تحول هواپیماهای مافوق صوت در صنعت حمل و نقل هوایی

ناسا قصد دارد یک هواپیمای مافوق صوت کم صدا با نام QueSST بسازد. ناسا اگر موفق به ساخت چنین هواپیمایی شود احتمالا حمل‌و‌نقل هوایی در جهان دچار تحول خواهد شد.

به دلیل تولید صدای بالا، بیشتر کشورها به هواپیماهای مسافربری با سرعت بالای سرعت صوت، اجازه تردد نمی‌دهند.

کنکورد هم به عنوان یک هواپیمای مسافربری مافوق صوت در زمان پروازش با مشکلات مختلفی روبه‌رو بود.

کنکورد؛ ۱۹۶۹-۲۰۰۳

کنکورد برای اولین بار در سال ۱۹۶۹ به پرواز درآمد و در سال ۲۰۰۳ بازنشسته شد. این هواپیما در کنار توپولف ۱۴۴ دو هواپیمای مافوق صوت مسافربری بودند که به دلایل مختلف کنار گذاشته شدند.

کنکورد که محصول مشترک دو کشور فرانسه و بریتانیا بود، می‌توانست با سرعتی حدود دو برابر سرعت صوت پرواز کند. هواپیمای کنکورد با بهره‌گیری از چهار موتور توربوجت با پس‌سوز قادر به پرواز در سرعت‌های مافوق صوت بود. این موتورهای بسیار قدرتمند مصرف سوخت بالایی داشتند. بال‌های کنکورد به دلیل توانایی غلبه بر جریان شدید هوا در سرعت مافوق صوت مثلثی‌شکل بودند.

پس از حادثه سقوطی که در سال ۲۰۰۰ میلادی در پاریس رخ داد و به مرگ تمام سرنشینان این هواپیما منجر شد، مهندسان مشکل فنی را در طراحی موتور این هواپیما یافتند که برطرف کردن آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود و در نتیجه در سال ۲۰۰۳ این هواپیما بازنشسته اعلام شد. مقررات در آمریکا، پرواز با سرعت صوت را ممنوع می‌کند. در مورد کنکورد، پرواز آن در نقاطی انجام می‌گرفت که مقرارت مربوط به سرعت صوت وجود نداشت و به همین دلیل بیشتر مسیرهای پروازی آن روی اقیانوس‌ها بود.

طراحی تازه

برای حل این مشکل بسیاری از شرکت‌های هوا و فضا در حال انجام آزمایش‌های گوناگون هستند.

ناسا برای رفع این مشکل قرار داد ۲۴۷ میلیون دلاری را با شرکت لاکهید مارتین برای ساخت چنین هواپیمایی بسته است. شرکت لاکهید مارتین هم برنامه ریزی کرده تا سال ۲۰۲۵ این هواپیما پرواز کند.

هدف از این برنامه ساخت هواپیمای مافوق صوتی است که صدای آن در نواحی که این هواپیما از آن عبور می‌کند، برای ساکنین آن مزاحمتی نداشته باشد، به‌همین دلیل سازندگان باید طراحی خاصی را در بدنه هواپیما انجام دهند.

با طراحی نوک، بدنه هواپیما، ورودی‌های موتور و بال‌ها می‌توان صدای بالای هواپیماهای فراصوت را کاهش داد. نوک تیز و انحنای میانی و کشیده بودن بدنه هم می‌تواند در شکاف هوا و کاهش موج‌های صوتی موثر باشد.

اما چرا طراحی هواپیمایی با سرعت بالای صوت این قدر هزینه‌بر و از نظر فنی مشکل است؟

به بیان ساده، سیالاتی مانند هوا که قابل فشرده شدن هستند، با امواج صوتی از مسیر جریان آگاه می‌شوند و خود را با آن مطابقت می‌دهند. حال اگر سرعت به بالای سرعت صوت برسد، پیش از آن که هوا بتواند خود را با جریان هماهنگ کند برخورد بین هواپیما و هوا رخ می‌دهد. این برخورد سبب به وجود آمدن موج‌های ضربه‌ای می‌شود که معمولا به شکسته شدن سرعت صوت معروف است. برخلاف اشتباه رایج، شکست دیوار صوتی فقط زمانی روی نمی‌دهد که سرعت هواپیما از سرعت صوت بیشتر شود، چون هواپیما مادامی که با سرعت‌های مافوق صوت در حال پرواز است، چنین موج‌های فشاری را که باعث بروز صدای انفجار مانند می‌شود، ایجاد می‌کند.

از طرفی سرعت که به بالای سرعت صوت برسد، بسیاری از قوانین فیزیک سیالات وارونه عمل می‌کنند. به دلیل چنین شرایطی طراحی بال و بدنه در هواپیماهایی که سرعت بالای صوت دارند با هواپیماهای عادی متفاوت است. به دلیل شکل گرفتن موج‌های ضربه‌ای در سرعت بالای سرعت صوت، به تقویت بدنه و مهندسی بهتر در سازه هواپیما نیاز است و مصرف سوخت هم به دلیل موج‌های ضربه‌ای به شدت افزایش پیدا می‌کند.

برای هواپیمای جدید ابعاد ۲۸ متر برای طول و عرض ۹ متری در نظر گرفته شده است این نمونه آزمایشی قرار است از موتوری مشابه هواپیمای جنگنده اف ۱۸ استفاده کند. بیشترین سرعت برای این هواپیما یک و نیم ماخ در نظر گرفته شده است.

بر اساس برنامه ریزی انجام شده، طراحی این هواپیما تا سال ۲۰۲۱ انجام می‌شود. در سال ۲۰۲۲ قرار است آزمایش‌های زمینی مختلف انجام شود و اگر همه چیز موفقیت‌آمیز باشد، در سال ۲۰۲۵ این هواپیما اولین پرواز آزمایشی خود را انجام می‌دهد.