni per le gondole del motore. Tuttavia, ciò avviene al costo di una riduzione totale della spinta. Quindi, anche supponendo che Leonard Green sia davvero riuscito a progettare una marmitta che elimina il 100% del rumore, ciò significherebbe solo che la spinta di un motore del genere è praticamente nulla! E chi ha bisogno di lui così?
Qual è, allora, il segreto di un aeroplano silenzioso?
Per gli aerodinamici, un aereo di linea silenzioso non è una novità. I teorici hanno mostrato molto tempo fa la possibilità fondamentale della sua esistenza. Per fare ciò, devi solo appianare l'onda d'urto, non lasciarla uscire dal corpo dell'aereo. L'immagine fisica di questo fenomeno si presenta così. Qualsiasi corpo che vola rapidamente emette suoni. Proiettili e proiettili fischiano, una pietra sparata da una fionda fischia … La ragione di ciò sono le onde acustiche o la microscopica compattazione dell'aria prodotta da un corpo in rapido movimento. Nel suo slancio in avanti, sembra spingere da parte le molecole d'aria, ed esse cedono con riluttanza, divergendo ai lati, come i "baffi" di una barca che cammina veloce sull'acqua.
Qualsiasi compattazione acustica si propaga nell'atmosfera alla velocità del suono. E mentre il corpo vola a velocità subsonica, le perturbazioni dell'ambiente aereo da esso causate lo sorpassano, dissipandosi gradualmente nell'atmosfera. Ma la velocità dell'oggetto è aumentata, ha raggiunto il suono. In questo momento, tutti i piccoli sigilli si fondono insieme, in un fronte monolitico: non hanno il tempo di fuggire dalla fonte del disturbo e disperdersi. Tale fronte (muro di aria compressa) è chiamato onda d'urto.
Qualsiasi tentativo di sfondare questo muro, di saltare oltre la barriera del suono, di regola, è accompagnato da un rombo inquietante. L'onda d'urto colpisce il suolo con una tale forza che quando l'aereo supera la barriera del suono a bassa quota, fa saltare i tetti delle case e fa cadere le persone. Man mano che la velocità aumenta ulteriormente, l'aereo sorpassa il suono e può volare sopra la testa come un fantasma silenzioso. Ma questo significa solo che il tuono cadrà su di te pochi istanti dopo.
Tuttavia, l'onda d'urto può, in linea di principio, essere domata. Per fare ciò, è necessario selezionare la forma aerodinamica dell'aeromobile in modo che fori la barriera del suono con la stessa facilità con cui un ago attraversa un tessuto sottile. Inoltre, l'analogia della sartoria è qui più profonda di quanto possa sembrare a prima vista. Nota che molti velivoli supersonici hanno nasi aghiformi e ali affilate. Quindi è più facile per loro "bucare" la barriera del suono. Ma sperimentato; La sarta lo sa: quando si cuce un determinato tessuto, la macchina da cucire deve essere regolata, altrimenti ci sarà farina, non funzionerà. È più difficile "sintonizzare" l'aereo su una determinata modalità di volo, ma è ancora possibile - In questo caso, il cono sonoro diventa piatto, l'onda d'urto non sarà così nitida e quindi rumorosa. Tuttavia, l'acustica è una cosa delicata. Ad esempio, un violinista prima di ogni esecuzione è costretto a riaccordare il suo strumento, adattandolo, tra l'altro, alle caratteristiche della data sala, a determinate condizioni atmosferiche.
Come "sintonizzare" l'aereo?
La geometria dell'ala variabile, le prese d'aria regolabili e gli ugelli fissi sono solo una parte della soluzione. La combinazione dell'acustica con l'aerodinamica, secondo i professionisti, è così capricciosa che Leonard Green potrebbe ottenere l'assenza di suono, o meglio il basso rumore, solo con alcune modalità di volo rigorosamente definite. E la pratica di progettazione specifica mostrerà il successo della sua soluzione.
La storia dell'aviazione mondiale non ha mai conosciuto un simile aereo di linea
Specialisti britannici e americani - un team di 40 persone dell'Università di Cambridge e del Massachusetts Institute of Technology - dopo tre anni di sviluppo, hanno presentato un progetto per un nuovo aereo passeggeri SAX-40. Per le persone lontane dai misteri dell'aerodinamica, il liner stupisce prima di tutto con le sue forme. Questo concetto è ufficialmente noto come Blended Wing Body. La figura senza coda della nuova auto ricorda un pipistrello nei contorni. Allo stesso tempo, il suono emesso in volo, secondo Reuters, non sarà più forte di quello di una lavatrice.
Aliante senza coda: un'idea adatta non solo per gli aerei di linea passeggeri, ma anche per gli aerei orbitali
"Il progetto di un aereo passeggeri rivoluzionario è stato declassificato, le cui caratteristiche commerciali diranno poco ai non iniziati", l'accademico dell'Accademia Russa di Cosmonautica intitolato a N. I. N. E. Tsiolkovsky, un esperto nel campo dell'aerodinamica degli aerei Valentin Belokon. - Alla partenza, un'auto da 150 tonnellate vola ad una velocità di circa 900 km/h, trasportando 215 passeggeri. Questo non è niente di speciale. È vero, la gamma è decente - circa 9500 km ".
Qual è dunque, in effetti, la natura rivoluzionaria del nuovo progetto?
Innanzitutto, il SAX-40 consente di risparmiare il 35% di carburante rispetto ai migliori aerei di linea esistenti. Già adesso questo fatto ci fa parlare della nuova vettura come di una salvatrice dell'aviazione civile da una molto probabile tassa “verde” per quei gas serra che vengono emessi in atmosfera dagli aerei.
"Indubbiamente, un'efficienza così unica è stata raggiunta in modo non banale", sottolinea Valentin Belokon. - Questo è il primo aereo di linea per passeggeri progettato sul principio dell'integrazione di un'ala con una fusoliera. Nell'aviazione, cose del genere si ottengono con sforzi molto discreti e molto seri. E non ho dubbi che gli enormi progressi nell'uso dei supercomputer abbiano anche contribuito ad accorciare i tempi di progettazione del SAX-40. Un aeroplano non è progettato usando formule preconfezionate, è per molti versi una questione d'arte, moltiplicata per la potenza di un esperimento informatico, come in questo caso».
Ma questo è davvero già un risultato non banale: un'efficienza insolitamente elevata (un terzo superiore a quella del più economico Boeing 787, che però non vola ancora) è stata raggiunta in soli tre anni di sviluppo. Il passeggero supersonico Concorde è stato progettato per circa sette anni, l'Airbus -380 dall'aspetto standard - per 13 anni. "C'è un intrigo qui", è sicuro Valentin Belokon. - Questa macchina è una simbiosi di due ideologie: un'ala di falce, proposta nel 1944 dalla società tedesca ARADO; e i nostri caccia della classe Su-27 - Su-34, che furono un passo significativo nell'integrazione dell'ala con la fusoliera (sviluppati nel 1969-1981). Il SAX-40 è un abile adattamento di queste soluzioni. Pertanto, diventa molto più chiaro come in tre anni un team relativamente modesto di sole 40 persone abbia progettato un aereo così rivoluzionario".
La figura senza coda della nuova auto ricorda un pipistrello nei contorni. 1 - telaio dell'aeroplano; 2 - motori; 3 - ugelli; 4 - telaio; 5 - bordo d'uscita dell'ala; 6 - il bordo d'attacco dell'ala
Un'integrazione così sofisticata della fusoliera dell'aeromobile con l'ala - non è chiaro dove finisce l'ala e inizia la fusoliera stessa - a parere del nostro esperto, ha permesso di ottenere una qualità aerodinamica dell'aereo unica nel suo genere (il rapporto tra sollevare per spingere). “Per Concorde e il nostro Tu-144, questo valore raggiunge 7,5; I Boeing 747-787 ne hanno circa 20. SAX-40 ne ha 25-27, - sottolinea Belokon. "Prima di lui, solo un aereo di serie con una qualità aerodinamica simile stava volando in tutto il mondo: il nostro aereo da ricognizione strategico M-55 (Geofizika, Myasishchev Design Bureau): la sua qualità aerodinamica era di circa 25".
Il nostro interlocutore spiega che in effetti sia il Concorde che il Tu-144 erano già senza coda: avevano solo una chiglia situata molto vicino alle ali; ma gli stabilizzatori erano spariti. Nel progetto dell'aereo SAX-40, le chiglie sono, per così dire, biforcute e trasferite alle estremità delle ali.
Sottolineiamo ancora: la storia dell'aviazione mondiale non ha ancora conosciuto un simile aereo di linea.
L'apertura alare del SAX-40 è di 67,5 m, sembra eccessiva per un aereo piuttosto piccolo, quasi come quella del Boeing 747 da 400 tonnellate. Tre motori innovativi sono agganciati alla parte posteriore dell'ala, con motori regolabili a getto.
Molte altre soluzioni. Ad esempio, durante l'atterraggio, il carrello di atterraggio lascia le porte, ma esse stesse sono dotate di carenature che riducono sia la resistenza che il rumore. Avvicinandosi al suolo a una velocità di 350-400 km / h, l'aereo solleva con forza il muso. Un normale aereo moderno ha le cosiddette lamelle, che aumentano notevolmente la portanza. Non ci sono lamelle in questo aereo, ma un profilo speciale - piegato verso il basso con il becco - consente di ridurre la velocità a un livello abbastanza sicuro senza lamelle.
È chiaro che l'obiettivo principale di tutti gli sforzi di scienziati e designer non era affatto il desiderio di impressionare l'immaginazione dei potenziali passeggeri. "Questa forma del velivolo è un brillante risultato in termini di aerodinamica", afferma Valentin Belokon."L'uniforme ha due scopi: crociera, volo molto economico e buon atterraggio sicuro."
Gli stessi creatori dell'aereo sottolineano che anche se i produttori approvano il nuovo design, saliremo a bordo del SAX-40 al massimo nell'anno 2025-2030: il rilascio di un aereo completamente nuovo è un piacere molto costoso e piuttosto rischioso. Inoltre, questo processo richiede anche la costruzione di nuovi impianti di produzione.
"Tuttavia, il 2025 è una stima prudente", afferma Valentin Belokon, accademico dell'Accademia russa di cosmonautica. - Quando le cose fondamentali sono risolte, ovviamente, tutto dipende dai sussidi. Prevedo che la scadenza potrebbe essere ridotta al 2015. Inoltre, non ho dubbi che gli sviluppatori del SAX-40 non abbiano ancora presentato tutte le carte. Sicuramente hanno progettato o stanno progettando attivamente una classe di velivoli ora, a partire dal più leggero, il SAX-40 da 150 tonnellate, fino ad almeno un aereo di linea da 1000 tonnellate".
