بيتر توماس، جامعة هيرتفوردشاير

أعلنت شركة United Airlines أنها ستشتري ما يصل إلى 50 طائرة Boom Overture الأسرع من الصوت للاستخدام التجاري بحلول عام 2029، مما يبشر بعودة رحلات الركاب الأسرع من الصوت بعد ما يقرب من 20 عاماً من سحب الكونكورد من الخدمة.

تخفض الطائرات الأسرع من الصوت الوقت الذي تستغرقه الرحلة من نيويورك إلى لندن إلى النصف، من سبع ساعات إلى 3.5 ساعات، ولكن تم التخلي عن مثل هذه الطائرات بعد رحلة كونكورد الأخيرة في عام 2003. لقد أصبحت كونكورد غير قابلة للاستخدام من الناحية المالية بعد الانهيار الكبير في عام 2000، إلى جانب أسعار التذاكر الباهضة، وارتفاع استهلاك الوقود، وتكاليف الصيانة المرتفعة بشكل متزايد.

إذا كان لطائرة Boom الأسرع من الصوت أن تنجح، فإنها ستعتمد على تذليل هذه المشكلات التي أدت إلى خروج طائرة الكونكورد عن مسارها. اذن هل يمكن أن يتم ذلك؟

كسر حاجز الصوت

يُطلق على الرحلات الأسرع من الصوت هذا الاسم لأنها تسافر بسرعة أسرع من سرعة الصوت. وللقيام بذلك، يجب أن تخترق الطائرة حاجز الصوت، الأمر الذي يتطلب تصميم ديناميكية هوائية فعالة لتقليل السحب، وقوة دفع كبيرة من المحركات القوية للتغلب على الاضطرابات التي تسببها موجات الصدمة.

كما يتطلب كسر حاجز الصوت أيضاً محركات تستهلك الكثير من وقود الطائرات – وهو أحد عيوب كونكورد الرئيسية وهذا أمر أصبح أكثر إثارة للجدل في السنوات الأخيرة فقط. لذلك تتوقع من طائرة Boom، التي هي في مرحلة بداية تطوير النموذج الأولي، أن تركز تصميماتها على زيادة كفاءة استهلاك الوقود.

ومن المرجح أن تختار الشركة التي يوجد مقرها في كولورادو بين محرك نفاث توربيني ومحرك مراوح توربينية. إن المحرك التوربيني النفاث ينتج كل قوة دفعه من غاز العادم عندما يتحرك بسرعات أعلى. في حين، يستمد المحرك التوربيني المروحي معظم قوته من كمية الهواء الذي يتم تسريعه بواسطة شفرات المروحة. وتحدد كمية هذا الهواء “نسبة التجاوز” للمحرك.

تعد المحركات المروحية ذات نسبة التجاوز الأعلى أكثر كفاءة في استهلاك الوقود من المحركات التوربينية النفاثة. حيث أن سرعة العادم المنخفضة تجعلها أكثر هدوءاً، لكنها تميل إلى أن تكون أكبر، مما يؤدي إلى سحب أعلى بسرعات تفوق سرعة الصوت. لقد فاقت عقوبة السحب هذه كفاءة محركات المراوح التوربينية في الطيران الأسرع من الصوت لفترات طويلة في الماضي.

قد يكون الحل الوسط الجيد هو استخدام محرك مراوح توربيني منخفض التجاوز مع جهاز احتراق ملحق، والذي يضخ وقوداً إضافياً لزيادة قوة الدفع المتاحة بشكل كبير، ويستخدم هذا بشكل شائع في الطائرات العسكرية. وقد تم استخدام هذا المحرك في إصدارات الإنتاج المبكرة لطائرة ركاب أخرى أسرع من الصوت، وهي الروسية Tupelov Tu-144، لكنها كانت غير فعالة للغاية لأنها كانت بحاجة إلى الاستمرار في إطلاق احتراقها الملحق للحفاظ على الرحلة الأسرع من الصوت.

كما ساهم جهاز الاحتراق الملحق من طراز Tu-144 في حدوث ضجيج كبير في المقصورة، حيث يصدر صوتاً مرتفعاًعند 90 ديسيبل– يعادل تقريباً الصوت الناتج عن مجفف الشعر – والذي يتجاوز حدود السلامة النظامية. وفي غضون ذلك كانت تحتاج محركات الكونكورد التوربينية النفاثة فقط إلى اجهزة احتراق ملحقة عند الإقلاع واختراق حاجز الصوت، وتحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود وتقليل ضوضاء المقصورة أثناء القيادة الفائقة.

ضجيج الطائرة الأسرع من الصوت

نظراً للضوضاء التي تولدها، لا يُسمح للطائرات الأسرع من الصوت بالتحليق فوق الأرض. ولكن يمكن رفع هذه القيود من خلال التصميم الديناميكي الهوائي المحسن. فعلى سبيل المثال، يأمل البحث الذي أجرته وكالة ناسا في برنامجها X-59 QueSST في إنتاج أشكال مُحسَّنة لهيكل الطائرة والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من دوي اختراق حاجز الصوت على الارض إلى “جلبة” أكثر هدوءاً – حيث تصل إلى 75 ديسيبل بدلاً من هدير كونكورد بـ 105 ديسيبل.

يمكن أن يؤدي الحصول على تصميم الديناميكا الهوائية بشكل صحيح إلى فتح إمكانية استخدام مواد مركبة حديثة وخفيفة الوزن للسماح للتمكن من جعل نسب الدفع إلى الوزن أفضل – وربما يلغي الحاجة إلى استخدام الاحتراق الملحق عند الإقلاع.

وستكون التطورات الجوهرية في برمجيات ديناميات الموائع الحسابية وبرامج المحاكاة الأخرى منذ سبعينيات القرن الماضي حاسمة في تقييم هذه التصميمات واعتمادها وفقاً لمواعيد الانتهاء المحدودة لانتاج طائرة Boom.

وقود الطيران المستدام

تقوم Boom أيضاً بتطوير الميزة الخضراء لطائرتها. حيث يتضمن جزء من صفقة شركة (يونايتد) تطويراً تعاونياً في إنشاء مصدر موثوق للتزويد بوقود الطيران المستدام. وسيفيد هذا في نهاية المطاف الطائرات الأخرى في أسطول يونايتد والصناعة بشكل عام، والتي تنتج حالياً حوالي 2.8 ٪ من جميع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية من احتراق الوقود الأحفوري.

---

إقرأ المزيد:
كيف وضعت معاهدة 1940 شركات الطيران على طريق انبعاثات عالية وتنظيم منخفض

---

يشمل وقود الطائرات المستدام الوقود الحيوي والكيروسين الاصطناعي الذي يتم تصنيعه باستخدام مواد متجددة ومستدامة. غالباً ما يتم تقدير انخفاض مثير للإعجاب بنسبة 80٪ في دورة الحياة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. الكلمة الأساسية هنا بالرغم من ذلك هي “دورة الحياة”. حيث لا يعني ذلك بالضرورة انبعاثات أقل ضرراً من المحرك.

وتتوافق هذه الوقودات المستدامة مع وقود الطائرات التقليدي، مما يعني أنه لن تكون هناك حاجة إلى إدخال أي تغييرات على البنية التحتية لوقود المطارات أو تصميم المحرك من أجل إدخاله – وهو عامل حاسم في استيعابه. لكن هذه الأنواع من الوقود باهظة الثمن، لأن المواد الخام اللازمة لصنعها غير متوفرة على نطاق واسع. حيث يبلغ إجمالي كمية وقود الطيران المستدام المستخدمة حالياً0.1٪ فقط من إجمالي الوقود المستهلك في الجو. وتقدر التوقعات أن هذايحتاج إلى الوصول إلى ما بين 1.4٪ و 3.7٪ قبل أن يصبح هذا الوقود مجدياً اقتصادياً.

عودة إلى الرحلات الأسرع من الصوت؟

ستكون Boom متفائلة بأنها قادرة على التغلب على تحديات كفاءة الوقود بحلول الوقت الذي تبدأ فيه طائرتها في نقل ركاب يدفعون أجوراً في عام 2029. ويبدو أن هذه الأسعار ستكون مرتفعة، مع توقع Boom أن يكون سعر المقعد 3500 جنيه إسترليني. في عام 1996، فرضت الخطوط الجوية البريطانية حوالي 5،350 جنيه إسترليني – 8،800 جنيه إسترليني بأسعار اليوم – لتذاكر الذهاب والإياب من نيويورك إلى لندن.

إن هذا يعني أنه، مثل كونكورد من قبل، يبدو أن طائرات Boom Overture تستهدف سوق المنتجات الفاخرة – بعيداً عن متناول ركاب درجة رجال الأعمال. ومن المحتمل أن يرتادها فقط أولئك الذين يسافرون حالياً على متن طائرة خاصة، والذين قد تغريهم ادعاءات Boom بأنها شركة تصنيع طائرات مستدامة.

لذلك، في حين أن طائرات الركاب الأسرع من الصوت قد تعود إلى سمائنا بحلول نهاية العقد، فإن أقرب ما يمكن لمعظمنا أن يجربها سيكون عندما تطلق دوي حاجز الصوت المميز فوق رؤوسنا.

بيتر توماس،محاضر أول في هندسة الفضاء الجوي، جامعة هيرتفوردشاير

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.