Projectuiterlijk van het vliegtuig X-59
NASA wil supersonische passagier nieuw leven inblazen luchtvaart. Daartoe is de afgelopen jaren het QueSST-onderzoeksprogramma ontwikkeld, met als doel een verbeterd uiterlijk van een supersonische voering te creëren, verstoken van de tekortkomingen van zijn voorgangers. Als onderdeel van dit programma heeft Lockheed Martin onlangs het X-59 experimentele vliegtuig gebouwd. In de komende maanden zal het vliegtesten ondergaan en het echte potentieel van nieuwe oplossingen en technologieën laten zien.
onderzoeksproject
Een NASA-bureauprogramma genaamd QueSST (Quiet SuperSonic Technology - "Quiet Supersonic Technology") begon aan het begin van het laatste decennium. Zoals de naam al aangeeft, is het doel om de optimale uitstraling van een supersonisch vliegtuig te creëren met een minimaal geluidsniveau. Allereerst waren ze van plan om de sonische knal tijdens supersonische vluchten te verzwakken en te verwijderen.
Tot het midden van het decennium voerde NASA het nodige onderzoek uit en bestudeerde verschillende aerodynamische schema's en lay-outs. In 2016 nodigde het bureau Lockheed Martin uit voor het QueSST-programma. Ze moest de verzamelde wetenschappelijke gegevens gebruiken en eerst een voorlopig en vervolgens een volwaardig project van een experimenteel vliegtuig ontwikkelen voor latere tests.
Model X-59 in een windtunnel
De ontwikkeling van het project, dat later de X-59-index ontving, werd in 2018-19 voltooid. Tegelijkertijd begon de bouw van een experimentele machine in de fabriek van Lockheed Martin in Palmdale (Californië). Het productiebedrijf rapporteerde regelmatig over de uitvoering van bepaalde evenementen - geleidelijk aan kreeg het vliegtuig zijn definitieve vorm en werd het gevuld met eenheden en mechanismen.
Begin juni 2023 is de assemblage van het X-59 product afgerond. Het vliegtuig werd uit de voorraad op zijn eigen chassis neergelaten en naar het vluchtteststation van de fabriek gestuurd. De komende tijd worden alle systemen aan boord gecontroleerd en afgesteld, waarna volwaardige grondtesten beginnen. Voor het einde van dit jaar zijn NASA en Lockheed Martin van plan om de eerste vlucht uit te voeren. Vervolgens worden er enkele jaren besteed aan vliegproeven, waarbij het vliegtuig de ontwerpkenmerken moet bevestigen.
Karakteristiek uiterlijk
De experimentele X-59 QueSST is een eenzits eenmotorig vliegtuig met een speciaal ontwerp. Het zweefvliegtuig met het karakteristieke uiterlijk is helemaal opnieuw ontwikkeld op basis van de verzamelde wetenschappelijke gegevens. Tegelijkertijd werden enkele eenheden geleend van bestaande apparatuur om de constructie te vereenvoudigen. De cockpitelementen zijn dus afkomstig van het T-38-trainingsvliegtuig en het chassis van de F-16-jager.
Het vliegtuig heeft een totale lengte van 29 m, een spanwijdte van 9 m en een parkeerhoogte van 4,25 m. Het maximale startgewicht bedraagt 14,7 ton. Het zal tot 4,4 ton brandstof en 300 kg nuttige lading in de vorm van wetenschappelijke apparatuur aan boord kunnen nemen.
De X-59 kreeg een grote verlengde romp met een variabele dwarsdoorsnede. Het belangrijkste kenmerk is een lange neuskegel met een horizontale voorrand. De stroomlijnkap is goed voor bijna een derde van de totale lengte van het vliegtuig. De motorgondel is in de staart boven de romp geplaatst.
De vlakken zijn gerangschikt volgens het schema van de longitudinale driedekker. Er is een horizontaal verenkleed aan de voorkant met een kleine overspanning, dat zorgt voor evenwicht in de lengterichting. Daarachter is een driehoekige vleugel geplaatst met een gebroken voorrand. In de staart zit een verenkleed in de vorm van een volledig bewegende stabilisator en een geveegde kiel met een klein vlak aan de punt.
Het prototype vliegtuig krijgt één General Electric F414-GE-100 turbostraalmotor - een aangepaste versie van de seriële F414 met een ander besturingssysteem, pijpleidingen, enz. De stuwkracht van de naverbrander van een dergelijke motor bereikt 10 kgf, waardoor het vliegtuig op een hoogte van 16 km een maximale snelheid van 1,5 M kan ontwikkelen bij een kruissnelheid van 1,42 M.
Bouw van een experimenteel vliegtuig
De cockpit van de X-59 is uitgerust met alle benodigde vlieguitrusting. Om de aerodynamica te optimaliseren heeft het vliegtuig geen uitstekende luifel. De afwezigheid van een vizier, dat zicht naar voren en naar beneden geeft, werd gecompenseerd door de installatie van eXternal Vision System (XVS) en Collins EVS3600-videosystemen boven en onder de kuip. Het videosignaal van meerdere camera's wordt gecombineerd tot een gemeenschappelijk beeld en weergegeven op een monitor voor de piloot.
Uitdagingen en oplossingen
Het X-59 QueSST-project staat voor verschillende hoofdtaken met betrekking tot het testen en testen van nieuwe technische oplossingen. Allereerst moet worden gecontroleerd of het vliegtuig met een karakteristiek uiterlijk in alle ontwerpmodi kan vliegen en de opgegeven snelheden kan bereiken. Daarnaast bestuderen ze de aerodynamica en bepalen ze de werkelijke parameters van de schokgolf. In alle teststadia wordt het originele toekomstgerichte videosysteem getest.
In de voorgaande fasen van het QueSST-programma hebben NASA en Lockheed Martin veel onderzoek gedaan en het optimale aerodynamische uiterlijk van het nieuwe vliegtuig gevormd. In dit opzicht kan er geen twijfel bestaan over het vermogen van de ervaren X-59 om te vliegen en ontwerpkenmerken te tonen. Videokijksystemen die het traditionele ontwerp van de lantaarn vervangen, moedigen ook niet aan tot pessimisme. Het is waarschijnlijk dat deze componenten aan de verwachtingen zullen voldoen, al moet verfijning op basis van testresultaten niet worden uitgesloten.
Met dit alles is de belangrijkste taak van de X-59 het demonstreren van een "stille" supersonische vlucht. Ze willen demping van de sonische knal vanwege het speciale ontwerp van het casco. Het platte voorste deel van de neuskegel zou dus de vorm van de resulterende schokgolf moeten veranderen en het volume van het gegenereerde geluid moeten verminderen. De specifieke vorm van de staart en staartvlakken heeft een soortgelijk effect op de bounce achter het vliegtuig.
Door de verlengde kuip neemt de totale lengte van het vliegtuig toe en daarmee ook de afstand tussen de schokgolf voor de neus en achter de staart. Met voldoende afstand zullen de geluidsgolven van de twee hops elkaar niet overlappen en versterken. Ten slotte worden de contouren van het grootste deel van de romp en het vliegtuig gemaakt met de verwachting extra verstoringen te elimineren die de aerodynamica verslechteren.
Volgens berekeningen zal een geoptimaliseerde aerodynamica het geluid tijdens de vlucht verminderen. Een typisch gevechtsvliegtuig produceert tijdens een supersonische vlucht een schokgolf met een luidheid (voor een waarnemer op de grond) van 100-110 dB. Voor X-59 tijdens vluchten op grote hoogte wordt deze parameter verlaagd tot 70-75 dB; de geluidsintensiteit zal met drie ordes van grootte afnemen.
Ready X-59 wordt overgebracht van de werkplaats naar het teststation
Over het algemeen zien de voorgestelde oplossingen er redelijk uit en kunt u het gewenste resultaat behalen. Bovendien werd het ongebruikelijke uiterlijk van het vliegtuig getest in windtunnels en werd het potentieel ervan bevestigd. In feite hebben we het nu alleen over het consolideren van het wetenschappelijke resultaat - en het begin van de studie van technische kwesties.
Praktische perspectieven
De X-59 is alleen bedoeld voor testen en experimenteren. In de toekomst is NASA echter van plan om de ervaring van het huidige QueSST-programma te implementeren in veelbelovende luchtvaarttechnologieprojecten. Het resultaat hiervan zou de opkomst moeten zijn van volwaardige supersonische voeringen voor de burgerluchtvaart. Zelfs de geschatte timing van hun ontwikkeling en hypothetische toetreding tot de lijn kan echter nog niet worden genoemd.
De ontwikkelingen in QueSST kunnen inderdaad van belang zijn voor de luchtvaartindustrie, maar het gebruik ervan brengt bepaalde moeilijkheden met zich mee. Het aanpassen van kant-en-klare oplossingen aan kansrijke projecten vergt enige inspanning en aanvullend onderzoek.
De belangrijkste bron van moeilijkheden zou dus de romp van een karakteristiek ontwerp moeten zijn. Een experimenteel vliegtuig kan rondkomen met een dunne gestroomlijnde romp, maar een volwaardig vliegtuig heeft aanzienlijke interne compartimenten nodig. Om de gewenste kenmerken te behouden, moet de verhouding tussen de lengte en de doorsnede van een dergelijke romp waarschijnlijk binnen een bepaald bereik liggen - en voor een toename van de diameter moet de lengte van het vliegtuig worden vergroot, met begrijpelijke technische gevolgen.
Soortgelijke problemen kunnen zich voordoen bij het opschalen van een voortstuwingssysteem. Eén motor op de X-59 is ondergebracht in een gestroomlijnde gondel. Meer motoren kunnen het oorspronkelijke concept van aerodynamica doorbreken en de prestaties verpesten.
Afzonderlijk moeten we stilstaan bij de karakteristieke neuskegel, die een fundamenteel noodzakelijk onderdeel is van het nieuwe aerodynamische schema. Door de vliegprestaties te verbeteren, vergroot deze eenheid de totale lengte van het vliegtuig en bemoeilijkt het de werking ervan op vliegvelden. Bovendien kan de stroomlijnkap niet worden gebruikt om een groot aantal eenheden en blokken te huisvesten - om onbalans te voorkomen.
Tot nu toe zijn er vragen over de reikwijdte van de ontwikkelingen in QueSST. Het is niet duidelijk welke klassen vliegtuigen volgens dit schema kunnen worden gebouwd. Misschien kan de opgebouwde ervaring alleen worden gebruikt om vliegtuigen van beperkte omvang te maken - "zakenvliegtuigen", enz. Opschaling van de techniek en de opkomst van grotere modellen met een cabine voor een groot aantal passagiers is echter niet uitgesloten. Blijkbaar zullen dergelijke vooruitzichten voor QueSST pas duidelijk worden nadat de geplande tests zijn uitgevoerd.
Cabine interieur. Bovenste monitor vervangt de kap
Aangenomen mag worden dat ontwikkelingen in QueSST als geheel geen toepassing zullen vinden in de militaire luchtvaart. Voor gevechtsvliegtuigen is de schokgolf geen merkbaar probleem. Ze ontmaskert de auto niet en draagt verder geen risico's. De ideeën voor het optimaliseren van de aerodynamica en originele opto-elektronische systemen zullen echter nuttig zijn.
Nieuwe poging
De exploitatie van civiele supersonische voeringen op reguliere lijnen stopte twee decennia geleden. Met al hun voordelen konden de Sovjet Tu-144 en de Engels-Franse Concorde niet concurreren met subsonische voeringen - ze bleken zuiniger, stiller en comfortabeler te zijn. Desalniettemin blijven wetenschappelijke en vliegtuigbouworganisaties zich bezighouden met het onderwerp civiel supersonisch, waarbij ze onderzoeksprogramma's uitvoeren en verschillende projecten aanbieden.
Het huidige QueSST-programma van NASA en Lockheed Martin is in wezen een nieuwe poging om de civiele supersonische luchtvaart nieuw leven in te blazen. Het verschilt echter van een aantal andere soortgelijke projecten. Amerikaanse experts hebben als hoofddoel gesteld om een van de belangrijkste tekortkomingen van een supersonisch vliegtuig in de vorm van een schokgolf weg te werken.
NASA ontwikkelde een originele manier om dit probleem op te lossen en vervolgens, met de hulp van Lockheed Martin, hebben ze het in een echt project opgenomen. Nieuwe ideeën zijn al getest in het laboratorium en de testvluchten van het experimentele vliegtuig zullen binnenkort beginnen. Of de X-59 de hoop die erop is gevestigd kan waarmaken en de ontwikkeling van de burgerluchtvaart kan beïnvloeden, zal in de verre toekomst duidelijk worden.