Síðasta farþegaþotan sem fær var um að rjúfa hljóðmúrinn lenti eftir síðasta flug sitt árið 2003. Evrópsku Concorde-þoturnar höfðu þá flogið yfir Atlantshaf frá 1976 en að vísu ekki vandkvæðalaust.
Auk þess að gleypa gríðarmikið eldsneyti var þessum þotum bannað að fljúga á fullum hraða nema yfir sjó. Þegar vélarnar rufu hljóðmúrinn varð hávaðinn svo ærandi að hann gat bæði brotið gler og valdið heyrnarsköddun.
Háhraðaflug hefur reyndar verið bannað yfir landi í Bandaríkjunum síðan 1973 vegna fjölda kvartana. En hjá NASA hyggjast menn nú ráða bót á þessu, að því er fram kemur í fréttatilkynningu.
NASA og Lockheed Martin hafa í sameiningu þróað þotuna X-59 QueSST en sérstök hönnun hennar á að deyfa hljóðmúrsbrakið niður í eitt högghljóð.
3D líkan af X-59 QueSST. Mjóslegið nef hennar og flatar útlínur eiga að dreifa höggbylgjum um flugvélina þannig að svokallaðar yfirhljóðsbommar hverfa þegar flugvélin brýtur hljóðmúrinn.
Hávaðinn brýtur gler
Þegar flugvél fer fram úr hraða hljóðsins og rýfur þar með hljóðmúrinn myndar atvikið ofboðslegan hávaða, allt að 110 desibel að styrk sem kallast hljóðmúrsbrestur eða „sonic boom“.
Hitastig, loftþrýstingur og byggingarefni flugvélar á allt þátt í því hvenær hljóðmúrinn er rofinn en í 10 km hæð, þar sem ríkt getur 60 stiga frost, getur hljóðmúrinn rofnað við 1.062 km hraða.
Þegar flugvél nálgast hraða hljóðsins þrýstast hljóðbylgjur saman framan við vélina og mynda „hljóðmúr“. Þrýstibylgjur framan og aftan við vélina mynda sameiginlega höggbylgju sem frá jörðu heyrist sem ofboðslega hávær brestur.
Nú mega flugvélar ekki rjúfa hljóðmúrinn nema þær séu yfir sjó eða í 9.145 metra hæð yfir landi. Flestar farþegaþotur ná því ekki nema 926 km hraða.
Vegna þess hve hljóðmúrsbresturinn er svo ofboðslega kraftmikill að hann getur brotið gler og valdið fólki miklum óþægindum hafa verkfræðingar lengi leitað aðferða til að draga úr hávaðanum.
Hönnunin dreifir höggbylgjum
Hjá NASA telja menn sig nú hafa fundið slíka hönnun með X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology).
Þetta er enn sem komið er tilraunavél, 29,5 metra löng og 9 metra breið og henni er ætlað að rannsaka hvernig megi draga sem allra mest úr hljóðmúrsbrestinum. Niðurstöðurnar gæti svo mátt nýta við aðrar gerðir, t.d. farþegaþotur.
Með því að nýta hönnunarreiknilíkan, kallað Computational Fluid Dynamics gátu verkfræðingarnir séð fyrir hvernig loftsameindir þyrftu að hegða sér til að valda ekki óþægilegum hávaða.
Mjóslegnar og flatar útlínur þotunnar voru svo hannaðar á grundvelli þessara prófana.
Hönnunin á að dreifa þannig úr hljóðbylgjunum að ekki skapist neinn hljóðmúrsbrestur. Þess í stað á aðeins að heyrast kyrrlátt högghljóð – ef þá nokkuð heyrist á annað borð.
Tæknifyrirtækið Lockheed Martin sér um smíði X-59. Líkan af flugvélinni hefur gengist undir fjölda mikilvægra prófana og er tilbúið fyrir frumraun sína árið 2023.
Þessi tilraunavél getur náð hraðanum Mach 1,42 sem samsvarar ríflega 1.510 km hraða.
Til samanburðar náðu Concorde-vélarnar ríflega Mach 2. Mach-gildið er mælieining þar sem hraði hlutar er mældur sem hlutfall af hljóðhraðanum.
Flugstjórnarklefinn í X-59 er óneitanlega sérstakur þar eð nefið er svo langt og oddmjótt. Flugmennirnir munu ekki sjá mikið út um framrúðuna.
Þess í stað hafa þeir lítinn HD-skjá sem nýtir sérstaka tækni sem NASA kallar eXternal Vision System og á að veita örugga stjórn á vélinni. Litlir skynjarar á flugvélinni leggja til myndir handa flugmönnunum.
Hljóðfrá farþegaflugvél fyrir 2030
Lítið módel af vélinni hefur þegar verið prófað í vindgöngum með góðum árangri og eftir það hefur frumgerð í fullri stærð farið í gegnum prófanir á jörðu niðri.
Í hönnunarforritinu Computational Fluid Dynamics gátu verkfræðingar séð hvernig loftsameindir hreyfðust kringum tölvumódel af X-59.
Hjá NASA er þess vænst að X-59 geti farið í fyrsta reynsluflugið á árinu 2023. Þá verða gerðar tilraunir með að rjúfa hljóðmúrinn yfir byggð.
