X-59 QueSST: Hava yolculuğunda devrim yaratabilecek sessiz süpersonik uçak
NASA, en iyi uzay aracıyla tanınmakla birlikte, oldukça büyük bir uçak filosuna da sahiptir. 'X'in deneysel anlamına geldiği, saygıdeğer bir X-düzlemleri geleneğine sahiptir. 1946'da sesten hızlı seyahat eden ilk uçak olan X-1 ile başladı. Üç çeyrek yüzyıl sonra, yeni uçağı X-59 da ses duvarını aşmayı hedefliyor - ama bu sefer bunu sessizce yapacak.
Sesin hızı, uçak tasarımcıları için her zaman baş ağrısına neden olmuştur. Bunun nedeni sesin kendi doğasında yatmaktadır. El çırpmaktan rokete kadar herhangi bir şey havayı rahatsız ettiğinde, bir dalga gibi yayılan basınç değişikliklerine neden olur. Bu dalganın hızı havanın özelliklerine bağlıdır, ancak normal şartlar altında 1.200km/sa (750mph) civarındadır.
Lockheed Martin'in Palmdale, California'daki Skunk Works fabrikasında bir mühendis, X-59'un gövde bölümünde çalışıyor. Siyah dikdörtgen paneller, uçağın çevresel kontrol sistemi (ECS) için hava girişleridir ve gümüş ızgara, ECS egzozudur. Bu özellikler, şok dalgası modelini yeniden şekillendirmek için teknenin üstüne yerleştirilmiştir
NASA'nın Langley Araştırma Merkezi'nden Peter Coen, “Tüm uçaklar uçarken etraflarındaki havadaki basıncı değiştirir” diye açıklıyor. Sonuçlar, uçağın ürettiği sesten daha yavaş mı yoksa daha hızlı mı uçtuğuna bağlıdır.
Coen, "Tipik bir ses altı uçakta, basınç değişiklikleri kademelidir, [böylece] uçağın önündeki hava molekülleri basınç değişimini uçak onlara ulaşmadan algılar," diye devam ediyor Coen. "Fakat bir uçak sesten daha hızlı uçarsa, yukarı yöndeki moleküller onun geldiğini bilmezler."
Bu moleküller açısından, uçağın ileri ittiği tüm ses dalgaları bir anda ulaşır. Coen, "Basınç değişiklikleri, şok dalgası denilen şeyde anında gerçekleşir" diyor. “Örneğin, uçağın burnundan gelen bir şok dalgası, her yöne doğru hareket eder ve kanatlardan veya kokpit penceresinden gelen diğer şoklarla birleşir… Bunun sonucu, yerde duyduğumuz iki büyük, farklı şok dalgasıdır. bir sonik patlamanın iki patlaması.”
Bu görüntü, X-59'un motor girişinin içine bakıyor. Genellikle motor bir uçağın altına yerleştirilir, ancak X-59'da girişin ve motorun bu bölümü uçağın üstüne monte edilir. Bu, girişten ve motordan gelen şok dalgalarının, sonik patlamayı sonik bir darbeye indirgemek için kanat tarafından korunduğu şekildedir
Sonik patlamayı yalnızca kısa bir süre duyabilsek de, aslında uçak süpersonik olduğu sürece sürekli olarak üretilir. Uçuş yolunun altında farklı noktalarda bulunan insanlar bunu farklı zamanlarda duyacaklar - ve duyduklarında, hepsi şaşkınlıkla derilerinden fırlayacaklar. Bu nedenle, 1970'lerde Amerika Birleşik Devletleri ve diğer birçok ülke, kendi bölgeleri üzerinde süpersonik uçuşa neredeyse tamamen yasak getirdi.
Sonik patlama kabul edilebilir bir düzeye indirilmedikçe bu durumun değişmesi olası değildir. Coen ve ekibi burada devreye giriyor. O, NASA'nın Düşük Boom Uçuş Gösterisi projesinin görev entegrasyon yöneticisidir. Amaçları, yerdeki insanlar için sıradan bir uçaktan daha fazla rahatsız edici olmayan, uygulanabilir bir süpersonik tasarım üretmektir. Bu 50 yıl önce düşünülemezdi, ancak bilgisayar destekli tasarımdaki ilerlemeler, bugün elimizin altında olduğu anlamına geliyor. Sonuç, Lockheed Martin ile ortak bir çabayla, QueSST (Sessiz Süpersonik Teknoloji için) olarak adlandırılan önerilen bir test aracı olan X-59 oldu.
Coen, “X-59 uçağı benzersiz şekillendirme ve süpersonik teknolojilerle donatılmıştır” diye açıklıyor. "Uzun ve ince bir burun, uçağın tepesindeki motor yerleşimi ve Dış Görüş Sistemi, yerdekilere daha yumuşak bir ses üretmek için şok dalgalarının gücünü ve konumunu kontrol etmek üzere tasarlanmıştır."
Amaç, şok dalgalarını tamamen ortadan kaldırmak değil - ki bu imkansızdır - ancak uçağı, şok dalgalarının uzunluğu boyunca kabaca eşit aralıklarla yerleştirileceği şekilde tasarlamaktır. Coen, "Bu nedenle, şok dalgaları çift şok patlamasında birleşmez, bireysel olarak zayıflar ve yumuşar" diyor.
Her ne kadar her şeyden önce aerodinamik düşüncelerle tasarlanmış olsa da, X-59 her standartta çarpıcı görünümlü bir uçaktır. 30 metrelik uzunluğunun neredeyse üçte biri, arkasındaki tek kişilik kokpitin aerodinamik gövdeye o kadar dikkatli bir şekilde yerleştirildiği sivri uçlu burun tarafından kaplanıyor ki zorlukla fark ediliyor. Aslında, pilotun öne bakan bir ön camı bile yok – sadece ileriyi gösteren bir HD video ekranı (bu, Coen'in daha önce bahsettiği Harici Görüş Sistemidir).
Simülasyonlara göre, tüm bu dikkatli şekillendirme, korkunç ses patlamasını daha kabul edilebilir bir 'ses patlamasına' indirmelidir. Ani, keskin sesleri ölçmek için NASA, 'algılanan seviye desibel' veya PLdB adı verilen bir ölçü kullanır. Geleneksel bir sonik patlama yaklaşık 105PLdB iken, altı metre öteye çarparak kapanan bir araba kapısı sadece 75PLdB'dir. X-59'un hedeflediği seviye bu. Tipik bir seyir irtifasında 1400km/sa (925mph) – ses hızının yaklaşık 1,4 katı – uçarken, duymanız gereken tek şey, komşunuzun bir arabanın kapısını çarpmasından daha kötü olmayan hafif bir gümlemedir.
Ancak şimdiye kadar, hepsi teori. Ancak NASA, X-59'u 2023'ün başlarında Lockheed Martin'den teslim aldığında gerçekliğin nasıl ölçüldüğünü görebilecekler. Test programı iki aşamaya ayrılacak - başlangıçta NASA'nın California test aralıkları üzerinde dikkatli bilimsel ölçümler, ardından seçilen birkaç ABD şehri üzerinde bir topluluk yanıt çalışması.
İkinci aşama çok önemlidir, çünkü insanların PLdB gibi ölçülebilir miktarların ötesine geçen seslere tepki verme biçiminde incelikler vardır. Coen ve ekibi, X-59'un sonik vuruşunun halk tarafından kabul göreceğini umuyor, ancak emin olamıyorlar. Coen, "Görevin topluluk üzerinden uçuş test aşamasına girdikten sonra, bu bilgiyi gerçekten yerde bulunan insanlardan toplayacağız ve X-59'un tepeden uçarken çıkardığı sesi duyacağız" diye açıklıyor.
Halkın tepkisini ölçmek çok önemlidir, çünkü sonuçta yalnızca bu – herhangi bir sayıdaki bilimsel ölçüm ve hesaplamanın aksine – havacılık düzenleyicileri için ağırlık taşıyacaktır. Amaç, onları, X-59'un düşük bomlu tasarım özelliklerini alabilecek gelecekteki herhangi bir uçak için bir muafiyet vererek, süpersonik aşırı uçuşlar üzerindeki genel yasağı değiştirmeye ikna etmektir.
Her şey NASA'nın umduğu gibi giderse, bu on yılın son yılları, Concorde ile başlayıp biten ilk başarısız dönemin ardından, süpersonik hava yolculuğunun ikinci büyük çağının başlangıcını görebilir.
Concorde, 1976 ve 2003 yılları arasında yalnızca iki havayolu şirketi British Airways ve Air France tarafından işletildi. Sıkı uçuş kısıtlamaları, ikonik uçağın yalnızca transatlantik rotalarda kullanıldığı anlamına geliyordu. Concorde elbette çok pahalıydı, ama bu büyük ölçüde türünün ilk örneği olduğu içindi.
Ve bu kadar sınırlı sayıda mevcut rota ile havacılık şirketleri, yakıt tüketimi ve yolcu kapasitesi açısından daha ekonomik hale getirebilecek araştırmaları yürütmek için yeterli teşvike sahip değildi.
Sonik patlama sorununun hiç ortaya çıkmadığı alternatif bir zaman çizelgesinde, süpersonik hava yolculuğunun dünyanın tüm uzun mesafeli rotalarında norm olmasıyla bugünkü durum çok farklı olabilirdi. Şimdi, X-59 beklentileri karşılarsa, bunun dünyamızda gerçekleşmesi için gerçek bir olasılık var.