В течение 27 лет Concorde предоставлял своим пассажирам редкую роскошь: экономию времени. За дорогой тариф изящный сверхзвуковой самолет доставил своих обладателей билетов из Нью-Йорка в Париж всего за три с половиной часа - как раз достаточно времени, чтобы вздремнуть и выпить аперитив. 26 ноября 2003 года Concorde - и коммерческие сверхзвуковые путешествия - вышли из эксплуатации.

С тех пор несколько групп работали над проектами следующего поколения сверхзвуковых реактивных самолетов. Теперь исследователь Массачусетского технологического института предложил концепцию, которая может решить многие проблемы, лежащие в основе Concorde. Цици Ван, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики, говорит, что решение, в принципе, простое: вместо того, чтобы летать с одним крылом в сторону, почему бы не с двумя?

Ван и его коллеги Руи Ху, постдок кафедры аэронавтики и астронавтики, и Энтони Джеймсон, профессор инженерного дела в Стэнфордском университете, показали с помощью компьютерной модели, что модифицированный биплан может, на самом деле, создавать значительно меньшее сопротивление, чем обычный однокрылый самолет на сверхзвуковых крейсерских скоростях. Группа опубликует свои результаты в журнале авиации.

По словам Вана, это уменьшенное лобовое сопротивление означает, что самолету потребуется меньше топлива для полета. Это также означает, что самолет будет производить меньше звукового удара.

"Звуковой удар - это на самом деле ударные волны, создаваемые сверхзвуковыми самолетами, распространяющиеся на землю", - говорит Ван. "Это как слышать выстрелы. Это так раздражает, что сверхзвуковым самолетам не разрешалось летать над сушей ".

Удвойте крылья, удвойте удовольствие

Благодаря конструкции Вана реактивный самолет с двумя крыльями - одно расположено над другим - нейтрализует ударные волны, создаваемые только одним крылом. Ван благодарит немецкого инженера Адольфа Буземанна за оригинальную концепцию. В 1950-х годах Буземанн разработал конструкцию биплана, которая по существу устраняет ударные волны на сверхзвуковых скоростях.

Обычно, когда обычный реактивный самолет приближается к скорости звука, воздух начинает сжиматься в передней и задней частях самолета. Когда самолет достигает и превосходит скорость звука, или 1 Мах, внезапное увеличение давления воздуха создает две огромные ударные волны, которые расходятся по обоим концам самолета, создавая звуковой удар.

Посредством расчетов Буземанн обнаружил, что конструкция биплана может по существу устранить ударные волны. Каждое крыло конструкции, если смотреть сбоку, имеет форму сплющенного треугольника, с верхним и нижним крыльями, направленными друг к другу. Конфигурация, согласно его расчетам, нейтрализует ударные волны, создаваемые каждым крылом в отдельности.

Однако конструкции не хватает подъемной силы: два крыла создают очень узкий канал, через который может проходить только ограниченное количество воздуха. По словам Вана, при переходе на сверхзвуковые скорости канал может по существу "задохнуться", создавая невероятное сопротивление. Хотя конструкция может прекрасно работать на сверхзвуковых скоростях, она не может преодолеть сопротивление, чтобы достичь этих скоростей.

Давая толчок обоснованной теории

Чтобы решить проблему лобового сопротивления, Ван, Ху и Джеймсон разработали компьютерную модель для имитации характеристик биплана Буземанна на различных скоростях. При заданной скорости модель определяла оптимальную форму крыла для минимизации лобового сопротивления. Затем исследователи объединили результаты по дюжине различных скоростей и 700 конфигурациям крыла, чтобы получить оптимальную форму для каждого крыла.

Они обнаружили, что слегка сглаживание внутренней поверхности каждого крыла создало более широкий канал, через который мог проходить воздух. Исследователи также обнаружили, что за счет выступающего верхнего края верхнего крыла и нижнего края нижнего крыла концептуальный самолет смог летать на сверхзвуковых скоростях, с половиной сопротивления обычных сверхзвуковых реактивных самолетов, таких как Concorde. Ван говорит, что такие характеристики потенциально могут сократить количество топлива, необходимое для полета самолета, более чем наполовину.

"Если вы подумаете об этом, когда вы взлетаете, вам приходится перевозить не только пассажиров, но и топливо, и если вы можете уменьшить расход топлива, вы можете уменьшить количество топлива, которое вам нужно перевозить, что, в свою очередь, уменьшает размер конструкции, необходимой для перевозки топлива", - говорит Ван. "Это своего рода цепная реакция".

Следующий шаг команды - разработать трехмерную модель для учета других факторов, влияющих на полет. В то время как исследователи Массачусетского технологического института ищут единую оптимальную конструкцию для сверхзвукового полета, Ван указывает, что группа в Японии добилась прогресса в разработке биплана, подобного Буземанну, с движущимися частями: крылья существенно изменили бы форму в середине полета, чтобы достичь сверхзвуковых скоростей.

"Теперь у людей появляется больше идей о том, как улучшить дизайн [Буземанна]", - говорит Ван. "Это может привести к значительному улучшению, и в ближайшие годы в этой области может произойти бум".