Supersonisk transport - Supersonic transport
En supersonisk transport ( SST ) eller et supersonisk fly er et sivilt supersonisk fly designet for å transportere passasjerer med hastigheter som er større enn lydens hastighet . Til dags dato har Concorde og Tupolev Tu-144 vært de eneste SST-ene som har sett vanlig rutetjeneste . Det siste passasjerflyet på Tu-144 var i juni 1978, og det ble sist fløyet i 1999 av NASA . Concordes siste kommersielle flytur var i oktober 2003, med en 26. november 2003 fergefly som var den siste luftbårne operasjonen. Etter det permanente flystoppet med Concorde er det ingen resterende SST -er i kommersiell tjeneste. Flere selskaper har hver foreslått en supersonisk forretningsfly , som kan bringe supersonisk transport tilbake igjen.
Supersoniske fly har vært gjenstand for mange nyere og pågående designstudier. Ulemper og designutfordringer er overdreven støygenerering (ved start og på grunn av lydbom under flyging), høye utviklingskostnader, dyre byggematerialer, høyt drivstofforbruk, ekstremt høye utslipp og økte kostnader per sete over subsoniske fly. Til tross for disse utfordringene ble det hevdet at Concorde opererte lønnsomt.
I 2016 kunngjorde NASA at de hadde signert en kontrakt for design av en moderne lydløs SST- prototype . Designteamet ledes av Lockheed Martin Aeronautics .
Historie
Gjennom 1950 -tallet så en SST mulig ut fra et teknisk synspunkt, men det var ikke klart om den kunne gjøres økonomisk levedyktig. På grunn av forskjeller i heisgenerering , har fly som opererer med supersonisk hastighet omtrent halvparten av løft-til-dra-forholdet til subsoniske fly. Dette innebærer at flyet må levere omtrent to ganger skyvekraften for en gitt nødvendig mengde løft, noe som fører til betydelig større drivstofforbruk. Denne effekten er uttalt ved hastigheter nær lydens hastighet, ettersom flyet bruker dobbelt skyvekraft for å reise med omtrent samme hastighet. Den relative effekten reduseres ettersom flyet akselererer til høyere hastigheter. Å kompensere for denne økningen i drivstofforbruk var potensialet til å øke flyets sorteringshastigheter sterkt , i hvert fall på mellomstore og lange avstander der flyet tilbringer mye tid på cruise. SST -design flyr minst tre ganger så raskt som eksisterende subsoniske transporter var mulig, og ville dermed kunne erstatte så mange som tre fly i drift, og dermed lavere kostnader når det gjelder arbeidskraft og vedlikehold.
Seriøst arbeid med SST-design startet på midten av 1950-tallet, da den første generasjonen supersoniske jagerfly tok i bruk. I Storbritannia og Frankrike slo regjeringssubsidierte SST-programmer seg raskt på deltafløyen i de fleste studier, inkludert Sud Aviation Super-Caravelle og Bristol Type 223 , selv om Armstrong-Whitworth foreslo en mer radikal design, Mach 1.2 M-Wing . Avro Canada foreslo flere design til TWA som inkluderte Mach 1.6 dobbelt-ogee ving og Mach 1.2 delta-wing med separat hale og fire under-wing motorkonfigurasjoner. Avros team flyttet til Storbritannia hvor designet dannet grunnlaget for Hawker Siddeleys design. På begynnelsen av 1960-tallet hadde designene kommet til et punkt der det ble gitt klarsignal for produksjon, men kostnadene var så høye at Bristol Airplane Company og Sud Aviation til slutt fusjonerte innsatsen i 1962 for å produsere Concorde.
På begynnelsen av 1960 -tallet fortalte forskjellige ledere i amerikanske luftfartsselskaper den amerikanske offentligheten og kongressen at det ikke var noen tekniske årsaker til at en SST ikke kunne produseres. I april 1960 uttalte Burt C Monesmith, visepresident i Lockheed , til forskjellige magasiner at en SST konstruert av stål som veide 110 000 kg (250 000 pund) (110 000 kg) kunne utvikles for 160 millioner dollar og i produksjon mye av 200 eller mer solgt for rundt 9 millioner dollar . Men det var den anglo-franske utviklingen av Concorde som satte i gang panikk i den amerikanske industrien, hvor man trodde at Concorde snart ville erstatte alle andre langdistansedesign, spesielt etter at Pan Am tok ut kjøpsalternativer på Concorde. Kongressen finansierte snart en SST-designinnsats, og valgte de eksisterende Lockheed L-2000- og Boeing 2707- designene for å produsere et enda mer avansert, større, raskere og lengre design. Boeing 2707 -designet ble til slutt valgt for fortsatt arbeid, med designmål om å ferge rundt 300 passasjerer og ha en marsjfart nær Mach 3 . Sovjetunionen satte seg for å produsere sitt eget design, Tu-144 , som den vestlige pressen kalte "Concordski".
SST ble sett på som spesielt støtende på grunn av sin soniske bom og potensialet for at motorens eksos kan skade ozonlaget . Begge problemene påvirket lovgivernes tenkning, og til slutt droppet kongressen midler til det amerikanske SST -programmet i mars 1971, og all kommersiell supersonisk flytur over land ble forbudt over USA. Presidentrådgiver Russell Train advarte om at en flåte på 500 SSTs som flyr på 20 000 km i en årrekke kan øke vanninnholdet i stratosfæren med så mye som 50% til 100%. Ifølge Train kan dette føre til større varme på bakkenivå og hemme dannelsen av ozon . I forhold til stratosfærisk vann og dets potensial til å øke bakketemperaturene, selv om Concorde ikke er nevnt som kilden til "den siste nedgangen i vanndamp er ukjent", bemerket National Oceanic and Atmospheric Administration i 2010 at nivåene av stratosfæriske vanndamp på 1980 -tallet og 1990 -tallet var høyere enn det på 2000 -tallet, med omtrent 10%, med Susan Solomon fra NOAA som beregnet at det er denne endringen som er ansvarlig for nedgangen i økningen i overflatetemperaturer fra global oppvarming med omtrent 25 prosent sammenlignet med oppvarmingen sats på 1990 -tallet . Russell Train sin andre bekymring for vann-ozon ble imidlertid motarbeidet av Fred Singer i et brev til tidsskriftet Nature i 1971, "som opprørte de som hevdet at supersoniske transporter alvorlig kan påvirke stratosfærisk ozon".
Senere ble en ytterligere trussel mot ozon antatt som et resultat av eksosens nitrogenoksider , en trussel som i 1974 tilsynelatende ble validert av MIT . Mens mange rent teoretiske modeller indikerte potensialet for store ozontap fra SST -nitrogenoksider ( NOx ), vendte andre forskere i avisen " Nitrogen Oxides, Nuclear Weapon Testing , Concorde and Stratospheric Ozone " seg til historisk ozonovervåking og atmosfærisk kjernefysisk testing å tjene som en veiledning og sammenligningsmiddel, og observere at det ikke var noe påvisbart ozontap etter at omtrent 213 megaton eksplosiv energi ble utgitt i 1962, så derfor tilsvarer mengden NOx fra "1047" Concordes som flyr "10 timer om dagen", på samme måte, ikke være enestående. I 1981 var modeller og observasjoner fremdeles uforsonlige. Nyere datamodeller i 1995 av David W. Fahey, en atmosfærisk forsker ved National Oceanic and Atmospheric Administration , og andre, antyder at fallet i ozon på det meste vil være "ikke mer" enn 1 til 2% hvis en flåte av 500 supersoniske fly ble operert. Fahey ga uttrykk for at dette ikke ville være et fatalt hinder for en avansert SST -utvikling - mens "et stort forsiktighetsflagg ... [det] ikke burde være et showstopper for avansert SST -utvikling" fordi "" fjerning av svovel i drivstoffet til [ concorde] "ville i hovedsak eliminert den antatte 1-2% ozon-ødeleggelses-reaksjonsveien.
Til tross for avvik mellom modellobservasjonene rundt ozonproblemet, på midten av 1970-tallet, seks år etter sin første supersoniske testflyging, var Concorde nå klar til service. Det amerikanske politiske ramaskriket var så høyt at New York forbød flyet. Dette truet flyets økonomiske utsikter - det hadde blitt bygget med ruten London - New York i tankene. Flyet fikk komme inn i Washington, DC (i Dulles i Virginia ), og tjenesten var så populær at New York -borgere snart klaget fordi de ikke hadde den. Det var ikke lenge før Concorde flyr inn i JFK .
Sammen med skiftende politiske hensyn, fortsatte den flygende offentligheten å vise interesse for høyhastighets havoverfarter. Dette startet ytterligere designstudier i USA, under navnet "AST" (Advanced Supersonic Transport). Lockheeds SCV var et nytt design for denne kategorien, mens Boeing fortsatte studiene med 2707 som utgangspunkt.
På dette tidspunktet var økonomien i tidligere SST -konsepter ikke lenger rimelig. Da de først ble designet, ble SSTs tenkt å konkurrere med langdistansefly med plass til 80 til 100 passasjerer som Boeing 707 , men med nyere fly som Boeing 747 som hadde fire ganger det, var hastigheten og drivstofffordelene til SST-konseptet tatt bort av ren størrelse.
Et annet problem var at det store hastighetsområdet som en SST opererer over gjør det vanskelig å forbedre motorer. Selv om subsoniske motorer hadde gjort store fremskritt i økt effektivitet gjennom 1960-årene med introduksjonen av turbofanmotoren med stadig økende bypass-forhold , er viftekonseptet vanskelig å bruke ved supersoniske hastigheter der den "riktige" bypass er omtrent 0,45, i motsetning til 2.0 eller høyere for subsoniske design. Av begge disse grunnene ble SST -designene dømt til grunn av høyere driftskostnader, og AST -programmene forsvant på begynnelsen av 1980 -tallet.
Concorde solgte bare til British Airways og Air France, med subsidierte kjøp som skulle returnere 80% av overskuddet til regjeringen. I praksis for nesten hele lengden av arrangementet, var det ingen fortjeneste å dele. Etter at Concorde ble privatisert, førte kostnadsreduksjonstiltak (særlig nedleggelsen av metallurgisk vingeteststed som hadde gjort nok temperatursykluser til å validere flyet til 2010) og prisøkninger på billetter til betydelige fortjenester.
Siden Concorde sluttet å fly, har det blitt avslørt at flyet i løpet av Concorde har vist seg å være lønnsomt, i hvert fall for British Airways. Concorde driftskostnader over nesten 28 års drift var omtrent 1 milliard pund, med inntekter på 1,75 milliarder pund.
De siste vanlige passasjerflyene landet på London Heathrow lufthavn fredag 24. oktober 2003, like over klokken 16: Flight 002 fra New York, en andre flytur fra Edinburgh, Skottland, og den tredje som hadde tatt av fra Heathrow på en loop -flight over Biscayabukten.
På slutten av 1900-tallet hadde prosjekter som Tupolev Tu-244 , Tupolev Tu-344 , SAI Quiet Supersonic Transport , Sukhoi-Gulfstream S-21 , High Speed Civil Transport , etc. ikke blitt realisert.
Realiserte supersoniske fly
August 1961, oversteg en Douglas DC-8-43 (registrering N9604Z) Mach 1 i et kontrollert dykk under en testflyging ved Edwards Air Force Base. Mannskapet var William Magruder (pilot), Paul Patten (copilot), Joseph Tomich (flyingeniør) og Richard H. Edwards (flygtestingeniør). Dette er den første supersoniske flyvningen med et sivilt fly.
Concorde
Totalt ble det bygget 20 Concordes: to prototyper, to utviklingsfly og 16 produksjonsfly. Av de seksten produksjonsflyene gikk ikke to inn i kommersiell tjeneste og åtte var i drift fra april 2003. Alle disse flyene unntatt to er bevart; de to som ikke er F-BVFD (cn 211), parkert som reservedelskilde i 1982 og skrotet i 1994, og F-BTSC (cn 203), som krasjet utenfor Paris 25. juli 2000 og drepte 100 passasjerer , 9 besetningsmedlemmer og 4 personer på bakken.
Tupolev Tu-144
Totalt 16 flyverdige Tupolev Tu-144 ble bygget; en syttende Tu-144 (reg. 77116) ble aldri fullført. Det var også minst en bakketest flyramme for statisk testing parallelt med prototypen 68001 utvikling.
Utfordringer ved supersonisk passasjerflytur
Aerodynamikk
For alle kjøretøyer som kjører gjennom luften, vil kraften av luftmotstand er proporsjonal med motstandskoeffisienten ( C- D ), med kvadratet av lufthastigheten og til lufttetthet. Siden drag øker raskt med hastighet, er en sentral prioritet for supersonisk flydesign å minimere denne kraften ved å senke dragkoeffisienten. Dette gir opphav til de svært strømlinjeformede formene til SST -er. Til en viss grad klarer supersoniske fly også drag ved å fly i større høyder enn subsoniske fly, der lufttettheten er lavere.
Når hastighetene nærmer seg lydens hastighet, vises det ekstra fenomenet bølgedrag . Dette er en kraftig form for drag som begynner ved transoniske hastigheter (rundt Mach 0,88 ). Rundt Mach 1 er toppkoeffisienten for drag fire ganger så høy som for subsonisk drag. Over det transoniske området synker koeffisienten drastisk igjen, selv om den forblir 20% høyere med Mach 2,5 enn ved subsoniske hastigheter. Supersoniske fly må ha betydelig mer kraft enn subsoniske fly krever for å overvinne denne bølgedragingen, og selv om cruisingytelse over transonisk hastighet er mer effektiv, er den fortsatt mindre effektiv enn å fly subsonisk.
Et annet problem i supersonisk flytur er løft -til -drag -forholdet (L/D -forholdet) på vingene. Ved supersoniske hastigheter genererer flybladene heis på en helt annen måte enn ved subsoniske hastigheter, og er alltid mindre effektive. Av denne grunn har det blitt lagt ned betydelig forskning på å designe vingeplanformer for vedvarende supersonisk cruise. På omtrent Mach 2 vil en typisk vingedesign kutte L/D -forholdet i to (f.eks. Klarte Concorde et forhold på 7,14, mens den subsoniske Boeing 747 har et L/D -forhold på 17). Fordi et flys design må gi nok løft for å overvinne sin egen vekt, krever en reduksjon av L/D -forholdet ved supersoniske hastigheter ekstra kraft for å opprettholde lufthastigheten og høyden.
Motorer
Jetmotordesign skifter betydelig mellom supersoniske og subsoniske fly. Jetmotorer, som en klasse, kan levere økt drivstoffeffektivitet ved supersoniske hastigheter, selv om deres spesifikke drivstofforbruk er større ved høyere hastigheter. Fordi hastigheten over bakken er større, er denne reduksjonen i effektivitet mindre enn proporsjonal med hastigheten til godt over Mach 2, og forbruket per avstandsenhet er lavere.
Da Concorde ble designet av Aérospatiale - BAC , hadde jetmotorer med høy bypass (" turbofan " -motorer) ennå ikke blitt distribuert på subsoniske fly. Hadde Concorde tatt i bruk mot tidligere design som Boeing 707 eller de Havilland Comet , hadde det vært mye mer konkurransedyktig selv om 707 og DC-8 fortsatt hadde flere passasjerer. Da disse high -bypass jetmotorene nådde kommersiell tjeneste på 1960 -tallet, ble subsoniske jetmotorer umiddelbart mye mer effektive, nærmere effektiviteten til turbojeter ved supersonisk hastighet. En stor fordel med SST forsvant.
Turbofan-motorer forbedrer effektiviteten ved å øke mengden kald lavtrykksluft de akselererer, ved å bruke noe av energien som normalt brukes til å akselerere varm luft i den klassiske ikke-bypass-turbojet. Det ultimate uttrykket for dette designet er turbopropen , der nesten hele jetstrømmen brukes til å drive en veldig stor vifte - propellen . Effektivitetskurven til vifteutformingen betyr at mengden bypass som maksimerer den totale motoreffektiviteten er en funksjon av hastigheten forover, som reduseres fra propeller, til vifter, til ingen bypass i det hele tatt når hastigheten øker. I tillegg øker det store frontområdet som opptas av lavtrykksviften foran på motoren motstanden, spesielt ved supersoniske hastigheter, og betyr at bypass-forholdene er mye mer begrenset enn på subsoniske fly.
For eksempel var den tidlige Tu-144S utstyrt med en turbofan-motor med lav bypass som var mye mindre effektiv enn Concordes turbojetter i supersonisk flytur. Den senere TU-144D inneholdt turbojetmotorer med tilsvarende effektivitet. Disse begrensningene betydde at SST -design ikke var i stand til å dra fordel av de dramatiske forbedringene i drivstofføkonomien som høye bypass -motorer brakte til det subsoniske markedet, men de var allerede mer effektive enn deres subsoniske turbofan -motstykker.
Strukturelle spørsmål
Supersoniske kjøretøyhastigheter krever smalere vinge- og flykroppdesign, og er utsatt for større påkjenninger og temperaturer. Dette fører til problemer med aeroelasticitet , som krever tyngre strukturer for å minimere uønsket bøyning. SST -er krever også en mye sterkere (og derfor tyngre) struktur fordi flykroppen deres må settes under trykk til et større differensial enn subsoniske fly, som ikke opererer i store høyder som er nødvendige for supersonisk flyging. Disse faktorene sammen betydde at tomvekten per sete i Concorde er mer enn tre ganger så stor som en Boeing 747.
Imidlertid var Concorde og TU-144 begge konstruert av konvensjonelt aluminium ( Hiduminium i Concordes tilfelle) og ( duralumin ), mens mer moderne materialer som karbonfiber og Kevlar er mye sterkere i spenning for vekten (viktig for å håndtere trykk) stress) i tillegg til å være mer stiv. Siden vekten av setet til strukturen er mye høyere i en SST-design, vil eventuelle forbedringer føre til en større prosentvis forbedring enn de samme endringene i et subsonisk fly.
Høye kostnader
| Fly | Concorde | Boeing 747 -400 |
|---|---|---|
| Passasjermil/imperial gallon | 17 | 109 |
| Passasjer miles/US gallon | 14 | 91 |
| Liter/passasjer 100 km | 16.6 | 3.1 |
Høyere drivstoffkostnader og lavere passasjerkapasitet på grunn av det aerodynamiske kravet til et smalt flykropp gjør SST til en dyr form for kommersiell sivil transport sammenlignet med subsoniske fly. For eksempel kan Boeing 747 frakte mer enn tre ganger så mange passasjerer som Concorde mens den bruker omtrent samme mengde drivstoff.
Likevel er drivstoffkostnadene ikke hoveddelen av prisen for de fleste subsoniske flypassasjerbilletter. For det transatlantiske forretningsmarkedet som SST -fly ble brukt til, var Concorde faktisk veldig vellykket og klarte å opprettholde en høyere billettpris. Nå som kommersielle SST -fly har sluttet å fly, har det blitt tydeligere at Concorde tjente betydelig på British Airways.
Startlyd
Et av problemene med Concorde og Tu-144-operasjonen var de høye motorstøynivåene, forbundet med svært høye jethastigheter som ble brukt under start, og enda viktigere å fly over lokalsamfunn nær flyplassen. SST-motorer trenger en ganske høy spesifikk skyvekraft (nettotrykk/luftstrøm) under supersonisk cruise, for å minimere motorens tverrsnittsareal og dermed nacellemotstand . Dessverre innebærer dette en høy strålehastighet, noe som gjør motorene bråkete som forårsaker problemer spesielt ved lave hastigheter/høyder og ved start.
Derfor kan en fremtidig SST godt dra nytte av en motor med variabel syklus , der den spesifikke skyvekraften (og derfor jethastigheten og støyen) er lav ved start, men blir tvunget høyt under supersonisk cruise. Overgang mellom de to modusene vil skje på et tidspunkt under stigningen og tilbake igjen under nedstigningen (for å minimere jetstøy ved tilnærming). Vanskeligheten er å utvikle en motor med variabel syklus som oppfyller kravet til et lavt tverrsnittsareal under supersonisk cruise.
Sonisk bom
Den soniske bommen ble ikke antatt å være et alvorlig problem på grunn av de høye høyder flyene fløy mot, men eksperimenter på midten av 1960-tallet, for eksempel de kontroversielle sonic boomtestene i Oklahoma City og studier av USAFs nordamerikanske XB-70 Valkyrie beviste noe annet (se Sonic boom § Reduksjon ). I 1964 om sivile supersoniske fly ville bli lisensiert, var uklart på grunn av problemet.
Irritasjonen av en lydbom kan unngås ved å vente til flyet er i stor høyde over vann før det når supersonisk hastighet; dette var teknikken som ble brukt av Concorde. Det utelukker imidlertid supersonisk flukt over befolkede områder. Supersoniske fly har dårlige løfte-/draforhold ved subsoniske hastigheter sammenlignet med subsoniske fly (med mindre teknologier som vinger med variabel sveip brukes), og dermed brenner mer drivstoff, noe som resulterer i at bruken av dem er økonomisk ufordelaktig på slike flyveier.
Concorde hadde et overtrykk på 1,94 lb/sq ft (93 Pa) (133 dBA SPL). Overtrykk over 72 Pa (131 dBA SPL) forårsaker ofte klager.
Hvis bomens intensitet kan reduseres, kan dette gjøre at selv svært store konstruksjoner av supersoniske fly er akseptable for landflyging. Forskning tyder på at endringer i nesekeglen og halen kan redusere intensiteten til den soniske bommen under det som trengs for å forårsake klager. Under den opprinnelige SST -innsatsen på 1960 -tallet ble det antydet at forsiktig utforming av flykroppen til flyet kunne redusere intensiteten til den soniske bomens sjokkbølger som når bakken. Ett design fikk sjokkbølgene til å forstyrre hverandre, noe som reduserte lydbommen sterkt. Dette var vanskelig å teste den gangen, men den økende kraften til datamaskinstøttet design har siden gjort dette betydelig lettere. I 2003 ble det fløyet et Shaped Sonic Boom -demonstrasjonsfly som beviste designens forsvarlighet og demonstrerte evnen til å redusere bommen med omtrent halvparten. Selv å forlenge kjøretøyet (uten å øke vekten vesentlig) ser ut til å redusere bomens intensitet (se Sonic bom § Reduksjon ).
Trenger å operere fly over et bredt spekter av hastigheter
Det aerodynamiske designet til et supersonisk fly må endres med hastigheten for optimal ytelse. Dermed ville en SST ideelt sett endre form under flyging for å opprettholde optimal ytelse ved både subsonisk og supersonisk hastighet. Et slikt design vil introdusere kompleksitet som øker vedlikeholdsbehovet, driftskostnadene og sikkerhetsproblemene.
I praksis har alle supersoniske transporter i hovedsak brukt samme form for subsonisk og supersonisk flyging, og et kompromiss i ytelse velges, ofte til skade for lavhastighetsflyging. For eksempel hadde Concorde veldig høy motstand (et løft -til -drag -forhold på omtrent 4) ved lav hastighet, men den reiste med høy hastighet det meste av flyet. Designere av Concorde brukte 5000 timer på å optimalisere kjøretøyets form i vindtunneltester for å maksimere den totale ytelsen over hele flyplanen.
De Boeing 2707 Utvalgte swing vinger for å gi høyere virkningsgrad ved lave hastigheter, men den økte plassen som kreves for en slik funksjon produsert kapasitetsproblemer som viste seg til slutt uoverkommelig.
North American Aviation hadde en uvanlig tilnærming til dette problemet med XB-70 Valkyrie . Ved å senke de ytre panelene på vingene med høye Mach -tall, klarte de å dra nytte av kompresjonsløft på undersiden av flyet. Dette forbedret L/D -forholdet med omtrent 30%.
Hudtemperatur
Ved supersoniske hastigheter komprimerer et fly adiabatisk luften foran det. Den økte temperaturen i luften varmer flyet.
Subsoniske fly er vanligvis laget av aluminium. Aluminium, selv om det er lett og sterkt, tåler imidlertid ikke temperaturer mye over 127 ° C; over 127 ° C mister aluminium gradvis sine egenskaper som ble forårsaket av aldersherding. For fly som flyr på Mach 3, har materialer som rustfritt stål ( XB-70 Valkyrie , MiG-25 ) eller titan ( SR-71 , Sukhoi T-4 ) blitt brukt, med betydelig økning i kostnadene, som egenskapene til disse materialer gjør flyet mye vanskeligere å produsere.
I 2017 ble det oppdaget et nytt keramisk beleggmateriale av karbid som kunne motstå temperaturer som oppstår ved Mach 5 eller høyere, kanskje så høyt som 3000 ° C.
Dårlig rekkevidde
Området for supersoniske fly kan estimeres med den Breguet rekkevidde ligningen.
Den høye startvekten per passasjer gjør det vanskelig å få en god drivstofffraksjon. Dette problemet, sammen med utfordringen fra supersoniske løft/dra -forhold, begrenser i stor grad rekkevidden av supersoniske transporter. Fordi langdistanseruter ikke var et levedyktig alternativ, hadde flyselskapene liten interesse for å kjøpe flyene.
Flyselskapets uønskede SST -er
Flyselskaper kjøper fly for å tjene penger, og ønsker å få mest mulig avkastning på investeringen fra eiendelene sine.
Flyselskaper verdsetter potensielt svært raske fly, fordi det gjør det mulig for flyet å gjøre flere flyvninger per dag, noe som gir høyere avkastning på investeringen. Passasjerer foretrekker generelt sett også raskere reiser med kortere varighet enn langsommere reiser med lengre varighet, så operasjon av raskere fly kan gi et flyselskap et konkurransefortrinn, selv i den grad mange kunder villig vil betale høyere priser til fordel for å spare tid og /eller kommer før. Imidlertid betydde Concordes høye støynivå rundt flyplasser, tidssoneproblemer og utilstrekkelig hastighet at bare en enkelt tur / retur kunne gjøres per dag, så ekstrahastigheten var ikke en fordel for flyselskapet annet enn som en salgsfunksjon til kundene. De foreslåtte amerikanske SST -ene var ment å fly på Mach 3, delvis av denne grunn. Imidlertid, med tanke på akselerasjon og retardasjonstid, ville en transatlantisk tur på en Mach 3 SST være mindre enn tre ganger så rask som en Mach 1-tur.
Siden SST -er produserer soniske lenser ved supersoniske hastigheter, har de sjelden lov til å fly supersonisk over land, og må fly supersoniske over sjøen i stedet. Siden de er ineffektive ved subsoniske hastigheter sammenlignet med subsoniske fly, blir rekkevidden forringet og antallet ruter som flyet kan fly non-stop reduseres. Dette reduserer også ønsket om slike fly for de fleste flyselskaper.
Supersoniske fly har et høyere drivstofforbruk per passasjer enn subsoniske fly; dette gjør billettprisen nødvendigvis høyere, alle andre faktorer er like, i tillegg til at prisen blir mer følsom for oljeprisen. (Det gjør også supersoniske flyvninger mindre miljøvennlige og bærekraftige, to voksende bekymringer for allmennheten, inkludert flyreisende.)
Investering i forsknings- og utviklingsarbeid for å designe en ny SST kan betraktes som et forsøk på å presse fartsgrensen for lufttransport. Generelt, bortsett fra en trang til nye teknologiske prestasjoner, er den viktigste drivkraften for en slik innsats konkurransepress fra andre transportformer. Konkurranse mellom forskjellige tjenesteleverandører innenfor en transportform fører vanligvis ikke til at slike teknologiske investeringer øker farten. I stedet foretrekker tjenesteleverandørene å konkurrere om tjenestekvalitet og kostnad. Et eksempel på dette fenomenet er høyhastighetstog. Hastighetsgrensen for jernbanetransport hadde blitt presset så hardt at den effektivt kunne konkurrere med vei- og lufttransport. Men denne prestasjonen ble ikke gjort for forskjellige jernbanedriftsselskaper til å konkurrere seg imellom. Dette fenomenet reduserer også flyselskapets ønsket om SST-er, fordi for svært langdistanse transport (et par tusen kilometer) er konkurranse mellom forskjellige transportmåter snarere som et enkelthesteløp: lufttransport har ikke en betydelig konkurrent. Den eneste konkurransen er mellom flyselskapene, og de vil heller betale moderat for å redusere kostnadene og øke servicekvaliteten enn å betale mye mer for en hastighetsøkning. Også profittforetak foretrekker generelt lavrisikoforretningsplaner med høye sannsynligheter for merkbar fortjeneste, men et kostbart, ledende teknologisk forsknings- og utviklingsprogram er et høyrisikofirma, ettersom det er mulig at programmet vil mislykkes av uforutsigbare tekniske årsaker eller vil møte kostnadsoverskridelser så store at de på grunn av økonomiske ressursgrenser tvinger selskapet til å forlate innsatsen før den gir noen salgbar SST -teknologi, noe som kan føre til at alle investeringer går tapt.
Miljøpåvirkning
Det internasjonale rådet for ren transport (ICCT) anslår at en SST ville brenne 5 til 7 ganger så mye drivstoff per passasjer. ICCT viser at et supersonisk fly fra New York til London vil forbruke mer enn dobbelt så mye drivstoff per passasjer enn i subsonisk business-class , seks ganger så mye som for økonomiklasse og tre ganger så mye som subsonisk virksomhet for Los Angeles til Sydney . Designere kan enten oppfylle eksisterende miljøstandarder med avansert teknologi eller lobbye politiske beslutningstakere for å etablere nye standarder for SST.
Hvis det var 2000 SST -er i 2035, ville det være 5000 flyvninger per dag på 160 flyplasser og SST -flåten ville slippe ut ~ 96 millioner tonn CO₂ per år (som American , Delta og Southwest kombinert i 2017), 1,6 til 2,4 gigatonn CO₂ i løpet av deres 25-årige levetid: en femtedel av det internasjonale luftfartens karbonbudsjett hvis luftfarten beholder sin utslippsandel for å holde seg under en 1,5 ° C klimabane . Støyeksponert område rundt flyplasser kan dobles i forhold til eksisterende subsoniske fly av samme størrelse, med mer enn 300 operasjoner per dag i Dubai og London Heathrow , og over 100 i Los Angeles , Singapore , San Francisco , New York-JFK , Frankfurt og Bangkok . Hyppige lydbom vil bli hørt i Canada, Tyskland, Irak, Irland, Israel, Romania, Tyrkia og deler av USA, opptil 150–200 per dag eller ett hvert femte minutt.
Under utvikling
Ønsket om en andre generasjons supersoniske fly har holdt seg innenfor noen elementer i luftfartsindustrien, og flere konsepter har dukket opp siden Concorde gikk av.
I mars 2016 avslørte Boom Technology at den er i utviklingsfasen med å bygge et supersonisk jetfly med 40 passasjerer som kan fly Mach 2.2, og hevdet at designsimuleringen viser at den vil være roligere og 30% mer effektiv enn Concorde og kunne å fly Los Angeles til Sydney på 6 timer.
For sin økonomiske levedyktighet har NASA -forskning siden 2006 fokusert på å redusere den soniske bommen for å tillate supersonisk flukt over land. NASA bør fly en demonstrasjon med lav bom i 2019, redusert fra doble smell til myke dunker ved utforming av flyrammer, for å spørre samfunnsrespons, til støtte for en potensiell FAA- og ICAO- forbudsløft i begynnelsen av 2020-årene. The Quiet Supersonic Technology X-flyet vil etterligne shockwave signaturen til en Mach 1,6 til 1,8, 80- og 100-seters passasjerfly for 75 PNLdB sammenlignet med 105 PNLdB for Concorde.
Markedet for supersoniske fly som koster 200 millioner dollar kan være 1300 over en 10-års periode, verdt 260 milliarder dollar. Utvikling og sertifisering er sannsynligvis en operasjon på 4 milliarder dollar.
Den TsAGI utstilt på 2017 MAKS Air Show i Moskva en skala modell av sin Supersonic Business Jet / Commercial Jet som skal produsere en lav sonisk boom tillater supersonisk fly over land, optimert for 2100 km / t (1300 mph) cruise og 7,400-8,600 km rekkevidde. Den vitenskapelige forskningen tar sikte på å optimalisere både Mach 0.8–0.9 transoniske og Mach 1.5–2.0 supersoniske hastigheter, en lignende design testes i en vindtunnel mens motorene blir konseptualisert ved Central Institute for Aviation Motors og design er studert av Aviadvigatel og NPO Saturn .
På NBAA -stevnet i oktober 2017 i Las Vegas, med NASA som bare støtter forskning, sto ulike selskaper overfor ingeniørutfordringer for å foreslå fly uten motor tilgjengelig, variabel topphastighet og driftsmodeller:
- den Boom XB-en babyboom tredje-skala teststed skal fly i 2018 som motor er valgt for en 45/55-seters Trijet passasjerfly nådde Mach 2,2 over vann for 9000 NMI (17000 km, 10000 mi) med en stopp for en virksomhet -klassepris. Med sikte på leveranser i 2023 mottok det 10 forpliktelser fra Virgin og 15 fra et ukjent europeisk flyselskap i 2016, totalt 76 fra fem flyselskaper innen juni 2017;
- Den Spike S-512 er en selvfinansiert twinjet utforming som mål å cruise på Mach 1,6 over vann for 6200 NMI (11500 km, 7100 mi) med 22 passasjerer i et vindu hytte, med uspesifisert 20000 lbf (89 kN) motorer. En modell i SX-1.2-skala skulle ha gjort sin jomfruflytur i september 2017 før en bemannet testbed i 2019 og prototypen i 2021, med tilgjengelighet på markedet for 2023.
| Modell | Passasjerer | Cruise | Rekkevidde ( nmi ) | MTOW | Total kraft | Trykk/vekt |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tupolev Tu-144 | 150 | Mach 2.0 | 3.500 nmi (6.500 km) | 207 t (456 000 lb) | 960 kN (216 000 lbf) | 0,44 |
| Concorde | 120 | Mach 2.02 | 3.200 nmi (7.200 km) | 185 t (408 000 lb) | 676 kN (152 000 lbf) | 0,37 |
| Boom Technology Overture | 55 | Mach 1,7 | 4500 nmi (8 300 km) | 77,1 t (170 000 lb) | 200–270 kN (45 000–60 000 lbf) | 0,26–0,35 |
| Spike S-512 | 18 | Mach 1.6 | 6 500 nmi (11 500 km) | 52,2 t (115 000 lb) | 177,8 kN (40 000 lbf) | 0,35 |
Av de fire milliarder flypassasjerene i 2017 fløy over 650 millioner langdistansefly mellom 3200 og 11 300 km, inkludert 72 millioner i virksomhet og førsteklasses , og nådde 128 millioner innen 2025; Spike prosjekter 13 millioner ville være interessert i supersonisk transport da.
I oktober 2018 planla godkjenningen av FAA støystandarder for supersoniske transporter på nytt, noe som ga utviklere en regulatorisk sikkerhet for deres design, for det meste deres motorvalg. Regler for supersoniske fly-testing autorisasjon i USA og støy sertifisering vil bli foreslått av FAA tidlig 2019. FAA bør foreta en proposisjon for landing-og-takeoff støy før 31 mars 2020 for en regel etter 2022; og for sonisk bom over land fra slutten av 2020, mens NASA planlegger å fly Lockheed Martin X-59 QueSST low-boom flight demonstrator fra 2021 for ICAO- standarder i 2025.
I juni 2019 presenterte Lockheed Martin Quiet Supersonic Technology Airliner , et Mach 1.8, transpacifisk flykonsept for 40 passasjerer , inspirert av NASAs stille supersoniske initiativ og X-59 QueSST . Lavere flyplassstøy og lydbom er tillatt med utformet bomdesign ; integrert støyfri fremdrift; supersonisk supersonisk naturlig laminar flyt ; og cockpit eksternt synssystem (XVS). Den 225 fot (69 m) lange designen er betydelig lengre enn Concorde , med en nesten 70 fot (21 m) lang nese og en 78 fot (24 m) kabin. Den skarpt feide deltavingen har et spenn på 22 fot, noe smalere enn Concorde.
Designmålene er en rekkevidde på 4.200–5.300 nmi (7.800–9.800 km) og en løpefeltlengde på 9 500–10 500 fot (2.900–3.200 m), en sonisk bom på 75–80 PLdB og et cruise på Mach 1.6–1.7 over land og Mach 1,7-1,8 over vann. To bakmonterte, ikke-brennende motorer på 180 000 kb (180 000 kb) er plassert mellom V-haler. Integrert støyfri fremdrift inkluderer avanserte pluggedyser , støyskjermende konsepter og forvrengningstolerante vifteblad .
I august 2020 avduket Virgin Galactic med Rolls-Royce konseptet om et Mach 3-kompatibelt twinjet- deltavingerfly som kan ta opptil 19 passasjerer.
Tidligere konsepter
I november 2003 kunngjorde EADS - morselskapet til Airbus - at det vurderte å samarbeide med japanske selskaper for å utvikle en større og raskere erstatning for Concorde. I oktober 2005 foretok JAXA , Japan Aerospace eXploration Agency, aerodynamisk testing av en skalamodell av et passasjerfly designet for å frakte 300 passasjerer på Mach 2 ( Next Generation Supersonic Transport , NEXST , deretter Zero Emission Hyper Sonic Transport ). Hvis den fortsetter til kommersiell distribusjon, forventes den å være i bruk rundt 2020–25.
I mai 2008 ble det rapportert at Aerion Corporation hadde 3 milliarder dollar i forhåndsbestilling på sitt Aerion SBJ supersoniske forretningsfly. På slutten av 2010 fortsatte prosjektet med en testbed -flyging av en del av vingen. Den Aerion AS2 ble foreslått som en 12-sete Trijet, med et område på 4750 nm (8.800 km, 5470 mi) ved Mach 1,4 over vann eller 5300 nm (9.800 km, 6100 mi) ved Mach 0,95 over land, selv om "boomless" Mach 1.1 flytur ble hevdet å være mulig. Støttet av Airbus og med 20 lanseringsordrer fra Flexjet, ble de første leveransene presset tilbake fra 2023 med to år da GE Aviation ble valgt i mai 2017 for en felles motorstudie. I mai 2021 kunngjorde selskapet at de ville stoppe virksomheten på grunn av manglende evne til å skaffe kapital.
Supersonic Aerospace International 's Quiet Supersonic Transport er et 12-passasjer design fra Lockheed Martin som skal cruise på Mach 1.6, og skal skape en lydbom som bare er 1% så sterk som den som Concorde genererte.
Den supersoniske Tupolev Tu-444 eller Gulfstream X-54 er også blitt foreslått.
Hypersonisk transport
Selv om konvensjonelle turbo- og ramjet-motorer kan forbli rimelig effektive opp til Mach 5.5, blir noen ideer for svært høyhastighetsflyging over Mach 6 også noen ganger diskutert, med sikte på å redusere reisetiden ned til en eller to timer hvor som helst i verden . Disse bilforslagene bruker veldig ofte rakett- eller scramjet -motorer; pulsdetonasjonsmotorer har også blitt foreslått. Det er mange vanskeligheter med en slik flytur, både teknisk og økonomisk.
Rakettmotorkjøretøyer, mens de var teknisk praktiske (enten som ballistiske transporter eller som semiballistiske transporter med vinger), ville bruke en veldig stor mengde drivmiddel og fungere best i hastigheter mellom omtrent Mach 8 og orbitalhastigheter. Raketter konkurrerer best med luftpustende jetmotorer til kostpris på svært lang rekkevidde; Selv for antipodale reiser vil kostnadene imidlertid bare være noe lavere enn lanseringskostnadene for baner.
På Paris Air Show i juni 2011 avduket EADS sitt ZEHST -konsept og cruiset på Mach 4 (4400 km/t; 2400 kn) ved 32 000 m og tiltrukket japansk interesse. Den tyske SpaceLiner er et suborbital hypersonisk bevinget passasjerflyplanprosjekt under foreløpig utvikling.
Forkjølte jetmotorer er jetmotorer med varmeveksler ved innløpet som kjøler luften ved svært høye hastigheter. Disse motorene kan være praktiske og effektive med opptil Mach 5.5, og dette er et forskningsområde i Europa og Japan. Det britiske selskapet Reaction Engines Limited , med 50% EU-penger, har engasjert seg i et forskningsprogram kalt LAPCAT , som undersøkte et design for et hydrogendrevet fly med 300 passasjerer kalt A2 , potensielt i stand til å fly på Mach 5+ direkte fra Brussel til Sydney på 4,6 timer. Den videre forskningsinnsatsen, LAPCAT II, begynte i 2008 og skulle vare i fire år.
STRATOFLY MR3 er et EU-forskningsprogram ( German Aerospace Center , ONERA og universiteter) med mål om å utvikle et kryogent drivstoff 300-passasjerfly som kan fly i omtrent 10.000 Km/t (Mach 8) over 30 km høyde.
Boeing Hypersonic Airliner
Boeing avduket på AIAA 2018 -konferansen en Mach 6 (6.500 km/t; 3.500 kn) passasjerfly. Å krysse Atlanterhavet på 2 timer eller Stillehavet i 3 på 100 000 fot (30 km) ville muliggjøre returflyvninger samme dag, noe som øker flyselskapenes utnyttelse av eiendeler . Ved bruk av en titan- flyramme ville kapasiteten være mindre enn en Boeing 737, men større enn en langdistanse forretningsfly . En gjenbrukbar demonstrator kan flys så tidlig som i 2023 eller 2024 for en mulig oppstart i slutten av 2030 -årene. Aerodynamikk vil dra nytte av Boeing X-51 Waverider- opplevelsen, og kjøre den fremste sjokkbølgen for lavere indusert motstand . Strømningskontroll ville forbedre løftet ved lavere hastigheter, og å unngå etterbrenning ved start ville redusere støy .
Boeing hypersonisk passasjerfly ville bli drevet av en turboramjet , en turbovifte som går over til en ramjet ved Mach 6 ville unngå behovet for en ramjet, ligner på SR-71 Blackbird 's Pratt & Whitney J58 , men stenge av turbinen ved høyere hastigheter. Den ville bli integrert i en aksesymmetrisk ringformet layout med et enkelt inntak og munnstykke , og en bypass -kanal rundt turbinmotoren til en kombinasjon etterforbrenner /ramjet bak. Det vil trenge avansert kjøleteknologi som varmeveksleren utviklet av Reaction Engines , kanskje ved bruk av flytende metan og/eller jetbrensel .
Cruising på 90 000–100 000 fot (27 000–30 000 m) gjør trykkavlastning til en høyere risiko. Mach 6 ble valgt som grensen som kan oppnås med tilgjengelig teknologi . Det ville ha en høy kapasitetsutnyttelse , å kunne krysse Atlanteren fire eller fem ganger om dagen, opp fra en mulig to ganger om dagen med Concorde .
Se også
Referanser
Eksterne linker
- "USAs SST -konkurrenter" . Flight International . 13. februar 1964.
- Nasjonalt forskningsråd (1997). Amerikanske supersoniske kommersielle fly . National Academies Press. ISBN 978-0309058780.
- "Oversikt: sivile motorer" (utdrag fra artikkel om markedet for sivile motorer, inkludert diskusjon om SST). Jane's. August 2006. Arkivert fra originalen 21. august 2006.
- Peter Coen (15. – 17. Mars 2011). "Fundamental Aeronautics Program - Supersonics Project" (PDF) . Prosjektoversikt . National Aeronautics and Space Administration.
- "Avanserte konseptstudier for supersonisk kommersiell transport som går inn i tjenesten i perioden 2018 til 2020" . National Aeronautics and Space Administration . Februar 2013.
- Hargreaves, Steve (26. november 2014). "Supersoniske jetfly kan fly fra New York til LA på 2,5 timer (eller mindre)" . CNN penger .
- "The Sise Rise & Fall" . AirVectors. 1. august 2015.
- Clarke, Chris (24. november 2015). "11 merkelige forsøk på å bygge neste Concorde" . Populær mekanikk . Prøvene og prøvelsene med å prøve å gjenopplive supersoniske passasjerreiser.
- Sun, Yicheng; Smith, Howard (desember 2016). "Gjennomgang og utsikt til supersonisk design av forretningsfly" . Fremskritt innen luftfartsvitenskap . 90 : 12–38. doi : 10.1016/j.paerosci.2016.12.003 . hdl : 1826/11307 .
- Lampert, Allison; Freed, Jamie (12. juli 2018). "USA og Europa kjemper om globale supersoniske jetstøystandarder" . Reuters .