Un concept per un aereo supersonico di nuova generazione (NASA)

Avremo un nuovo Concorde?

La NASA ha commissionato la progettazione di un nuovo aereo supersonico: il problema è evitare che faccia il classico fragoroso "BAM!"

Un concept per un aereo supersonico di nuova generazione (NASA)

La NASA ha approvato la progettazione di un nuovo aereo supersonico che un giorno potrebbe diventare l’erede del Concorde, l’aeroplano di linea che tra il 1974 e il 2000 ha permesso di volare a una velocità superiore a quella del suono riducendo enormemente i tempi di percorrenza: dalle quasi 7 ore del Boeing 747 alle 3 ore e 20 per un viaggio da Londra a New York. Il Concorde fu ritirato dopo un grave incidente, ma ebbe comunque una storia travagliata a causa del forte rumore che produceva superando la cosiddetta barriera del suono. I progettisti del nuovo aeroplano dovranno trovare il modo di escludere il problema, rendendo più silenziosi i voli supersonici, e non sarà semplice.

Il piano della NASA, Commercial Supersonic Technology Project, ha previsto una prima fase di selezione dei progetti più promettenti, presentati da centri di ricerca e aziende attive nell’aviazione. Il contratto è stato infine affidato a Lockheed Martin Aeronautics, una delle più grandi aziende del settore, che riceverà un finanziamento di 20 milioni di dollari per sviluppare la sua idea per una tecnologia supersonica silenziosa (Quiet Supersonic Technology). Il nuovo sistema dovrà creare dei “battiti supersonici”, così li definisce la NASA, al posto del classico fragoroso boato che gli aeroplani di questo tipo producono quando superano la velocità del suono.

Muro del suono
Con lo sviluppo di aeroplani sempre più potenti ed efficienti, nella prima metà del Novecento divenne evidente che per raggiungere velocità superiori a quella del suono fosse necessario riprogettare in parte gli aerei lavorando sulla loro aerodinamica per ridurre la resistenza dell’aria. Il primo aereo sperimentale a superare la velocità del suono fu il Bell X-1 nel 1947, che raggiunse i 1.127 chilometri orari. La velocità del suono varia a seconda del mezzo che attraversa (si propaga per esempio più rapidamente nell’acqua che nell’aria) e della temperatura. Nell’aria è pari a 1.191 chilometri orari se ci si trova a 0 °C, mentre a 20 °C è intorno ai 1.220 chilometri orari. Nei decenni successivi furono sviluppati aerei ancora più veloci, rendendo evidente il problema del boato che si produce quando viene superato questo limite.

Quando un corpo si muove all’interno di un fluido, come un aereo nell’aria, genera delle perturbazioni, le onde di pressione: un po’ come quando si getta un sasso in un lago e si producono delle increspature sulla superficie dell’acqua, che si muovono in tutte le direzioni con raggi crescenti. La velocità con cui si propagano questi disturbi è appunto la velocità del suono.

volo-supersonico

Se la sorgente delle perturbazioni è in movimento, queste tendono a compattarsi nella direzione del moto e ad allargarsi dalla parte opposta. Se il corpo ha una velocità tale che gli permette di superare quella di propagazione dei disturbi, si ha un effetto supersonico. Semplificando, gli aeroplani di questo tipo vanno più veloci delle perturbazioni che creano spostandosi in aria: vanno più veloci del suono che loro stessi producono.

Boato sonico
cono-machMentre supera le onde sonore che ha emesso, l’aereo supersonico continua a generarne di nuove che si assemblano in un modo diverso dalla classica propagazione delle onde sonore, in una forma che viene definita “cono di Mach”, dal nome di Ernst Mach che confermò sperimentalmente l’esistenza del fenomeno (in suo onore il rapporto tra la velocità di un moto in un fluido e la velocità del suono nel fluido è detto numero di Mach). Il cono è di solito molto grande e se l’aereo non vola troppo alto interseca il suolo, creando una traccia che si chiama “tappeto di rimbombo” in cui si sente il boato sonico poco dopo che è passato l’aeroplano. È un rumore fragoroso, simile a quello di un tuono molto forte, e l’onda d’urto che genera può causare danni di vario tipo e stress agli animali. In molti pensano che il ​boom si senta soltanto nell’istante in cui l’aereo supera per la prima volta la velocità del suono durante il volo, ma in realtà l’effetto si produce in ogni momento del volo supersonico. Per questo motivo in molti paesi i voli supersonici sono vietati e per questo il Concorde volava a velocità supersonica solo quando si trovava sugli oceani.

Aerei supersonici più silenziosi
Per superare il problema da anni si studiano soluzioni che consentano di ridurre il boato sonico, per lo più cambiando l’aerodinamica. La NASA vuole che questo obiettivo sia raggiunto in pochi anni e spetterà ai tecnici di Lockheed provarci, progettando una prima serie di accorgimenti che saranno poi impiegati su alcuni modelli sperimentali del nuovo aeroplano. I tempi sono stretti per un progetto di questo tipo: entro il 2020 dovrà essere pronto un primo modello grande più o meno la metà di quello definitivo, per testare sul campo la possibilità di passare da un boato sonico a un “battito”. L’aereo sperimentale potrebbe essere pilotato automaticamente, come un drone, riducendo i rischi nelle prime fasi di test.

Secondo la NASA il boato sonico è stato finora il principale ostacolo alla diffusione dei voli supersonici, dopo l’esperienza del Concorde. Una nuova tecnologia che consenta di renderli più silenziosi potrebbe far decadere i divieti imposti da molti paesi sui voli di questo tipo, portando a una considerevole riduzione della durata dei voli anche a corto raggio. La progettazione dovrà affrontare comunque altri problemi, come quello della costruzione di motori ad alta efficienza per ridurre i consumi e di conseguenza i biglietti, rispetto a quelli costosissimi del Concorde. Per volare da Londra a New York con un biglietto di andata e ritorno si spendevano in media 12mila dollari. Il prezzo era giustificato dagli alti costi di manutenzione e dai pochi posti a bordo rispetto ai più grandi Boeing ed Airbus.

Il piano della NASA rientra in una iniziativa più grande, la New Aviation Horizons, un progetto decennale con l’obiettivo di studiare nuove soluzioni per il volo in ambito civile e non solo. L’obiettivo è creare aerei che vadano più veloci, che consumino di meno e che superino il classico design di un cilindro con due ali.

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