Rompi la barriera del suono
Il 2023 è l’anno in cui un nuovo elegante aereo supersonico X-59, approvato dalla NASA, prenderà il volo con passeggeri a bordo. Ma l’X-59 non farà tremare le finestre degli edifici cittadini come i suoi predecessori. Rompere la barriera del suono senza rumore è una sfida in fase di test.
L’ X-59 volerà a Mach 1.42, che equivale a circa 1.760 km/h, circa una volta e mezza la velocità del suono, ed è il primo prototipo di un futuro aereo di linea commerciale. Al momento ha capacità per un solo pilota e un osservatore, ma il piano è che nel 2030 trasporterà passeggeri a bordo. Ad esempio, viaggeremo tra Madrid e Parigi in mezz’ora e attraverseremo l’Atlantico in quattro ore. Spazio e tempo saranno stati compressi.
Le ragioni del boom sonico
Gli aerei supersonici hanno affrontato la sfida di viaggiare più veloci del suono negli anni ’40 e questo, sebbene una vera impresa, li rende alcune delle macchine più fragorose mai create dall’uomo.
La velocità del suono è la velocità con cui si trasmettono le oscillazioni di pressione in un fluido, in questo caso l’aria. Dipende da diversi fattori, ma a livello del mare è di circa 1.234 km/h.
Il fenomeno si verifica quando una particella collide con quella accanto, e questa con la successiva, ecc., trasmettendo lo stato vibratorio come se fossero pezzi di un domino. Se un oggetto come l’aereo si muove nell’aria, farà rumore. Ma se questo oggetto si muove più velocemente delle onde di trasmissione del suono, viene prodotta un’onda d’urto (che fa molto rumore) e genera quello che conosciamo come boom sonico.
Il disco bianco che si forma non è altro che vapore acqueo che si condensa per effetto dell’onda d’urto. Questo fenomeno è noto come singolarità di Prandtl-Glauert.
Il rumore generato dagli aerei supersonici è così inquietante che il loro volo su aree urbane o spazi protetti non è consentito, perché colpisce anche la flora e la fauna.
Inoltre, hanno anche contro di loro che richiedono una grande quantità di carburante per raggiungere e mantenere velocità elevate, il che li rende più costosi e meno ecologici dei voli subsonici. E il fallimento commerciale del Concorde, finito con l’incidente del suo ultimo volo con Air France, è ancora nella memoria collettiva.
La chiave: la sua geometria silenziosa
La NASA ha lavorato per anni per mitigare questi problemi e la sua risposta è il velivolo X-59 QueSST, un prototipo funzionante prodotto dalla società aerospaziale Lockheed Martin.
Questa è una nave con un’apertura alare di 29 metri e progettata per volare a circa 55.000 piedi (16,8 km) sopra il livello del mare.
Il suo design è il risultato di innumerevoli simulazioni virtuali che consentono di analizzare centinaia di progetti in modelli fluidi computazionali (CFD per il suo acronimo in inglese). Ogni piccolo dettaglio dell’aereo può rovinare la sua silenziosa geometria.
Ad esempio, la fusoliera è molto lunga e penetrante, e non ha il tipico abitacolo a cui siamo abituati. Una normale cabina di pilotaggio di un aereo interromperebbe il flusso e creerebbe rumore, quindi il pilota dell’X-59 vede il cielo attraverso un monitor.
L’ala spazzata gli consente di penetrare dolcemente nell’atmosfera. La coda contiene il motore GE F414 nella parte superiore, e anche questo non è casuale. Ciascuno di questi dettagli rende conto del fatto che i contributi al boom sonico sono piccoli e separati e si disperdono mentre l’aereo si allontana, piuttosto che fondersi (unirsi) come di solito accade negli aerei supersonici.
C’è un suono virtuale dell’X-59 che viene utilizzato per testarlo e determinare se soddisfa i requisiti stabiliti dalla FAA (Federal Aviation Administration).
Le sue dimensioni ridotte e il motore a ciclo migliorato lo rendono più efficiente nei consumi e meno inquinante rispetto ad altri velivoli supersonici. Inoltre, è dotato di tecnologia di volo in formazione, che gli consente di volare insieme ad altri velivoli per ridurre la resistenza dell’aria e migliorare l’efficienza del carburante.
Con tutti questi miglioramenti, la NASA spera di aprire nuovamente la strada all’aviazione commerciale supersonica, questa volta per restare. Lo capirà? Il primo volo di prova è previsto quest’anno. Non manchiamo all’appuntamento.
Autore
Alexander Manuel Gomez San Juan, Università di Vigo
