Ameerika Ühendriikides asuv lennundusettevõte Boom Technologies loodab lähemal ajal ehitada ülehelikiirusega lendava reisilennuki, mis suudaks lennata 2,2-kordselt üle helikiiruse, s.o. 2 336 km/h 15 km kõrgusel. Prototüüplennukiga XB-1 plaanitakse testlende alustada juba 2018. aastal.
Kogenud lennureisija arvestab Ameerikasse lendamisel vähemalt ööpäevase ajakuluga. Kuigi lennureis Euroopast Ameerika idakalda linnadeni kestab 8-9 tundi, lisandub sellele tollile ja pagasi käitlemisele kuluv aeg, kokku 4-5 tundi ning ajavahest tingitud aklimatiseerumisperiood.
Kasutades aga ülehelikiirusega lendavat reisilennukit Boom on võimalik lühendada lennukestvust kuni 2,6 korda ehk 3,5 tunnini üle Atlandi lendudel. Nii poliitikutel kui ka ärimeestel on võimalik ühe ööpäeva jooksul lennata Ameerikasse, osaleda kohtumistel ning õhtul lennata koju tagasi. Kadestamisväärne aja kokkuhoid!
KAUNIS, AGA KULUKAS CONCORDE
Paljud lugejad mäletavad Inglise-Prantsuse lennukitootjate ühistöös valminud ülehelikiirusega lendavat reisilennukit Concorde. See reisilennuk projekteeriti ja ehitati 50 aastat tagasi ning see oli omal ajal teaduse ja tehnika tippsaavutus. Selle reisikiirus ulatus 2,02 helikiiruseni (Mach 2,02) ning lennuulatus 6 200 kilomeetrini.
Lennuki suurimaks puuduseks oli aga suur kütusekulu. Lennukiirusel Mach 2 oli tema kütusekulu reisija/lennukilomeetri kohta 7-8 korda suurem kui seda oli näiteks Boeing 737-l. Suure kütusekulu tõttu olid ka piletihinnad kõrged.
Teiseks puuduseks oli lennuki kõrge müratase. Teatavasti tekib ülehelikiirusega lennul lennuki ette ja taha koonusekujuline lööklaine (Jet Boom). Inimene kuuleb seda heli lennuki ülelendamisel, nagu oleks tegu plahvatuse või kahuripauguga.
Võib vaid ette kujutada selliste paukudega kaasnevat stressi ja paanikat praegusel terroriohtlikul ajastul. Tulenevalt eeltoodust lubati Concorde’idel lennata ülehelikiirusega üksnes mere kohal ja mitte madalamal kui 15 kilomeetrit.
Paraku jäid Concorde’ide lennud vaatamata kõigele ikkagi kahjumisse, sest nende lennukite reisijatega täituvus oli esimestel aastatel keskmiselt ainult 40 protsenti, hiljem, pärast reisisihtkohtade vähendamist 60 protsendi lähedale.
KAASAEGSE ÜLEHELILENNUKI VÄLJAKUTSE: KESKKONNASÄÄST
Käesoleva projekti suurimaks väljakutseks ei ole mitte niivõrd maksimaalne kiirus, vaid madalama kütusekulu saavutamine reisikiirusel. Samal ajal on oluline tagada õhusõidukile ohutu maandumiskiirus, st 230-250 km/h ning seejuures piisavalt hea stabiilsus ja juhitavus.
Projekteeritav reisilennuk vastab tänapäevase äriklassi laineri kontseptsioonile. Reisijakohti on vähem, kuid lennumugavus on reisijate jaoks kõrgeimal tasemel. Välistelt mõõtmetelt on Boom ligikaudu pool Concorde’i suurusest.
Enne reisilennuki ehitamist plaanivad konstruktorid ehitada väiksemate mõõtmetega prototüübi XB-1 “Baby Boom” ning sooritada esimesed testlennud juba 2018. aastal. Mõõtmete poolest oleks see kolm korda väiksem kui tulevane reisilennuk. Prototüübi testimine võimaldaks kontrollida projekteeritud lennuomaduste vastavust tegelikkusele.
AERODÜNAAMIKA
Projekteerimise käigus on arvutisimulatsioonis läbi viidud üle 1000 tuuletunnelitesti. Selle tulemusel on leitud nii tiiva kui kere optimaalseim suurus ja kuju.
[dropcap]DELTATIIB XB-1 [/dropcap]Optimeeritud deltatiib koosneb paljudest erinevatest, väikese kumerusega tiivaprofiilidest. Suurtel lennukiirustel on tiib suhteliselt väikese takistusega, maandumiskiirusel aga piisavalt suure tõstejõukoefitsiendiga.
[dropcap]TIIVA JA KERE LIITEKOHT [/dropcap]Õhusõiduki projekteerimisel on rakendatud nn. ”pindalade reeglit” (Area rules). Selle reegli kohaselt peab ülehelikiirusega lennukitel lainetakistuse vähendamiseks kere ristlõige olema tiiva maksimaalse paksuse kohal oluliselt väiksem kui tiiva ees ja taga. Enamus militaarlennukitest on selle reegli järgi ehitatud (näit. F-16, Su-27, Mig-29 jt.)
[dropcap]TIIVA INTEGRAALSKEEM [/dropcap]Tiiva esiserva ja kere esiosa vahel on kiilukujulised voolundid. Selle tulemusel arendab tõstejõudu ka osa kerest. Ülehelikiirusega lennul väheneb integraalskeemi rakendamine tõstekeskme liikumist sabapoole, samas väikestel lennukiirustel tekitavad voolundid enda taha keeristeväljad, mis mõnevõrra suurendavad tiiva tõstejõudu ja vähendavad maandumiskiirust.
[dropcap]NOOLJAS TAGASERV [/dropcap]Boom ülehelikiirusel liikuva superlennuki projekteerijate väitel vähendab tiiva noolekujuline tagaserv induktiivtakistust ning lisaks ka mürataset.
KONSTRUKTSIOON
Lennuki konstruktsioonis kasutatakse laialdaselt süsinikkiul põhinevaid komposiitmaterjale (plastikuid). Sama tugevuse juures on komposiitmaterjalidest valmistatud konstruktsioonid üle kahe korra kergemad, kui seda on alumiiniumsulamitest konstruktsioonid.
Õhusõiduki väiksem lennukaal võimaldab vähendada vajalikku tiivapindala ning sellega koos ka aerodünaamilist takistust.
Komposiitmaterjalid on suhteliselt vastupidavad ka kiirel lennul kaasnevale kineetilisele soojenemisele. Arvestuslikult peaks XB-1 tiiva ja kere esiserv M 2,2 juures kuumenema kuni +174 C.
Komposiitmaterjalide tugevus hakkab langema +200 C kõrgemal. Concorde’i kere, mis oli valmistatud alumiiniumsulamitest, pikenes kineetilise soojenemise tõttu lennu ajal koguni 38 cm.
Komposiitmaterjalide joonpaisumistegur aga on väiksem ning konstruktsioon on selle tõttu lihtsam ja kergem. Suures osas koosnevad komposiitmaterjalidest ka tänapäeva moodsaimad reisilennukid Airbus A 350 ja Boeing 787.
KÜTUSESÜSTEEM
XB-1 kütus, kokku 3 170 kg, on jaotatud 11 eraldi paagi vahel. Mootorite kütusega varustamine tagavad kütusepumbad. Sarnaselt Concorde’ile kasutatakse ülehelikiirusega lennul tõstekeskme tahapoole liikumise kompenseerimiseks (machtrim) kõige sabapoolsemat kütusepaaki.
Seega pumbatakse lennukiiruse suurenemisel osa kütust sabapaaki ja liigutatakse ka lennuki raskuskese saba poole. Lennukiiruse vähendamisel alla helikiiruse aga pumbatakse kütus tagasi põhipaaki. Tänapäeva lennukitel toimub raskuskeskme liigutamine automaatselt koos lennukiiruse muutmisega.
MOOTORID
Testlennukile paigaldatakse kolm General Electric J85-21 turboreaktiivmootorit. Senini on seda tüüpi mootorid leidnud kasutust väiksematel reaktiivlennukitel nagu näiteks F-5F ja T-38. Üks mootor suudab arendada 2 270 kg tõukejõudu, kaaludes seejuures ise 303 kg.
Kolme mootori töö tagamiseks on lennukil kaks reguleeritavat õhuvõtukanalit. Õhuvoolu kiirus tuleb enne mootori kompressorit eelhelikiiruseni vähendada. Seejärel surub 9-astmeline telgkompressor õhu kokku ja pärast põlemiskambreid ületab väljalaskegaaside kiirus oluliselt helikiirust.
Õhu sisselaskekanalite geomeetriat saab automaatselt muuta laias lennukiiruste diapasoonis. Stardil, kui õhkkiirus on veel väike, saab võimsuse suurendamiseks avada õhuvõtukanali allosas olevad lisaluugid. Lennu ajal on need luugid harilikult suletud. Võrreldes teiste samalaadsetega on J85-21 mootorid suhteliselt efektiivsed ja vaiksed.
KLÕPSA GRAAFIKAL, ET LUGEDA SELGITUSI
JUHTIMINE
Õhusõidukit saavad juhtida nii piloot kui ka vajadusel lennuinsener. Lisaks on dubleeritud elektroonilised juhtimiskanalid. Ühe kanali rikke korral lülitub automaatselt sisse teine kanal. Tüüride liigutamine toimub läbi hüdrovõimendite aktuaatorite (Power Control Unit, PCU) abil.
BLAKE SCHOLL: ME TAHAME AIDATA INIMKONDA
Liikudes helikiirusest 2,2 korda kiiremini, suudaks ülehelikiirusega reisilennuk katta vahemaa New York’ist Londonisse 3 tunni ja 15 minutiga. Idufirma Boom Technology on oma hullumeelse plaani teostamiseks loonud partnerluse Richard Bransoni firma Virgin Galacticuga.
Ühiste jõududega ehitatav ülehelikiirusel liikuv reisilennuk tuhiseks läbi taevalaotuse kiiremini kui Concorde või ükskõik milline tänapäevane kommertskasutuses õhusõiduk. Ülehelikiirusel liikuvad lennukid töötati esmakordselt välja 20. sajandi keskel, ent eeskirjad ja tehnoloogilised väljakutsed peatasid kontseptsiooni uuendamise ja laiema leviku.
Boom Technology koos Bransoniga kavatseb seda olukorda muuta, arendades välja moodsa, ülehelikiirusel liikuva reisilennuki, mis on 2,2 korda kiirem kui heli. Selle kiirus saab olema 2 335 km/h. Concorde, mis on tänaseks pensionil, liikus kiirusega kuni 2 180 km/h.
Boom kavatseb ka püstitada uue tsiviilkasutuses lennukite kiiruserekordi, väidab Blake Scholl, Boom’i asutaja ja tegevjuht ühes oma blogipostituses.
2,2-kordse helikiirusega jõuaks New York’ist Londonisse 3 tunni ja 15 minutiga, usub Boom. San Franciscost Tokyosse lennuks kuluks sellel ülehelikiirusega reaktiivlennukil 5,5 tundi, Sydney ja Los Angelese vahemaa katmiseks 6 tundi ja 45 minutit.
“Ülehelikiirusel lennuki ehitamine ei ole lihtne, kuid see on oluline,” kirjutas Blake Scholl, Boom Technology üks asutajaid, kirjeldades idufirma kaalutlusi. “Meile meeldivad tõsised masinaehituse- ja tehnoloogiaalased väljakutsed, kuid tegelikult on meie jaoks kõige olulisem kiiremast liikumisvõimalusest tulenev kasu inimkonnale.”
Kommertslennureiside viimased kiiruserekordid jäävad hilistesse 1950. ja varastesse 1960. aastatesse, kui reaktiivlennukid tulid kommertskasutusse, ütles Scholl.
Need reaktiivlennukid tegid võimalikuks “Puhkuse Hawaiil”, lühendades 15-16 tunnised lennud 5-6 tunnisteks. Ülehelikiirusel kommertslendudel võib olla samasugune mõju, muutes planeedi kaugeimadki piirkonnad lihtsamini ligipääsetavateks, usub Scholl.
“Kujutlege reisi üle Atlandi (ookeani), asjatoimetusi Euroopas, nendega ühele poole saamist ja õigeks ajaks koju jõudmist, et oma lastele head-ööd musi anda,” kirjutab Scholl, ”Või säästa tervelt kaks päeva edasi-tagasi reisilt Aasiasse… Kuhu tahaksite reisida, kui aeg enam ei piira? Kus äri ajada?”
Boom kogus hiljuti 33 miljonit dollarit uusi investeeringuid oma esimese ülehelikiirusel reisilennuki arendamiseks. Esimesena ehitabki firma “Baby Boom’i”, täismõõtmetes Boom’i lennuki prototüübi.
Baby Boom’i esimene proovilend on planeeritud aastaks 2018. Rahvusvahelise Lennutranspordi Assotsiatsiooni (IATA) konverentsil Muutuste tuuled (Wings of Change).
Täissuuruses Boom, mis mahutab kuni 55 reisijat, peaks katsetuste faasi jõudma aastaks 2020 ja saama Föderaalselt Lennundusametilt sertifikaadi aastaks 2023.
Analüüs: Peep Lauk, Eesti lennuakadeemia õppejõud ja piloot
Tekst: Ylle Rajasaar
Artikli materjalid kogusid ja tõlkisid: Kadi Rünkla, Maarja Kupits
Graafika: tootja, Maarja Kupits. Pildid: Boom
Arikkel on valminud koostöös Eesti Lennuakadeemiaga. Loe õppeasutuse tegevuse kohta rohkem nende kodulehelt. Klõpsates allpool olevale logole, jõuad otse Lennuakadeemia lehele.
