El potencial y las perspectivas del proyecto NASA / Lockheed Martin X-59 QueSST
Proyecto de apariencia del avión X-59.
La NASA quiere revivir a un pasajero supersónico Aviación. Con este fin, en los últimos años, se ha desarrollado el programa de investigación QueSST, cuyo objetivo era crear una apariencia mejorada de un transatlántico supersónico, sin las deficiencias de sus predecesores. Como parte de este programa, Lockheed Martin construyó recientemente el avión experimental X-59. En los próximos meses entrará en pruebas de vuelo y mostrará el potencial real de las nuevas soluciones y tecnologías.
proyecto de investigación
Un programa de la agencia de la NASA llamado QueSST (Quiet SuperSonic Technology - “Quiet Supersonic Technology”) comenzó a principios de la década pasada. Como su nombre lo indica, su objetivo es crear la apariencia óptima de un avión supersónico con un nivel de ruido mínimo. En primer lugar, planearon debilitar y eliminar el estampido sónico durante el vuelo supersónico.
Hasta mediados de la década, la NASA realizó las investigaciones necesarias y estudió varios esquemas y diseños aerodinámicos. En 2016, la agencia invitó a Lockheed Martin al programa QueSST. Tuvo que usar los datos científicos recopilados y desarrollar, primero, un proyecto preliminar y luego completo de un avión experimental para pruebas posteriores.
Modelo X-59 en un túnel de viento
El desarrollo del proyecto, que luego recibió el índice X-59, se completó en 2018-19. Al mismo tiempo, se inició la construcción de una máquina experimental en la planta de Lockheed Martin en Palmdale (California). La empresa fabricante informó periódicamente sobre la implementación de ciertos eventos: gradualmente, el avión adquirió su forma final y se llenó de unidades y mecanismos.
A principios de junio de 2023 se completó el montaje del producto X-59. El avión se bajó de las existencias en su propio chasis y se envió a la estación de prueba de vuelo de la planta. En un futuro próximo, todos los sistemas a bordo serán revisados y ajustados, después de lo cual comenzarán las pruebas en tierra completas. Antes de que finalice este año, la NASA y Lockheed Martin planean realizar el primer vuelo. Luego se dedicarán varios años a las pruebas de vuelo, durante las cuales la aeronave debe confirmar las características de diseño.
Aspecto característico
El X-59 QueSST experimental es un avión monomotor de un solo asiento con un diseño especial. El planeador de apariencia característica fue desarrollado desde cero en base a los datos científicos recopilados. Al mismo tiempo, algunas unidades, para simplificar la construcción, se tomaron prestadas de equipos existentes. Entonces, los elementos de la cabina se tomaron del avión de entrenamiento T-38 y el chasis del caza F-16.
El avión tiene una longitud total de 29 m, una envergadura de 9 m y una altura de estacionamiento de 4,25 m, el peso máximo de despegue alcanza las 14,7 toneladas y podrá llevar a bordo hasta 4,4 toneladas de combustible y 300 kg de carga útil en forma de equipo científico.
El X-59 recibió un fuselaje de gran alargamiento con una sección transversal variable. Su característica principal es una nariz cónica larga con un borde frontal horizontal. El carenado representa casi un tercio de la longitud total del avión. La góndola del motor se coloca en la cola sobre el fuselaje.
Los planos están dispuestos según el esquema del triplano longitudinal. Presenta un plumaje frontal horizontal de pequeña envergadura, proporcionando equilibrio longitudinal. Detrás se coloca un ala triangular con un borde de ataque roto. En la cola hay un plumaje en forma de un estabilizador en movimiento y una quilla en flecha con un pequeño avión en la punta.
El avión prototipo recibe un motor turborreactor General Electric F414-GE-100, una versión modificada del F414 en serie con un sistema de control, tuberías, etc. El empuje del postquemador de dicho motor alcanza los 10 mil kgf, lo que permitirá que la aeronave a una altitud de 16 km desarrolle una velocidad máxima de 1,5 M a una velocidad de crucero de 1,42 M.
Construcción de un avión experimental.
La cabina del X-59 está equipada con todo el equipo de vuelo necesario. Para optimizar la aerodinámica, el avión no tiene un techo que sobresalga. La ausencia de una visera, que brinda visibilidad hacia adelante y hacia abajo, se compensó con la instalación de sistemas de video eXternal Vision System (XVS) y Collins EVS3600 por encima y por debajo del carenado. La señal de video de varias cámaras se combina en una imagen común y se muestra en un monitor frente al piloto.
Tareas y soluciones
El proyecto X-59 QueSST enfrenta varias tareas principales relacionadas con probar y probar nuevas soluciones técnicas. En primer lugar, es necesario verificar si la aeronave de apariencia característica es capaz de volar en todos los modos de diseño y alcanzar las velocidades especificadas. Además, estudiarán la aerodinámica y determinarán los parámetros reales de la onda de choque. En todas las etapas de prueba, se probará el sistema de video original con visión de futuro.
En las etapas anteriores del programa QueSST, la NASA y Lockheed Martin realizaron una gran cantidad de investigaciones y formaron la apariencia aerodinámica óptima del nuevo avión. En este sentido, no puede haber dudas sobre la capacidad del experimentado X-59 para volar y mostrar características de diseño. Los sistemas de visualización de video que reemplazan el diseño tradicional de la linterna tampoco fomentan el pesimismo. Es probable que estos componentes estén a la altura de las expectativas, aunque no se debe descartar un refinamiento basado en los resultados de las pruebas.
Con todo esto, la tarea principal del X-59 es demostrar un vuelo supersónico "silencioso". Quieren atenuar el estampido sónico debido al diseño especial del fuselaje. Por lo tanto, la parte frontal plana del cono de nariz debería cambiar la forma de la onda de choque resultante y reducir el volumen del ruido generado. La forma específica de la cola y el empenaje tiene un efecto similar en el rebote detrás del avión.
Debido al carenado extendido, aumenta la longitud total de la aeronave y, en consecuencia, la distancia entre la onda de choque delante del morro y detrás de la cola. Con suficiente distancia, las ondas sonoras de los dos saltos no se superpondrán ni se amplificarán entre sí. Finalmente, los contornos de la parte principal del fuselaje y del avión se realizan con la expectativa de eliminar perturbaciones adicionales que empeoren la aerodinámica.
Según los cálculos, la aerodinámica optimizada reducirá el ruido durante el vuelo. Un avión de combate típico durante un vuelo supersónico produce una onda de choque con un volumen (para un observador en tierra) de 100-110 dB. Para X-59 durante el vuelo a gran altitud, este parámetro se reducirá a 70-75 dB; la intensidad del sonido caerá en tres órdenes de magnitud.
Ready X-59 se transfiere del taller a la estación de prueba
En general, las soluciones propuestas parecen razonables y le permiten obtener el resultado deseado. Además, la apariencia inusual de la aeronave se probó en túneles de viento y confirmó su potencial. De hecho, ahora solo estamos hablando de consolidar el resultado científico, y el comienzo del estudio de cuestiones técnicas.
Perspectivas practicas
El X-59 está diseñado solo para pruebas y experimentación. Sin embargo, en el futuro, la NASA planea implementar la experiencia del actual programa QueSST en proyectos prometedores de tecnología de aviación. El resultado de esto debería ser la aparición de transatlánticos supersónicos completos para la aviación civil. Sin embargo, aún no se puede nombrar el momento aproximado de su desarrollo y la entrada hipotética en la línea.
De hecho, los desarrollos en QueSST pueden ser de interés para la industria de la aviación, pero su uso estará asociado con ciertas dificultades. Adaptar soluciones listas para usar a proyectos prometedores requerirá un poco de esfuerzo e investigación adicional.
Entonces, la principal fuente de dificultades debería ser el fuselaje de un diseño característico. Un avión experimental puede funcionar con un fuselaje delgado y aerodinámico, pero un avión de pasajeros completo necesita compartimentos internos significativos. Probablemente, para mantener las características deseadas, la relación entre la longitud y la sección de dicho fuselaje debería estar en un cierto rango, y un aumento en el diámetro requerirá aumentar la longitud de la aeronave con consecuencias técnicas comprensibles.
Pueden surgir problemas similares al escalar un sistema de propulsión. Un motor del X-59 está alojado en una góndola aerodinámica. Más motores pueden romper el concepto original de aerodinámica y arruinar el rendimiento.
Por separado, debemos detenernos en el cono de morro característico, que es un componente fundamentalmente necesario del nuevo esquema aerodinámico. Al mejorar el rendimiento de vuelo, esta unidad aumenta la longitud total de la aeronave y complica su operación en los aeródromos. Además, el carenado no se puede utilizar para acomodar una gran cantidad de unidades y bloques, para evitar el desequilibrio.
Hasta el momento, hay dudas sobre el alcance de los desarrollos en QueSST. No está claro qué clases de aviones se pueden construir de acuerdo con este esquema. Quizás la experiencia acumulada solo pueda usarse para crear aviones de tamaño limitado: "jets de negocios", etc. Sin embargo, no se puede descartar el escalamiento de la tecnología y la aparición de modelos más grandes con cabina para un gran número de pasajeros. Aparentemente, tales perspectivas para QueSST se aclararán solo después de que se lleven a cabo las pruebas planificadas.
Interior de cabina. El monitor superior reemplaza el dosel
Se puede suponer que los desarrollos en QueSST en su conjunto no encontrarán aplicación en la aviación militar. Para aviones de combate, la onda de choque no es un problema notable. Ella no desenmascara el automóvil y no corre ningún otro riesgo. Sin embargo, las ideas de optimizar la aerodinámica y los sistemas optoelectrónicos originales serán útiles.
Nuevo intento
La operación de transatlánticos supersónicos civiles en líneas regulares cesó hace dos décadas. Con todas sus ventajas, el Tu-144 soviético y el Concorde anglo-francés no pudieron competir con los transatlánticos subsónicos: resultaron ser más económicos, silenciosos y cómodos. Sin embargo, las organizaciones científicas y de construcción de aeronaves continúan tratando el tema de la supersónica civil, implementando programas de investigación y ofreciendo varios proyectos.
El programa QueSST actual de la NASA y Lockheed Martin es, en esencia, otro intento de revivir la aviación supersónica civil. Sin embargo, difiere de una serie de otros proyectos similares. Los expertos estadounidenses se han fijado el objetivo principal de deshacerse de una de las principales deficiencias de un avión supersónico en forma de onda de choque.
La NASA desarrolló una forma original de resolver este problema y luego, con la ayuda de Lockheed Martin, la introdujeron en un proyecto real. Ya se han probado nuevas ideas en el laboratorio y pronto comenzarán las pruebas de vuelo del avión experimental. Si el X-59 podrá justificar las esperanzas depositadas en él e influir en el desarrollo de la aviación civil, quedará claro en un futuro lejano.
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