Viaggio su jet d'affari supersonico: quando Gulfstream e la NASA hanno studiato i boom sonici

Quiet Spike era un programma di ricerca in joint venture tra Gulfstream Aerospace e il Dryden Flight Research Center della NASA. I due partner si sono uniti per indagare sulla soppressione dei boom sonici associati alle onde d'urto create da un volo da crociera supersonico.

I boom sonici generano grandi quantità di energia sonora e possono danneggiare piccole strutture. Gli effetti continui delle onde soniche colpiscono i posizionatori in regioni specifiche situate a forma di cono dietro l'aereo che genera il boom. I boom sonici creati sopra le regioni popolate possono avere un impatto sul benessere delle persone a causa del rumore.

Sebbene esista un mercato per i business jet supersonici, le normative della Federal Aviation Administration (FAA) vietano agli aerei commerciali di provocare boom sonici sopra le aree popolate. Il progetto Quiet Spike mirava ad attenuare o ammorbidire il boom sonico degli aerei supersonici per consentire lo sviluppo di una nuova generazione di aerei civili supersonici.

Il picco silenzioso

L'obiettivo del programma

La velocità di crociera di un business jet di oggi	Futuro jet da crociera supersonico
Mach 0,85	Mach 1.8

Considerazioni ambientali	Visione futura
Sovrapressione del braccio	Accettabile per il volo supersonico via terra
Emissioni al decollo	Limiti ICAO con un margine
Emissioni da crociera	Impatto minimo
Rumore dell'aeroporto	Fase 4 con margine di almeno 10 dB

Il programma Quiet Spike prevedeva una carenatura specializzata conica fissata alla fusoliera anteriore di un aereo F-15B. L'obiettivo era sviluppare la tecnologia per consentire voli di trasporto supersonici (sopra Mach 1) in aree sovrappopolate.

Foto:NASA/Carla Thomas | Wikimedia Commons

Attrezzatura primaria e meccanismo

• Una carenatura a cono lunga sei piedi
• Un picco estensibile
  • Lunghezza retratta: 14,15 piedi
  • Lunghezza estesa: 24,31 piedi
  • Peso: 450 sterline
  • Allegato: fusoliera anteriore dell'F-15B presso la paratia di supporto del radar
• Un cavo elettrico e una puleggia

SecondoIl rapporto della NASA,

"Quiet SpikeTM è un concetto tecnologico sviluppato da Gulfstream Aerospace Corporation (GAC) (Savannah, Georgia) come metodo per ammorbidire il boom sonico per aerei supersonici delle dimensioni di un jet commerciale attenuando l'onda d'urto in una serie di onde d'urto più piccole attraverso un picco telescopico che si estende dalla parte anteriore di un aereo."

“L’obiettivo principale del programma era raccogliere dati di volo per verificare la dinamica strutturale dei picchi e il modello di carico fino a Mach 1.8 e per convalidare la fattibilità tecnica di una fusoliera morphing”.

Altre letture:La NASA e Lockheed Martin svelano il jet supersonico X-59

Misura e meccanismo

Gulfstream Aerospace e Dryden Flight Research Center (DFRC) hanno progettato congiuntamente la versione in mezza scala del picco estensibile e l'hanno fissato al muso di un DFRC -15B della NASA. Sono stati condotti test a terra e in volo e sono stati raccolti dati pre-volo e post-volo. I test di volo sono stati condotti entro un inviluppo di volo limitato, fino a Mach 1,8.

Foto:NASA/Carla Thomas | Wikimedia Commons

Il DFRC ha eseguito la calibrazione dei dati aerei, il gioco aero servoelastico, la dinamica strutturale, l'aerodinamica, la stabilità e il controllo. Le agenzie hanno anche condotto modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) del progetto, principalmente per verificare i risultati sperimentali e stimare gli effetti dei picchi sulle prestazioni dell'aereo.

Meccanismo Spike silenzioso

• Punta nasale estensibile
• Generare una serie di shock deboli
• Si propagano parallelamente tra loro
• Trasforma il crack acuto in un sussurro silenzioso

Il primo volo brevettato del mitigatore del boom sonico Quiet Spike ha avuto luogo il 22 ottobre 2006, raggiungendo un traguardo importante. Le prove a terra con il muso chiodato sono state precedute per mesi prima del decollo vero e proprio. L'aereo F-15B della NASA ha raggiunto Mach 1.2 e il Quiet Spike ha funzionato come previsto.

Foto: FAA

Durante il volo, la sonda è stata estesa alla sua posizione massima ed è rimasta in posizione per i 65 minuti di volo di prova. I dati di volo sono stati registrati durante il volo, la maggior parte dei quali si è verificata a 45.000 piedi. Il vicepresidente senior dei programmi, dell'ingegneria e dei test presso Gulfstream, Pres Henne, ha mostrato il suo entusiasmo per il risultato affermando:

"Il fatto che il Quiet Spike abbia funzionato come previsto a velocità supersoniche e che sia stato esteso e retratto senza alcuna difficoltà, ci avvicina di un passo al nostro obiettivo di vedere se ridurrà il boom sonico quando montato su una piattaforma più appropriata."

Un passo avanti verso un volo di trasporto supersonico?

La Federal Aviation Administration (FAA) ha confrontato i risultati ottenuti dal progetto Quiet Spike (QSJ) con gli andamenti della pressione di un business jet supersonico convenzionale (SBJ) e di un Concorde. L'installazione del Quiet Spike produce un'onda di pressione molto più uniforme. Inoltre, l'ampiezza dell'onda è la metà di quella ottenuta in un volo del Concorde, come mostrato nell'immagine qui sotto.

Foto: FAA

Confrontando il design convenzionale con quello a punta, il Quiet Spike fornisce un'area di superficie aggiuntiva per la generazione della punta, determinando una propagazione graduale e graduale. La firma del braccio viene attenuata prima di avvicinarsi al radome e all'area interala, riducendo il rumore.

Vicino

L’immagine seguente mostra che il Quiet Spike ha ridotto i livelli sonori del boom di oltre 35 dB rispetto ai 94 dB del suono del boom del Concorde. L'SBJ convenzionale ridurrà leggermente il suono del rimbombo a 86 dB, mentre il Quite Spike risulta a circa 54 dB.

Foto: FAA

In conclusione

Anche se questo non risolve tutte le sfide associate al volo di trasporto supersonico, è un passo avanti nel ridurre al minimo l’impatto dei boom sonici sui voli via terra. La ricerca ha affermato che sono necessari ulteriori test per comprendere gli effetti del flusso d'aria nella posizione della sonda dei dati sull'aria e nel cono dell'angolo di attacco, poiché la presenza del picco può influenzarlo.

Cosa ne pensi dello studio di ricerca sul boom sonico tra Gulfstream e la NASA? Condividi le tue opinioni nella sezione commenti.