Zvětšit obrázek

SbiDir-FW pri nadzvukovém letu (University of Miami, NASA)

Dnes provozovaná nadzvuková letadla jsou určená výhradně pro vojenské účely. Většina z nich, včetně mnoha stíhacích letounů, je navržena tak, že může překročit rychlost zvuku pouze dočasně a to ve výjimečných letových režimech (např. raketa za ocasem). Letadel uzpůsobených pro dálkové nadzvukové lety je v těchto dnech, pokud nejsou utajena, minimum. Údajně jen Tu-160, ostatní, jako například SR-71 Blackbird, XB-70 Valkyrie, jsou vyřazena ze služby. V civilním sektoru byl v nadzvukových rychlostech provozován pouze Concorde a Tupolev Tu-144, u kterého však není moc seriózní se o komerčním využití zmiňovat, protože ze šestnácti postavených letadel čtyři havarovala.

Zvětšit obrázek

SbiDir-FW jde na přistání (University of Miami, NASA)

Nadzvukový let s sebou přináší značné technické problémy a aerodynamika nadzvukového letu se výrazně liší. Jedním z tradičních řešení snížení čelního odporu nutného pro přechod na výsokou rychlost je změna geometrie křídel, využívají to například úspěšný F-14 Tomcat, nebo strategický bombarder B-1 Lancer, Su-24, Tu-22. Vyklápění křídel umožnilo americkým strojům přistávat dokonce na US letadlových lodích (s asistovaným zachycením) a přitom si zachovat překročení nadzvukové rychlosti (Mach 2,34 u F-14, Mach 1,25 u B-1). U Tomcatu se rozpětí křídel dynamicky mění z 19,55 m (pro vzlet, přistání a operační let) na 11,58 m (nadzvuk). Design dnešních bojových letadel však sází spíše na pevnou kostru draka, kde je trup předem modelován pro oba letové režimy. Odklon od sklápění křídel dovolují řádově výkonější motory. Nicméně, politické, ekologické a ekonomické překážky většího rozsahu i nadále vážně omezují skutečné nasazení nadzvukových letounů v civilním sektoru. Navíc poptávka po nadzvukovém letu nebyla dostatečná, aby odůvodňovala uvolnění investic do jejich vývoje a zavedení. Concorde byl sice technologicky vyspělým konceptem a přesto, že byl vysoce ziskový, nebyl u dopravců oblíbený právě pro typický aerodynamický hluk provázející každé překročení rychlosti zvuku, dále kvůli jeho vysoké spotřebě paliva a také relativně nízkému doletu (7 250 km).

Zvětšit obrázek

Myšlenka nasazení nadzvukového dopravního letadla na mezikontinentální lety je stále lákavá a to  jak pro výrobce letadel, tak pro letecké společnosti. S originálním projektem přišli výzkumníci Univerzity of Miami a hned za něj dostali grant 100 000 dolarů od NASA (Inovative Advanced Concepts  - NIAC).  Inspirovali se tvarem japonské zbraně (létající hvězdice),  shurikenu. Futuristický vzhled sleduje ryze praktický cíl  - horizontálním pootáčením trupu lze docílit dvou výrazně odlišných aerodinamických charakteristik.
Zatím se výrobci vždy snažili hledat v designu nadzvukových letadel kompromis, jednak aby při  nízkých rychlostech dodávala rozměrná křídla potřebný vztlak a současně aby křídla kladla pokud možno přijatelný čelní odpor pro let vysokou rychlostí. Koncept dvou-stranového letajícího křídla (supersonic bi-directional flying wing) tento problém řeší zcela netradičně.

Zvětšit obrázek

(Kredit: Ge-Chen Zha)

Letadlo startuje  trupem v jednom směru a využívá delších křídel a pro potřebu rychlého letu se hvězdice pootočí o 90 stupňů do své druhé konfigurace s profilem krátkých křídel kladoucí menší čelní odpor. Při změně konfigurace asistují koncovky křídel (winglety), které se posléze zcela sklopí.  Současně s tím se směrují i tryskové motory. Toto řešení výrazně zlepšuje letové vastnosti v obou režimech, jak podzvukovém, tak nadzvukovém a dovoluje zkracovat vzdálenost potřebnou pro vzlet a přistání.
Dnešní civilní letadla spoléhají na tubovitý trup letadla osazený dvěma křídly pro vytvoření potřebného vztlaku. Tvar čtyřcípé hvězdy dovoluje letadlu SBiDir-FW využít  pro tvorbu vztlaku  celý trup. Pasažéři a zavazadla by byli v jeho širší části určené pro podzvukové rychlosti.
 

Miamští dizajnéři spočítali, že by u tohoto tvaru letadla nemělo při rychlostech 1,6 – 2,0 Machu docházet k akustickému třesku a zatím provedené simulace proudění (computational fluid dynamics – CFD) jim v tom dávají za pravdu. To je významný faktor, protože jedním z limitních faktorů nadzvukových letadel v hustě zalidněných oblastech je právě jejich hlučnost související s rázovou vlnou, která se šíří jakmile letadlo opustí "zvukovou obálku". Další výhodou nové koncepce je nižší spotřeba pohonných hmot ve srovnání se svými konkurenty, šetrnost k prostředí a úspornost provozu.  Tím hlavním argumentem je ale zkrácení doby letů. V případě trasy New York – Tokyo by  místo stávajících patnácti hodin stačily pouhé čtyři.

Ge-Chen Zha

Finanční injekce od NASA  má za úkol urychlit ověření parametrů modelu v dalších simulacích CFD a otestovat chování modelu ve větrném tunelu. Pokud vše půjde hladce, miamští by měli dosáhnout i na dalšího půl milionu dolarů, který je v NASA připraven na tento koncept. Autoři věří, že jejich nápad začne měnit vzdálenosti mezi kontinenty do dvaceti let.

Zdroje:
University of Miami
http://en.wikipedia.org/wiki/Grumman_F-14_Tomcat
http://en.wikipedia.org/wiki/B1_Lancer
http://en.wikipedia.org/wiki/Shuriken
http://en.wikipedia.org/wiki/Supersonic_speed

Ge-Chen Zha, vedoucí výzkumného kolektivu s podrobnostmi projektu: