In 2003 landde het laatste passagierstoestel dat sneller dan het geluid kon vliegen. De Europese Concorde vloog al sinds 1976 – maar niet zonder problemen.
De Concorde gebruikte niet alleen heel veel brandstof, maar mocht ook alleen supersonisch vliegen boven zee, omdat de knal die klonk als het vliegtuig door de geluidsbarrière vloog, glas kon versplinteren en gehoorschade kon veroorzaken.
In de VS is supersonisch vliegen boven land sinds 1973 verboden, na talrijke klachten van burgers. NASA wil daar nu verandering in brengen, aldus een persbericht.
Samen met vliegtuigfabrikant Lockheed Martin ontwikkelde NASA de X-59 QueSST. Het ontwerp daarvan beperkt de supersone knal sterk.
3D-model van de X-59 QueSST. De platte neus en smalle romp verspreiden de schokgolven rond het vliegtuig, waardoor de knal bij het doorbreken van de geluidsbarrière verdwijnt.
Glas versplintert
Als een vliegtuig sneller vliegt dan het geluid en de geluidsbarrière doorbreekt, hoor je een knal van wel 110 decibel: een supersone knal of sonic boom.
Temperaturen, luchtdruk en het materiaal van een vliegtuig bepalen mede wanneer de geluidsbarrière wordt doorbroken, maar op 10 kilometer hoogte, waar het -60 °C kan zijn, kan de knal optreden bij 1062 km/h.
Als een vliegtuig de geluidssnelheid nadert, worden de geluidsgolven vóór het toestel samengeperst tot een front. Drukgolven vóór en achter het vliegtuig vormen een schokgolf, die je op de grond hoort als een harde knal.
Nu mogen toestellen alleen supersonisch vliegen boven water of op 9145 meter boven de grond. Daarom halen de meeste passagiersvliegtuigen hooguit 926 km/h.
Omdat de supersone knal zo luid is dat het erg hinderlijk is voor burgers, is er lang gezocht naar een ontwerpoplossing die de knal reduceert.
Ontwerp verspreidt schokgolven
NASA zou die oplossing nu hebben gevonden met de X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology).
Met zijn lengte van 29,5 meter en breedte van 9 meter is de X-59 een testvliegtuig, om te onderzoeken hoe de supersone knal kan worden gedempt. Dit kan een precedent scheppen voor andere vliegtuigtypen, zoals passagiersvliegtuigen.
Met CFD-simulaties (Computational Fluid Dynamics ofwel numerieke stromingsleer) konden de ingenieurs voorspellen waar de luchtmoleculen naartoe moesten bewegen om een knal te voorkomen.
Met CFD-simulaties konden de ingenieurs zien hoe luchtmoleculen rond een computermodel van de X-59 bewegen.
Op grond van deze bevindingen ontwierpen de ingenieurs de contouren van het vliegtuig: een smal, plat ontwerp dat de supersonische schokgolven zodanig verspreidt dat harde knallen worden voorkomen.
Met het nieuwe design zal hooguit nog een zachte sonic thump of supersonische plof te horen zijn.
Vliegtuigfabrikant Lockheed Martin bouwt de X-59. Een model van het vliegtuig heeft een aantal belangrijke tests doorlopen en is klaar voor zijn eerste vlucht in 2023.
Dit testvliegtuig kan een snelheid bereiken van Mach 1,42, wat overeenkomt met iets meer dan 1510 km/h. Ter vergelijking: de Concorde kon een snelheid van Mach 2 bereiken.
Kort gezegd is Mach een eenheid die de snelheid van een voorwerp meet ten opzichte van de geluidssnelheid.
De cockpit van de X-59 is ook bijzonder, want de voorkant van het vliegtuig is lang en smal. Piloten zullen niet veel kunnen zien door het raam.
Wel beschikken ze over een klein HD-scherm, dat het eXternal Vision System van NASA gebruikt voor veilige navigatie. Kleine sensoren op het vliegtuig leveren beelden aan de piloot.
Supersonische passagiersvliegtuigen tegen 2030
Een miniatuurmodel van de X-59 is al met groot succes getest in windtunnels, en dit voorjaar doorliep een model op ware grootte een reeks belangrijke tests op de grond.
Met behulp van een miniatuurmodel van de X-59 is het design getest in een windtunnel.
NASA verwacht dat de X-59 in 2023 klaar is voor de eerste vlucht. Het toestel zal dan een reeks testvluchten maken boven woonwijken, waarbij hij de geluidsbarrière zal doorbreken.
De bewoners wordt gevraagd hoeveel hinder ze ervaren. De resultaten worden verspreid onder regelgevende instanties over de hele wereld, om het verbod op supersonisch vliegen boven land opnieuw te beoordelen.
Als alles volgens plan verloopt, kan een supersonisch passagiersvliegtuig vóór 2030 binnen bereik zijn.
Op het hoogtepunt van de Concorde vloog deze in 3,5 uur van Londen naar New York. Nu duurt die reis 7 uur.