x-59 NASA

Näin Nasa tuo ääntä nopeamman matkustajakoneen takaisin

Vuoden 2003 jälkeen matkustajakoneilla ei ole lennetty ääntä nopeammin. Nasan X-59 QueSST:n odotetaan muuttavan tilanteen.

Vuoden 2003 jälkeen matkustajakoneilla ei ole lennetty ääntä nopeammin. Nasan X-59 QueSST:n odotetaan muuttavan tilanteen.

Lockheed Martin Corporation/Wikimedia

Maineikas matkustajakone, jolla voitiin lentää ääntä nopeammin, teki viimeisen lentonsa vuonna 2003. Vuonna 1977 reittiliikenteen aloittanut eurooppalainen Concorde oli kuitenkin koko historiansa ajan jonkinmoinen murheenkryyni.

Concorde hörppi ahnaasti polttoainetta ja melusi mahdottomasti lentäessään – käytännössä ainoastaan valtameren yllä – ääntä nopeammin. Äänivallin rikkomisen aiheuttama yliäänipamaushan muistuttaa korvia särkevää räjähdystä.

Samasta syystä Yhdysvalloissa ei ole saanut lentää ääntä nopeammin manneralueen yllä vuoden 1973 jälkeen, jolloin asiasta päätettiin vastauksena lukuisiin valituksiin. Nasa uskoo voivansa muuttaa tilanteen ja kertoo keinoista tuoreessa tiedotteessaan.

Nasan ja muun muassa aseita, avaruustekniikkaa ja lentokoneita valmistavan Lockheed Martin yhdessä kehittämä X-59 QueSST on erikoisen näköinen matkustajakone, jonka on tarkoitus lentää ääntä nopeammin meluamatta sietämättömästi.

x-59 model

X-59 QueSST:n 3D-malli. Pitkä ohut nokka ja kapea runko levittävät iskuaaltoja koneen ympärillä niin, että äänivallin rikkomisen aiheuttama yliäänipamaus vaimenee.

© NASA

Melu hajottaa lasin

Kun lentokone saavuttaa äänen nopeuden eli rikkoo äänivallin, syntyy yliäänipamaus. Sillä tarkoitetaan räjähdystä muistuttavaa melua, jonka voimakkuus on jopa 110 desibeliä.

Äänen nopeus ei ole vakio, vaan se riippuu muun muassa aineesta, lämpötilasta ja paineesta. Kymmenen kilometrin matkalentokorkeudessa ilma voi olla –60-asteista, ja silloin yliäänipamaus esiintyy noin 1 060 kilometrin tuntinopeudessa.

Kun lentokone alkaa lentää ääntä nopeammin, sen ympärille muodostuu kartiomainen ääniaaltotihentymä. Ääntä nopeampaa aaltoa nimitetään iskuaalloksi. Kun se saapuu maanpinnalle, kuuluu pamahtava ääni.

Nykyään on sallittua lentää ääntä nopeammin meren yllä tai vähintään 9 145 metrin korkeudessa maanpinnasta. Tavallisten matkustajakoneiden suurin nopeus on reilut 900 kilometriä tunnissa.

Yliäänipamaus voi olla niin kova, että se rikkoo lasin maanpinnalla. Meluongelmaan on yritetty jo kauan keksiä teknisiä ratkaisuja. Parhaisiin tuloksiin päästään ilmeisesti lentokoneen muotoilulla.

Iskuaallot hajoavat

X-59:n nimen loppuosa, QueSST, tulee sanoista quiet supersonic technology eli hiljainen ylisooninen tekniikka. Sen suunnittelijat ovat panostaneet erityisesti rakenteiden muotoihin.

Koemalli on 29,5 metriä pitkä ja yhdeksän metriä leveä. Sen avulla pitäisi olla mahdollista kehittää erikokoisia matkustajakoneita.

Numeerisen virtausdynamiikan tietokonemallinnusmenetelmillä on selvitetty, kuinka ilma liikkuu koneen ympärillä aiheuttamatta suuria meluhaittoja.

x-59 cfd

Numeerisen virtausdynamiikan menetelmillä selvitettiin, kuinka ilma liikkuu X-59:n tietokonemallin ympärillä.

© NASA

Tulosten pohjalta suunniteltiin konetyyppi, jonka runko on kapea ja nokka pitkä ja ohut. Muoto levittää iskuaaltoja niin, että ei synny tavallista yliäänipamausta.

Muotoilun ansiosta kuuluu ”yliääniläimäys”. Se on niin vaimea ääni, ettei sitä välttämättä edes aistita maanpinnalla häiritseväksi.

x-59 konstruktion

X-59:n rakentaa yhdysvaltalaiskonserni Lockheed Martin. Koneen mallia on testattu monipuolisesti, ja ensilento on tarkoitus tehdä vuonna 2023.

© NASA/ Lockheed Martin

Koemallin suurin nopeus on 1,42 Mach, eli se voi saavuttaa noin 1 510 kilometrin tuntinopeuden. Concorden Mach-luku oli 2,04.

Mach on luku, joka ilmaisee lentävistä lentokoneista puhuttaessa lentonopeuden suhteen äänen nopeuteen lentokorkeudessa.

Ohjaamo on erikoinen X-59:n näkyvyyttä huonontavan pitkän ja kapean nokan vuoksi.

Lentäjät käyttävät näyttöä, johon tuottaa navigointiin tarvittavaa tarkkaa tilannekuvaa koneen ulkopuolelta Nasan eXternal Vision System -niminen järjestelmä. Sen toiminta perustuu kameroiden lisäksi antureihin.

Matkustajakoneversio vuoteen 2030 mennessä

X-59:n pienoismallia on jo testattu tuulitunnelissa hyvin tuloksin, ja viime keväänä prototyypillä tehtiin maanpinnalla tärkeitä kokeita.

x-59 vindtunnel

Muotojen vaikutusta on selvitetty tuulitunnelikokeilla, jotka on tehty X-59:n pienoismallilla.

© NASA

Nasa uskoo X-59:n lentävän ensimmäisen kerran jo vuoden 2023 aikana. Koemallilla ylitetään asuttuja alueita, jotta selviää, miltä äänivallin rikkominen todellisuudessa kuulostaa.

Asukkaat saavat itse arvioida, kuinka häiritseväksi he lentomelun kokevat. Tiedot voivat saada viranomaiset päivittämään ääntä nopeammin lentäviä koneita koskevia ohjeita.

Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, ääntä nopeammin lentävä matkustajakone voi tulla käyttöön vuosikymmenen loppuun mennessä.

Concorde pystyi lentämään Lontoon ja New Yorkin välin yleensä 3,5 tunnissa. Nykyään lentoaika on tavallisesti seitsemisen tuntia.