НАСА считает, что достигла важной вехи в создании тихого сверхзвукового пассажирского самолёта. На прошлой неделе была завершена стадия предварительного обзора дизайна (Preliminary Design Review) для воздушного судна, известного под кодовым названием Quiet Supersonic Transport или QueSST.

QueSST — это первый этап в разработке экспериментального самолёта Low Boom Flight Demonstration (LBFD), который входит в программу экспериментальных разработок X-plane.

Иллюстрация планируемого самолёта Low Boom Flight Demonstration, каким он представлен в предварительном обзоре дизайна (Preliminary Design Review) на прошлой неделе. Иллюстрация: НАСА / Lockheed Martin

23 июня 2017 года комиссия экспертов из разных подразделений агентства НАСА, а также из корпорации Lockheed Martin пришла к заключению, что конструкция QueSST способна удовлетворить требованиям предварительного обзора дизайна и задачам, поставленным преред эти инновационным самолётом. Его главная задача — летать на сверхзвуковых скоростях, но при этом создавать мягкий звуковой удар, а не разрушительную ударную волну, которая обычно ассоциируется со сверзхвуковым транспортом.

Попытки пустить в эксплуатацию сверхзвуковой пассажирский самолёт предпринимались десятилетиями. Советский Ту-144 проявил себя как крайне ненадёжное судно и его сняли с эксплуатации. Британско-французский «Конкорд» — второй сверхзвуковой пассажирский самолёт, находившихся в коммерческой эксплуатации, вместе с Ту-144. Но здесь была другая проблема — слишком высокое потребление топлива и чрезвычайно громкий шум, на который жаловались жители густонаселённых районов, над которыми пролетал самолёт. Даже на скорости меньше скорости звука он создавал гораздо больше шума, чем обычный авиалайнер.

Оглушающий звук ударной волны сопровождает движение любого тела на скорости более 1 Маха, то есть больше скорости звука в данной среде. Область распространения ударной волны от сверхзвукового самолёта ограничена конусом Маха.

Конус Маха возникает, когда тело движется быстрее, чем генерируемые им волны. Чаще всего говорят о звуковой ударной волне от самолёта, который летит на скорости более 1 Маха, то есть больше скорости звука в данной среде. Распространение звуковой ударной волны — адиабатический процесс. Это значит, что в воздушной среде происходит скачок давления, плотности, температуры и скорости воздуха. Звук сам по себе — это колебания плотности, скорости и давления среды. Адиабатический процесс при сверхзвуковой скорости сопровождается ударной волной, которая на удалении от источника энергии вырождается в звуковую волну, а скорость её распространения приближается к скорости звука.

Каждый, кто слышал оглушающий звук ударной волны, больше никогда не захочет это слышать. По причине его деструктивной природы область применения сверхзвуковой гражданской авиации ограничена. Но у QueSST будет настолько мягкий звуковой удар, что он не доставит особого дискомфорта гражданскому населению, обещают инженеры. И поэтому LBFD может стать гражданским сверхзвуковым лайнером, которому разрешат такие полёты.

В будущем НАСА планирует провести лётные тесты, запуская LBFD над городами и собирая данные, которые необходимы регулирующим органам, чтобы в итоге разрешить сверхзвуковую пассажирскую авиацию над жилыми территориями в США и повсюду в мире.

Менеджер проекта по разработке коммерческой сверхзвуковой технологии Питер Коэн (Peter Coen) объясняет в этом видео, что «идея была разработать самолёт, чтобы ударные волны при сверхзвуковом полёте располагались таким образом, чтобы не образовалась оглушающая ударная волна. Вы почувствуете только постепенное нарастание давления, которое производит тихий звук».

Для создания предварительного дизайна QueSST инженеры НАСА с февраля 2016 года наладили сотрудничество с одним из ведущих подрядчиков аэрокосмического агентства — корпорацией Lockheed Martin. В мае 2017 года масштабную модель QueSST завершил испытания в аэрокосмической трубе размером 2,4×1,8 метра в Исследовательском центре НАСА им. Джона Гленна в Кливленде.

Конечно, до создания настоящего самолёта пока ещё очень далеко, но инновационные проекты вроде такого — это планомерное движение от одного ключевого этапа к другому. И утверждение предварительного дизайна означает, что НАСА сделало ещё один важный шаг на этом пути.

Теперь НАСА может приступить к тендеру, где подрядчикам предложат построить пилотируемую версию X-plane с одним двигателем. Тендер проведут позже в этом году, а контракт планируют подписать в начале 2018 года. Конкурс будет совершенно открытым, а предварительным дизайном QueSST и всеми техническими характеристиками поделятся с каждым квалифицированным участником, который подаст заявку. Если всё пойдёт успешно, то первые лётные испытания LBFD X-plane могут начаться в 2021 году.

А пока что в ближайшие несколько месяцев НАСА вместе с Lockheed Martin завершит подготовку окончательной версии документации по предварительному дизайну. Она будет включать в себя результаты статических испытаний характеристик воздухозаборника (static inlet performance) и результаты проведённых ранее испытаний в низкоскоростной аэродинамической трубе Научно-исследовательского центра Лэнгли в Хэмптоне.