„Greitis turi nepaneigiamą vertę”, – sako „Boeing Research & Technology“ viršgarsinės technikos vyr. technologas Kevinas Bowcuttas.
„Boeing“ yra stambus viršgrasinių – greitesnių, nei 5 machai – skrydžių rinkos žaidėjas. Kompanija šioje srityje darbavosi nuo 1956 metų, gerino greičio rekordus su X-15 ir pristatė kitus eksperimentinius lėktuvus – tokius, kaip X-43 ir X-51. Pasak K.Bowcutto, „Boeing“ žinias semia iš dešimtmečius trukusių bandymų, ir tai gali tapti kompanijos tūzu kišenėje konkuruojant ne tik su tokiomis JAV firmomis kaip „Lockheed Martin“, bet ir su Kinijos ir Rusijos inžinieriais.
Kaip pasiekti 5M
Nors „Boeing| parodytas lėktuvas tėra koncepcija ir kol po 20 ar 30 metų ims skraidyti, dar tikrai pasikeis, K.Bowcuttas gali parodyti, kokie inžineriniai sprendimai panaudoti tokiame aparate.
Pakylant 5M greičio nereikia. „Boeing“ dizaineriai planuoja panaudoti plačiame greičių diapazone galintį veikti komercinį turboventiliatorinį variklį, kuris lėktuvui siekiant viršgarsinio greičio pasitrauktų – tradicinio variklio ventiliatoriaus mentės tokio greičio neatlaikytų ir suirtų. Skrendant viršgarsiniu greičiu, ventiliatoriaus menčių ir šiaip nereikia – orą suspaudžia pats orlaivis.
Todėl moderniausi viršgarsiniai orlaiviai išties įspūdingiems greičiams pasiekti naudoja tiesiasrūvius oro reaktyvinius (TOR) variklius, kuriuose oras suslegiamas paties lėktuvo judėjimu. „Turbininiuose TOR varikliuose oras būtų nukreipiamas taip, kad aplenktų (turboventiliatorinį) variklį ir patektų į kombinuotą forsažo kamerą, – sako Bowcuttas. – Ta pati forsažo kamera veiktų kaip TOR.” TOR variklis orlaivį įgreitintų iki 5M, tad, iš Niujorko į Tokiją būtų galima nuskrieti per maždaug dvi valandas.
Skraidant tokiais greičiais, būtina radikaliai pakeisti orlaivių dizainą. Pavyzdžiui, didėjant orlaivio greičiui, mažėja kėlimo jėgos ir oro trinties santykis (tai, kas laiko orlaivį ore).
„Turime labai stengtis, kad trintis būtų kuo mažesnė, – pažymi Bowcuttas. – Todėl naudojami tokie smailūs kampai ir atgal nulenktos briaunos.“
Viršgarsinių orlaivių uodegos irgi kelia iššūkį. Viršutinės sparnų briaunos kuria išsiplėtimo bangas, nukreipiančias oro srautą nuo lėktuvo. Taip sukuriamos labai žemo slėgio zonos, trukdančios veikti lėktuvo krypties vairams ir stabilizatoriams,
„Mažame oro slėgyje uodega neveikia efektyviai — jai nepakanka sudaromo slėgio, – sako Bowcuttas. – Tad viršgarsinius lėktuvus reikia kurti taip, kad jo uodega visada būtų didelio slėgio sraute.” „Boeing“ šią užduotį išsprendė perskirdama uodegą, nulenkdama ją atgal ir išdėstydama ten, kur ji gali naudotis aukštesnio slėgio oro srautu – todėl galinė dalis tokia keista.
Įsiurbiamas vėjas
Kuo greičiau lėktuvas skrenda, tuo mažiau traukos jo varikliai sukuria iš to paties oro kiekio. Tai viena iš priežasčių, kodėl greičiau skrendančių lėktuvų varikliai daromi didesni. „Boeing“ pateiktame vaizde matomas lėktuvas sukurtas taip, kad nukreiptų kuo daugiau oro į variklius, dėl to nuožulnus fiuzeliažas iš esmės yra sukurtas nukreipti orą į variklį. „Reikia pasinaudoti lėktuvu, kad būtų paimama kuo daugiau oro”, – sako K.Bowcuttas.
Į variklį patekęs toks greitas oro srautas sulėtėja, o tai sukuria nepageidaujamą karštį. Tad orlaiviui reikės su šiuo karščiu pajėgsiančios susidoroti aušinimo sistemos, ir K.Bowcutto teigimu, „Boeing“ ketina tam panaudoti skystą kurą: pavyzdžiui, metaną, kuris veiktų ir kaip aušiklis. Gabenamiems keleiviams aušinimas irgi bus gan svarbu, nes orlaivio išorė (tikriausiai ji bus gaminama iš titano) nuo trinties su oru įkaista iki 600 °C.
Koncepcija atveria ir dar vieną aspektą – skrydžio aukštį. Lėktuvas skrieja maždaug 95 000 pėdų (29 km) aukštyje, ir tai nėra atisitktinis sumanymas. To priežastis yra dinaminis slėgis, kurį sukuria oro srautas ir kuris labai svarbus visiems skrydžiams. Važiuodami greitkeliu, iškiškite ranką per langą ir keiskite jos kampą, – štai jums pamoka apie dinaminį slėgį.
Oro tankis yra svarbiausias lėktuvus ore laikančio dinaminio slėgio lygčių faktorius. Tad, didėjant greičiui, dinaminis slėgis pasiekia pavojingą lygį. 30 000 pėdų aukštyje skriejantis viršgarsinis aparatas nuo jo veikiausiai subyrėtų, bet 95 000 pėdų aukštyje oras retesnis ir dinaminio slėgio lygtys tam pačiam orlaiviui leidžia saugiai skrieti.
Lenktynės prasidėjo
„Boeing“ viršgarsiniai siekiai paviešinti šiemet, 2018-aisiais. Anksčiau šiais metais kompanija parodė viršgarsinį žvalgybos droną, kuris varžysis su „Lockheed Martin“ bepilote „SR-71 Blackbird“ pamaina.
Didelių greičių keleivinių lėktuvų srityje „Boeing“ laukia stipri konkurencija. Toliausiai pažengusi yra „Airbus“ remiama Nevadoje įsikūrusi „Aerion Corporation“ ir jos AS2 viršgarsiniai verslo lėktuvai. Tikimais, jie pasieks 1,5M – bet talpins tik 12 keleivių. Kompanija tikisi parengtį jį skrydžiams 2023 metais. Šiais metais Kinija pademonstravo unikalų viršgarsinio keleivinio lėktuvo dizainą. Jame didelio greičio sukeliamas aerodinamines jėgas padės įveikti visa papildoma uodega.
Naujuosiuose lėktuvuose gali nelikti langų. K.Bowcuttas sako, kad keleiviai – o gal net ir pilotai – turės virtualius – o ne fizinius – langus, ir išorės vaizdai į juos bus perduodami iš kamerų. „Tokiame aukštyje matosi Žemės išlinkis ir ir kosmoso juodumas, – sako jis. – Tai bus įspūdingas vaizdas.”
