Hvězdicové nadzvukové letadlo SbiDir-FW  
Dopracování konceptu nadzvukového dopravního letadla schopného letět dvěma stranami podpořila NASA.

 

 

Zvětšit obrázek
SbiDir-FW pri nadzvukovém letu (University of Miami, NASA)

Dnes provozovaná nadzvuková letadla jsou určená výhradně pro vojenské účely. Většina z nich, včetně mnoha stíhacích letounů, je navržena tak, že může překročit rychlost zvuku pouze dočasně a to ve výjimečných letových režimech (např. raketa za ocasem). Letadel uzpůsobených pro dálkové nadzvukové lety je v těchto dnech, pokud nejsou utajena, minimum. Údajně jen Tu-160, ostatní, jako například SR-71 Blackbird, XB-70 Valkyrie, jsou vyřazena ze služby. V civilním sektoru byl v nadzvukových rychlostech provozován pouze Concorde a Tupolev Tu-144, u kterého však není moc seriózní se o komerčním využití zmiňovat, protože ze šestnácti postavených letadel čtyři havarovala.

 

Zvětšit obrázek
SbiDir-FW jde na přistání (University of Miami, NASA)

Nadzvukový let s sebou přináší značné technické problémy a aerodynamika nadzvukového letu se výrazně liší. Jedním z tradičních řešení snížení čelního odporu nutného pro přechod na výsokou rychlost je změna geometrie křídel, využívají to například úspěšný F-14 Tomcat, nebo strategický bombarder B-1 Lancer, Su-24, Tu-22. Vyklápění křídel umožnilo americkým strojům přistávat dokonce na US letadlových lodích (s asistovaným zachycením) a přitom si zachovat překročení nadzvukové rychlosti (Mach 2,34 u F-14, Mach 1,25 u B-1). U Tomcatu se rozpětí křídel dynamicky mění z 19,55 m (pro vzlet, přistání a operační let) na 11,58 m (nadzvuk). Design dnešních bojových letadel však sází spíše na pevnou kostru draka, kde je trup předem modelován pro oba letové režimy. Odklon od sklápění křídel dovolují řádově výkonější motory. Nicméně, politické, ekologické a ekonomické překážky většího rozsahu i nadále vážně omezují skutečné nasazení nadzvukových letounů v civilním sektoru. Navíc poptávka po nadzvukovém letu nebyla dostatečná, aby odůvodňovala uvolnění investic do jejich vývoje a zavedení. Concorde byl sice technologicky vyspělým konceptem a přesto, že byl vysoce ziskový, nebyl u dopravců oblíbený právě pro typický aerodynamický hluk provázející každé překročení rychlosti zvuku, dále kvůli jeho vysoké spotřebě paliva a také relativně nízkému doletu (7 250 km).

 

 

 

Myšlenka nasazení nadzvukového dopravního letadla na mezikontinentální lety je stále lákavá a to  jak pro výrobce letadel, tak pro letecké společnosti. S originálním projektem přišli výzkumníci Univerzity of Miami a hned za něj dostali grant 100 000 dolarů od NASA (Inovative Advanced Concepts  - NIAC).  Inspirovali se tvarem japonské zbraně (létající hvězdice),  shurikenu. Futuristický vzhled sleduje ryze praktický cíl  - horizontálním pootáčením trupu lze docílit dvou výrazně odlišných aerodinamických charakteristik.
Zatím se výrobci vždy snažili hledat v designu nadzvukových letadel kompromis, jednak aby při  nízkých rychlostech dodávala rozměrná křídla potřebný vztlak a současně aby křídla kladla pokud možno přijatelný čelní odpor pro let vysokou rychlostí. Koncept dvou-stranového letajícího křídla (supersonic bi-directional flying wing) tento problém řeší zcela netradičně.

Zvětšit obrázek
(Kredit: Ge-Chen Zha)

Letadlo startuje  trupem v jednom směru a využívá delších křídel a pro potřebu rychlého letu se hvězdice pootočí o 90 stupňů do své druhé konfigurace s profilem krátkých křídel kladoucí menší čelní odpor. Při změně konfigurace asistují koncovky křídel (winglety), které se posléze zcela sklopí.  Současně s tím se směrují i tryskové motory. Toto řešení výrazně zlepšuje letové vastnosti v obou režimech, jak podzvukovém, tak nadzvukovém a dovoluje zkracovat vzdálenost potřebnou pro vzlet a přistání.
Dnešní civilní letadla spoléhají na tubovitý trup letadla osazený dvěma křídly pro vytvoření potřebného vztlaku. Tvar čtyřcípé hvězdy dovoluje letadlu SBiDir-FW využít  pro tvorbu vztlaku  celý trup. Pasažéři a zavazadla by byli v jeho širší části určené pro podzvukové rychlosti.
 

Miamští dizajnéři spočítali, že by u tohoto tvaru letadla nemělo při rychlostech 1,6 – 2,0 Machu docházet k akustickému třesku a zatím provedené simulace proudění (computational fluid dynamics – CFD) jim v tom dávají za pravdu. To je významný faktor, protože jedním z limitních faktorů nadzvukových letadel v hustě zalidněných oblastech je právě jejich hlučnost související s rázovou vlnou, která se šíří jakmile letadlo opustí "zvukovou obálku". Další výhodou nové koncepce je nižší spotřeba pohonných hmot ve srovnání se svými konkurenty, šetrnost k prostředí a úspornost provozu.  Tím hlavním argumentem je ale zkrácení doby letů. V případě trasy New York – Tokyo by  místo stávajících patnácti hodin stačily pouhé čtyři.

 

Ge-Chen Zha

Finanční injekce od NASA  má za úkol urychlit ověření parametrů modelu v dalších simulacích CFD a otestovat chování modelu ve větrném tunelu. Pokud vše půjde hladce, miamští by měli dosáhnout i na dalšího půl milionu dolarů, který je v NASA připraven na tento koncept. Autoři věří, že jejich nápad začne měnit vzdálenosti mezi kontinenty do dvaceti let.

Zdroje:
University of Miami
http://en.wikipedia.org/wiki/Grumman_F-14_Tomcat
http://en.wikipedia.org/wiki/B1_Lancer
http://en.wikipedia.org/wiki/Shuriken
http://en.wikipedia.org/wiki/Supersonic_speed


Ge-Chen Zha, vedoucí výzkumného kolektivu s podrobnostmi projektu:

 

Autor: Jan Bílek
Datum: 05.11.2012 15:33
Tisk článku

To je něco! Úžasná zvířata - Lee Lon
 
 
cena původní: 299 Kč
cena: 257 Kč
To je něco! Úžasná zvířata
Lee Lon
Související články:

Nová éra autonomního létání: Letadlo poprvé přistálo bez pilota i podpory ze země     Autor: Stanislav Mihulka (06.07.2019)
Autonomní náklaďáky vozí pivo a testuje je i americká armáda     Autor: Stanislav Mihulka (29.10.2016)
Rodinné letadlo na palivové články s doletem 1500 km     Autor: Josef Pazdera (29.09.2016)
Zeštíhlení křídla má snížit spotřebu pohonných hmot až o 50 %     Autor: Josef Pazdera (07.04.2016)
Zpráva o stavu elektrických letadel v České republice     Autor: Martin Jahoda (07.09.2015)



Diskuze:

Zvláštní koncepce, ale před WWII to bylo chytřejší

Karel Kužel,2013-01-03 18:42:34

Zajímavé řešení je projekt Switchblade. "Jde o to, že křídlo, umístěné na horní části trupu, je při nízké rychlosti přímé, při vyšší rychlosti se začne postupně celé natáčet tak, že letoun poté připomíná letící nůžky. Letoun tak není v tomto letovém režimu symetrický, jak jsme tomu zvyklí u běžných letadel.
Jakkoliv se takový konstrukční nápad může zdát prapodivný, nejde v podstatě vůbec o nic nového. Podobnou konstrukcí se zabývali už Němci během 2. světové války." Jedná se o projekt DARPA, předpokládá se nasazení 2020, Rozpětí: 61 m,Dostup: 18 300 m, Dolet: přes 9 000 km, Vytrvalost: více než 15 hod.. Maximální rychlost: 2 Mach. Viz:
http://21stoleti.cz/blog/2007/01/19/budou-letadla-menit-tvar-za-letu/

Odpovědět

Raketa za ocasem nadzvukové stíhačky?

Karel Kužel,2013-01-03 18:27:36

Pozoruhodná informace v prvním odstavci článku je asi výsledkem nepochopení autora. Je pravda, že většina stíhaček létá nadzvukovou rychlostí pouze ve zvláštním režimu, ovšem nejedná se o raketový pšouch, nýbrž o přídavné spalování (forsáž). Plyny za turbínou mají ještě dostatečně vysoký obsah kyslíku, takže je možno do nich vstřikovat palivo, které pak hoří. Tento režim je pro letoun náročný jak spotřebou paliva, tak hlavně větším namáháním. Rostou tlaky a teploty ve všech částech motoru až ke kompresoru.
V žádném případě se nejedná o raketu, je využit atmosférický kyslík!

Odpovědět

Žádám pilota Ščučkina

Jaroslav Santner,2012-11-08 21:07:36

až bude za dvacet let otáčet ten létající aparát při rychlosti blízké Mach 1 o 90 stupňů, aby mi to současně natočil na mobil a ten poté vyhodil urychleně na padáku. Bude to asi to jediné, co po něm a létajícím aparátu zbude. Posmrtný snímek předám rodině a televizi Nova. Pokud by to přetáčel při jiné rychlosti, asi by celá konstrukce ztratila půvab i barvu. Hlavně ať nezapomene také přetočit motory.

Odpovědět


Dotaz

Míla Vaněk,2012-11-11 11:34:12

A z čeho pane Santnere usuzujete, že to bude až při rychlosti blzké jednoho machu? Ani sklápění křídel se nedělá v tak vysokých rychlostech. To by mohlo napdanout opravdu jen Vás a Ščučkina.

Odpovědět

Aerodynamický třesk

Josef W,2012-11-06 16:23:21

Přesně to, co píše A.Kowalski mi v "odborných" článcích vadí taky.
Nepochopil jsem (jako negramot v angličtině) jakým způsobem chtějí eliminovat aerodynamický třesk. Máte někdo tušení?
Taky se mi zdá, že v konfiguraci pro nadzvukový let nevyhovují krátká, ale dost "tlustá" křídla, pravidlu ploch. Nebyl by vhodnější (i po konstrukční stránce) půdorys celého letounu ve tvaru elipsy?

Odpovědět


Re: Aerodynamický třesk

Vojtěch Kocián,2012-11-06 21:01:13

Aerodynamický třesk úplně eliminovat nemohou, ale mohou ho ztlumit tím, že letoun ztiší jak po aerodynamické tak po motorové stránce. Motory jsou umístěné na "střeše" asi také z tohoto důvodu. Další věc je rovnoměrné rozložení tlaku pod letounem, které může rázovou vlnu zploštit.

Profil křídel špatný nebude. Podívejte se na jiné nadzvuková letadla od F-14 v nadzvukové konfiguraci přes Concorde až po B-2 a SR-71. Všechna mají krátká široká křídla nebo dokonce delta křídlo. Eliptický tvar nebude vhodný kvůli stabilitě. Elektronicky by to uřídit šlo, ale ručně nejspíš ne - letadlo by skončilo v chaotické vývrtce. Pro vývoj vojenských letadel bylo občas s nestabilní konfigurací a elektronickou stabilizací počítáno (výhodou takového řešení je vysoká manévrovatelnost), ale jak můžeme vidět, ani tam se to moc neosvědčilo.

U popsaného řešení by mě nejvíc zajímal přechod mezi konfiguracemi. To nebude nic snadného. Dokonce i autor videa se tomu vyhnul a neanimoval letoun "ve vzduchu", ale přesunul jej při tom "na papír". Asi věděl, proč to dělá.

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2012-11-06 21:09:45

"...ale jak můžeme vidět, ani tam se to moc neosvědčilo..."
To nevím, co je tímto myšleno. Nestabilní konfiguraci v kombinaci s fly-by-wire mají dnes skoro všechny moderní vojenské stíhací letouny a rozhodně ve vzduchu nevypadají na to, že by se to neosvědčilo.

Odpovědět


Zastaralé informace

Vojtěch Kocián,2012-11-06 22:23:43

Máte pravdu, dnes se to dokonce občas využívá i u civilních letadel. Jen mi vyplavalo na povrch něco uvízlého v dlouhodobé paměti (konkrétně X-29).
Popisovaný koncept také stabilní nebude, ale pokud by se letoun zaoblil do elipsy, nestabilita by výrazně vzrostla a tím i potřeba velkých řídících ploch a rychlých reakcí systému.

Odpovědět


Aerodynamický třesk

Jirka Niklík,2012-11-08 19:02:20

Zploštění rázové vlny si nějak neumím představit. Ale chtěl bych připomenout raketoplán, který přistával bez motorů, a rázovou vlnu generoval, díky své délce dokonce dvojitou, což jsem mimochodem dodnes nepochopil.
Z těch grafů to vypadá, že rázová vlna při M1,6 zeslábne. Možná to znamená, že M 1,6 představuje nějaké optimum, při kterém je třesk slabší než při řekněme M1,1? Concorde každopádně zrychloval až nad oceánem, kde to lidem nevadí a ryby si nestěžují...

Odpovědět

Neuvěřitelně tuhý mýtus

Andrzej Kowalski,2012-11-06 09:36:27

Neuvěřitelně tuhý život má mýtus, že k aerodynamickému třesku dochází tehdy, když letadlo překonává rychlost zvuku. I tady: "typický aerodynamický třesk provázející každé překročení rychlosti zvuku". To prostě není pravda! Objekt generuje "třesk" po celou dobu, co se nadzvukovou rychlostí pohybuje. Po tu dobu vytváří kuželovitou rázovou vlnu, jejíž průchod místem pozorování vnímá pozorovatel jako třesk. V žádném případě se nejedná o přechodný jev, spojený pouze s jakýmsi "prorážením bariéry".

Odpovědět

Ekonomika letu

Ondi Vo,2012-11-05 19:22:18

Jsem měl za to, že Concorde byl krajně neekonomický, že letenky byly z poloviny sponzorované oběma společnostmi. Byl to neefektivní projekt, ta úspora času nehrála pro zájemce takovou roli, jako exkluzivita dopravního prostěedku.

Odpovědět


Snad ani ne

Andrzej Kowalski,2012-11-06 09:44:48

Podle informací zveřejněných v době ukončování provozu se celkově projekt Concorde vyplatil, ale až po dost dlouhé době. O žádné vynikající ziskovosti se tehdy nemluvilo a ani nebyla publikována žádná větší ekonomická analýza, nebo o ní alespoň nevím. Lze se domnívat, že jedním hlavních faktorů ziskovosti byl z dnešního hlediska velmi levný vývoj.

Odpovědět

Model je to pěkný, ale...

Jakub Rint,2012-11-05 18:01:09

Co orientace kabiny? To by piloti při M>1 řídili bokem? A co pasažéři? Nedovedu si představit nouzové přistání s tímto strojem a nedejbože v konfiguraci pro M>1...

Odpovědět


Ty motory nad letadlem

Ondi Vo,2012-11-05 19:32:21

by vytvářely svým tahem klopný moment, který by vyvolal značné problémy. Není náhodou, proč je tah motorů buď v ose letadla a nebo pod ní, když už to jinak nejde.

V jedné reportáži o budoucnosti letecké dopravy byl představen projekt letadel bez vlastního podvozku. Měly by startovat a přistávat na synchronizovaném podvozku zůstavajícím na zemi. V komentáři byla uvedena nemalá úspora váhy dnešních podvozků.

Odpovědět

Ekonomika

Milan Bačík,2012-11-05 16:46:48

Hlavní problémy nadzvukového letu jsou vyšší spotřeba paliva a vyšší namáhání materiálú, které vede k vyšší ceně leatadla a k vyšším nákladúm na jeho údržbu. Dá se tedy zjednodušeně říct, že čím letímě rychlji, tím je to dražší. Jak Concorde tak Tu-144 byli víceméně zcela optimalizovány na nadzvukovou rychlost. Jediná výhoda, kterou by jim tento nový koncept přinesl, je lepší aerodynamika během nízkých rychlostí - tedy zejména při startu a přistání. Představa že by jsme nečím podobným do 20ti let létali je podle mě zcela mimo realitu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace