„Greitis turi nepaneigiamą vertę“, – sako „Boeing“ mokslinių tyrimų ir technologijų vystymo padalinio hipergarsinės technologijos vyr. technologas Kevinas Bowcuttas.
„Boeing“ yra stambus hipergarsinių – greitesnių, nei 5 machai – skrydžių žaidėjas. Kompanija šioje srityje darbavosi nuo 1956 metų, greičio rekordus gerino su X-15 ir pristatė kitus eksperimentinius lėktuvus, tokius, kaip X-43 ir X-51. Pasak K.Bowcutto, „Boeing“ žinios ir patirtis buvo kaupiamos dešimtis metų, ir tai gali tapti rimtu koziriu konkuruojant ne tik su tokiomis JAV firmomis kaip „Lockheed Martin“, bet ir su Kinijos bei Rusijos inžinieriais
Kaip pasiekti 5M
Nors „Boeing“ parodytas lėktuvas tėra koncepcija ir po 20 ar 30 metų, kai tikimasi pirmųjų jo skrydžių, jo išvaizda dar tikrai pasikeis, K.Bowcuttas gali parodyti, kokie inžineriniai sprendimai panaudoti tokiame aparate.
Pakylant 5M (5 machų) greičio nereikia. Ir keleiviai to tikrai nenorėtų. „Boeing“ dizaineriai planuoja sumontuoti plačiame greičių diapazone galintį veikti komercinį turboventiliatorinį variklį, kuris, lėktuvui siekiant hipergarsinio greičio, būtų išjungiamas – tradicinio variklio ventiliatoriaus mentės tokio greičio neatlaikytų ir subyrėtų. Skrendant hipergarsiniu greičiu ventiliatoriaus menčių ir šiaip nereikia – orą suspaudžia pats orlaivis.
Todėl moderniausi hipergarsiniai 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. Ta pati forsažo kamera veiktų kaip TOR“, – sako K.Bowcuttas. Toks variklis orlaivį įgreitintų iki 5M, tad, iš Niujorko į Tokiją būtų galima nuskrieti per maždaug dvi valandas.
Tiesa, skraidant tokiais greičiais būtina radikaliai pakeisti ne tik variklius, bet ir orlaivių dizainą. Pavyzdžiui, didėjant orlaivio greičiui mažėja kėlimo jėgos ir oro trinties santykis (dalykas, laikantis orlaivį ore).
„Turime labai stengtis, kad trintis būtų kuo mažesnė. Todėl taikomi tokie smailūs kampai ir atgal nulenktos briaunos“, – pažymi K.Bowcuttas.
Hipergarsinių orlaivių uodegos taip pat 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, tad hipergarsinius lėktuvus reikia kurti taip, kad jų uodega visada būtų didelio slėgio sraute“ – aiškina inžinierius. „Boeing“ specialistai šią užduotį išsprendė perskirdami uodegą, nulenkdami ją atgal ir valdymo elementus išdėstydami ten, kur jie gali naudotis aukštesnio slėgio oro srautu – būtent todėl ši lėktuvo dalis atrodo taip neįprastai.
Įsiurbiamas vėjas
Kuo greičiau lėktuvas skrenda, tuo mažiau traukos jo varikliai sukuria iš to paties oro kiekio. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl greičiau skrendančių lėktuvų varikliai daromi didesni. „Boeing“ pateiktame vaizde matomas lėktuvas sukurtas taip, kad nukreiptų kuo daugiau oro į variklius: iš esmės visas nuožulnus fiuzeliažas yra sukurtas specialiai tam, kad nukreiptų 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 taip pat bus gan svarbu, nes orlaivio išorė (tikriausiai ji bus gaminama iš titano) nuo trinties su oru įkaistų iki 600 °C.
Koncepcija atveria ir dar vieną aspektą – skrydžio aukštį. Lėktuvas skrietų maždaug 29 km aukštyje, ir tai nėra meninis 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 veiksnys. Tad, didėjant greičiui, dinaminis slėgis pasiekia pavojingą lygį. 9 km aukštyje skriejantis hipergarsinis aparatas nuo jo veikiausiai subyrėtų. Bet 29 kilometrų aukštyje oras retesnis, o dinaminio slėgio lygtys tam pačiam orlaiviui leidžia saugiai skrieti.
Lenktynės prasidėjo
„Boeing“ hipergarsiniai siekiai pirmąkart paviešinti 2018. Anksčiau šiais metais kompanija parodė hipergarsinį žvalgybos bepilotį orlaivį, kuris varžysis su „Lockheed Martin“ bepilote „SR-71 Blackbird“ pamaina.
Didelių greičių keleivinių lėktuvų srityje „Boeing“ laukia rimta 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 hipergarsinio 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, išorės vaizdai į juos bus perduodami iš kamerų. „Tokiame aukštyje matosi Žemės išlinkis ir kosmoso juodumas. Tai bus įspūdingas vaizdas“ – sako jis.
