Ponaddźwiękowe i ekologiczne - samoloty pasażerskie przyszłości

Jednym z najnowocześniejszych samolotów pasażerskich jest obecnie (pechowy) Boeing 787 Dreamliner. Wszystko za sprawą lekkich materiałów kompozytowych, z których wykonano kadłub i skrzydła maszyny. Ważną rolę odgrywa także nieco niższe zapotrzebowanie na paliwo. Choć maszyna ma za sobą rekordy dystansu i prędkości lotu, to wciąż jest daleka od ideału.

Ideę przyjaznego środowisku transportu pasażerskiego wspiera Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA). Na rozwój nowych technologii przekazała wiodącym koncernom z branży lotniczo-zbrojeniowej ponad 11 mln dol. W efekcie powstało kilka ciekawych projektów. Podobnymi rozwiązaniami interesują się także mniejsi producenci, którzy swoją ofertę kierują do najbogatszych tego świata.

Inżynierowie najwięcej uwagi poświęcają zmniejszeniu zapotrzebowania na paliwo. Trudno się temu dziwić, skoro Boeing 747 spala go prawie 20 litrów na 1 milę morską (1,85 km). Najprostszym sposobem na zmniejszenie takiego apetytu jest obniżenie wagi samolotu. Można tego dokonać poprzez stosowanie nowoczesnych i lżejszych materiałów kompozytowych - wykorzystanych przy konstrukcji myśliwców F-22 i F-35. Kolejne modyfikacje dotyczą skrzydeł i silników.

Box Wing Jet to maszyna o zapętlonych skrzydłach. Ich nietypowy układ poprawia stosunek siły nośnej do  siły oporu o 16 proc. To pozwala ograniczyć zużycie paliwa, a także zwiększyć zasięg. Sprawdza się również podczas lądowania umożliwiając bardziej strome zejście, a tym samym krótszy lot na niższych wysokościach i mniejszy poziom hałasu. Inżynierowie zrezygnowali także z konwencjonalnych silników turbowentylatorowych na rzecz dwóch silników turbowentylatorowych typu "ultra-bypass". W jednostce tego typu turbina gazowa wykorzystywana jest do napędu nieosłoniętego śmigła składającego się z wielu krótkich łopatek. Przy prędkościach ponaddźwiękowych taki typ silnika jest wydajniejszy o 22 proc. Jeśli dodamy do tego oszczędność paliwa wynikającą z układu skrzydeł, to otrzymamy maszynę o 50 proc. wydajniejszą od tych wykorzystywanych obecnie. Szacuje się, że samolot wyposażony w powyższe rozwiązania mógłby rozpocząć służbę w 2025 roku.

Era ponaddźwiękowego transportu pasażerskiego zakończyła się 26 listopada 2003 roku w raz z ostatnim lądowaniem samolotu Concorde. Ze swoim ogromnym zapotrzebowaniem na paliwo, stosunkowo niską wydajnością, poziomem głośności i zanieczyszczania środowiska był całkowitym przeciwieństwem tego, do czego obecnie dążą konstruktorzy. Godnym następcą Concorde’a powinna być kolejna koncepcyjna maszyna koncernu Lockheed Martin. Jej sekret tkwi w silnikach o zmiennych cyklach pracy - przy manewrach startu i lądowania wykorzysta konwencjonalny napęd turbowentylatorowy, natomiast w trakcie lotu - prawdopodobnie rakietowy.

Nietypowe rozwiązania aerodynamiczne - ogon w kształcie odwróconej litery V - oraz silniki umieszczone na górnej powierzchni skrzydeł mają wyeliminować grom dźwiękowy towarzyszący poruszaniu się obiektu z prędkością ponaddźwiękową. Według inżyniera NASA samolot wyda z siebie stłumiony ryk, który na ziemi będzie porównywalny z odgłosem wydawanym przez odkurzacz. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to samolot wyruszy w pierwszy rejs w 2030 roku.

Konstruktorzy biorą pod uwagę również napęd hybrydowy. I tak przy manewrach startu i lądowania samolot wykorzystywałby oba typy silników - klasyczne oraz elektryczne, natomiast w trakcie lotu - przede wszystkim te drugie. Z takiego rozwiązania miałby korzystać Boeing Sugar Volt, czyli maszyna wielkości modelu 737 o zasięgu 6500 km.

Niezwykle interesująco zapowiada się także nowy układ skrzydeł. - Dzięki cieńszym skrzydłom o większej rozpiętości  można otrzymać więcej siły nośnej i zminimalizować opór powietrza - powiedziała Marty Bradley, główny konstruktor projektu Sugar Volt.

Płaty będą oczywiście składane, więc nie sprawią problemów podczas manewrów na płycie lotniska. Natomiast w połączeniu z napędem "hybrydowym" sprawią, że maszyna będzie wydajniejsza od przeciętnego samolotu o 55 proc. Przy tym będzie emitować o 60 proc. mniej dwutlenku węgla i 80 proc. mniej podtlenku azotu. Dodatkowy napęd pochodzący z silników elektrycznych sprawi, że samolot będzie w stanie wystartować z krótszych pasów startowych.

Swoim projektem pochwalił się również twórca bombowca B-2. Zresztą, pod względem konstrukcji obie maszyny są do siebie bardzo podobne. Koncepcyjny samolot pasażerski jest oparty na układzie latającego skrzydła, co nadaje mu doskonałych właściwości aerodynamicznych. W połączeniu z czterema wentylatorowymi silnikami Rolls Royce pozwala znacznie ograniczyć zużycie paliwa i poziom hałasu. Do budowy kadłuba wykorzystano lekkie i trwałe materiały kompozytowe. - Wszystkie zespoły wykonały naprawdę świetną pracę w trakcie tego projektu. Jestem podekscytowany na myśl o tym, jak za 20 lat będą wyglądały lotniska. Wyniki badań pomogły nam wybrać, gdzie zainwestować nasze dolary w ciągu najbliższych kilku lat - powiedział Mark Mangelsdorf, inżynier projektu.

Zero Emission Hyper Sonic Transport (ZEHST) to ponaddźwiękowy samolot pasażerski przyszłości, którego makietę zaprezentowano 18  czerwca 2011 roku na pokazach lotniczych Le Bourget we Francji. Samolot będzie się rozpędzał do około 4800 km/h na wysokości 32000 metrów, a na pokład zabierze od 50 do 100 pasażerów.

Wiadomo, że maszyna wykorzysta 3 typy napędu - turbowentylatorowy do manewrów startu, lądowania i lotu przy prędkości do 980 km/h, dopalaczy przy prędkości do 3000 km/h oraz strumieniowy, który rozpędzi samolot do maksymalnej prędkości. Pokarmem dla silników będzie biopaliwo z wodorostów, oraz tlen lub wodór.

Konstruktorzy mają nadzieję, że gotowy samolot wzniesie się w powietrze do 2050 roku. Trasę z Krakowa do Tokio pokona w niecałe 3 godziny.

SonicStar - zgodnie z założeniem - powinien się rozpędzić do 4400 km/h na wysokości 18300 metrów, zużywając przy tym 30 proc. mniej paliwa, niż wycofany 10 lat temu Concorde. Wszystko za sprawą hybrydowych silników SonicBlue S-MAGJET (Supersonic-Magnetic Advanced Generation Jet Electric Turbine). Grom dźwiękowy będzie znoszony przez tajemniczą technologię, która wciąż nie istnieje. Samolot zabierze na pokład maksymalnie 20 pasażerów. Pierwszy start zaplanowano na 2021 rok.

Niezwykle interesująco zapowiada się także biznesowa maszyna firmy Aerion. Ten niewielki samolot zabierze na pokład od 8 do 12 pasażerów, a najwyższą wydajność osiągnie przy prędkościach rzędu 1160 i 1830 km/h. Producent ma nadzieję, że maszyny trafią do pierwszych klientów jeszcze przed 2020 rokiem. Podobno zgłosiło się już 50 chętnych, przy czym cena jednego egzemplarza to 80 mln dol.

Nad podobnymi rozwiązaniami pracuje również Japońska Agencja Kosmiczna, ale wciąż brakuje szczegółowych informacji na ich temat.

Rozwój lotnictwa cywilnego zmierza w dwóch różnych kierunkach. Priorytetem dla pierwszego jest ekologia. Potężne samoloty pasażerskie muszą być cichsze, produkować mniej zanieczyszczeń i zużywać zdecydowanie mniej paliwa. Drugi to przede wszystkim prędkość, a więc zupełnie nowa jakość połączeń międzykontynentalnych. Pierwsze rewolucyjne i piękne samoloty pojawią się na niebie za kilkanaście lat. Na pozostałe poczekamy znacznie dłużej.

Jakub Płaza