Un transporte supersónico ( SST ) o avión de línea supersónico es un avión supersónico civil diseñado para transportar pasajeros a velocidades superiores a la velocidad del sonido . Hasta la fecha, los únicos SST que han tenido servicio regular han sido el Concorde y el Tupolev Tu-144 . El último vuelo de pasajeros del Tu-144 fue en junio de 1978 y la NASA lo realizó por última vez en 1999 . El último vuelo comercial del Concorde fue en octubre de 2003, siendo un vuelo en ferry el 26 de noviembre de 2003 su última operación aérea. Tras el cese permanente de los vuelos del Concorde, no quedan SST en servicio comercial. Varias empresas han propuesto un avión comercial supersónico que podría recuperar el transporte supersónico.
Los aviones supersónicos han sido objeto de numerosos ataques recientes [ ¿cuándo? ] estudios de diseño en curso. Los inconvenientes y los desafíos de diseño son la generación excesiva de ruido (durante el despegue y debido a las explosiones sónicas durante el vuelo), los altos costos de desarrollo, los costosos materiales de construcción, el alto consumo de combustible, las emisiones extremadamente altas y un mayor costo por asiento en comparación con los aviones subsónicos. Sin embargo, a pesar de estos desafíos, el Concorde afirmó que operaba de manera rentable. [1]
A lo largo de la década de 1950, una SST parecía posible desde un punto de vista técnico, pero no estaba claro si podría hacerse económicamente viable. Debido a las diferencias en la generación de sustentación , las aeronaves que operan a velocidades supersónicas tienen aproximadamente la mitad de la relación sustentación-arrastre de las aeronaves subsónicas. Esto implica que para cualquier cantidad de sustentación requerida, el avión tendrá que suministrar aproximadamente el doble de empuje, lo que conducirá a un uso de combustible considerablemente mayor. Este efecto es pronunciado a velocidades cercanas a la velocidad del sonido, ya que el avión utiliza el doble de empuje para viajar aproximadamente a la misma velocidad. El efecto relativo se reduce a medida que el avión acelera a velocidades más altas. Para compensar este aumento en el uso de combustible estaba el potencial de aumentar considerablemente las tasas de salida de la aeronave, al menos en vuelos de mediano y largo alcance donde la aeronave pasa una cantidad considerable de tiempo en crucero. Los diseños de SST que volaran al menos tres veces más rápido que los transportes subsónicos existentes eran posibles y, por lo tanto, podrían reemplazar hasta tres aviones en servicio y, por lo tanto, reducirían los costos en términos de mano de obra y mantenimiento.
El trabajo serio en los diseños de SST comenzó a mediados de la década de 1950, cuando la primera generación de aviones de combate supersónicos entraba en servicio. En Gran Bretaña y Francia, los programas SST subsidiados por el gobierno se instalaron rápidamente en el ala delta en la mayoría de los estudios, incluidos el Sud Aviation Super-Caravelle y el Bristol Type 223 , aunque Armstrong-Whitworth propuso un diseño más radical, el Mach 1,2 M-Wing . Avro Canada propuso varios diseños a TWA que incluían ala doble conopial Mach 1.6 y ala delta Mach 1.2 con cola separada y cuatro configuraciones de motor debajo del ala. El equipo de Avro se mudó al Reino Unido, donde su diseño formó la base de los diseños de Hawker Siddeley . [2] A principios de la década de 1960, los diseños habían progresado hasta el punto en que se dio el visto bueno a la producción, pero los costos eran tan altos que Bristol Airplane Company y Sud Aviation finalmente fusionaron sus esfuerzos en 1962 para producir el Concorde.
A principios de la década de 1960, varios ejecutivos de compañías aeroespaciales estadounidenses decían al público y al Congreso de ese país que no había razones técnicas para que no se pudiera producir una SST. En abril de 1960, Burt C. Monesmith, vicepresidente de Lockheed , afirmó en varias revistas que una SST construida con acero que pesara 250.000 libras (110.000 kg) podría desarrollarse por 160 millones de dólares y venderse en lotes de producción de 200 o más por alrededor de 9 millones de dólares. . [3] Pero fue el desarrollo anglo-francés del Concorde lo que desató el pánico en la industria estadounidense, donde se pensó que el Concorde pronto reemplazaría a todos los demás diseños de largo alcance, especialmente después de que Pan Am sacara opciones de compra sobre el Concorde. Pronto el Congreso financió un esfuerzo de diseño de SST, seleccionando los diseños existentes de Lockheed L-2000 y Boeing 2707 , para producir un diseño aún más avanzado, más grande, más rápido y de mayor alcance. Finalmente se seleccionó el diseño del Boeing 2707 para continuar con el trabajo, con el objetivo de transportar alrededor de 300 pasajeros y tener una velocidad de crucero cercana a Mach 3 . La Unión Soviética se propuso producir su propio diseño, el Tu-144 , al que la prensa occidental apodó "Concordski". [ cita necesaria ]
El SST fue visto como particularmente ofensivo debido a su explosión sónica y al potencial de los gases de escape de su motor de dañar la capa de ozono . Ambos problemas afectaron el pensamiento de los legisladores y, finalmente, el Congreso retiró la financiación para el programa SST de EE. UU. en marzo de 1971, [4] [5] [6] [7] [8] y se prohibieron todos los vuelos supersónicos comerciales por tierra sobre los EE. UU. [9] El asesor presidencial Russell Train advirtió que una flota de 500 SST que volaban a 65.000 pies (20 km) durante un período de años podría aumentar el contenido de agua estratosférica entre un 50% y un 100%. Según Train, esto podría provocar un mayor calor a nivel del suelo y obstaculizar la formación de ozono . [10] En relación con el agua estratosférica y su potencial para aumentar las temperaturas del suelo, aunque no menciona al Concorde como la fuente de la "reciente disminución del vapor de agua que se desconoce", en 2010 la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica señaló que los niveles de vapor de agua estratosférico en Las décadas de 1980 y 1990 fueron más altas que las de la década de 2000, en aproximadamente un 10%; Susan Solomon, de la NOAA, calculó que es este cambio el responsable de la desaceleración del aumento de las temperaturas superficiales debido al calentamiento global en aproximadamente un 25 por ciento en comparación. al ritmo de calentamiento del decenio de 1990 . [11]
Más tarde, se planteó la hipótesis de una amenaza adicional para el ozono como resultado de los óxidos de nitrógeno de los gases de escape , una amenaza que fue, en 1974, aparentemente validada por un equipo del MIT encargado por el Departamento de Transporte de los Estados Unidos . [12] Sin embargo, mientras muchos modelos puramente teóricos indicaban el potencial de grandes pérdidas de ozono debido a los óxidos de nitrógeno ( NOx ) de la TSM, otros científicos en el artículo " Nitrogen Oxides, Nuclear Weapon Testing , Concorde and Stratospheric Ozone " recurrieron al monitoreo histórico del ozono y pruebas nucleares atmosféricas para que sirvan como guía y medio de comparación, observando que no fue evidente ninguna pérdida detectable de ozono a partir de aproximadamente 213 megatones de energía explosiva que se liberaron en 1962, por lo que la cantidad equivalente de NOx de los "1047" Concordes que volaban "10 horas al día día", tampoco tendría precedentes. [13] En 1981, los modelos y las observaciones todavía eran irreconciliables. [14] Modelos informáticos más recientes de 1995 realizados por David W. Fahey, un científico atmosférico de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica , y otros, sugieren que la caída del ozono sería, como máximo, "no más" del 1 al 2% si Se operó una flota de 500 aviones supersónicos. [15] [16] Fahey expresó que esto no sería un obstáculo fatal para un desarrollo avanzado de SST – mientras que "una gran señal de precaución... [no] debería ser un obstáculo para el desarrollo avanzado de SST" porque "eliminar el azufre en "el combustible del [Concorde]" esencialmente eliminaría la hipotética ruta de reacción de destrucción de ozono del 1% al 2%. [17]
A pesar de la discrepancia entre el modelo y la observación en torno a la preocupación por el ozono, a mediados de la década de 1970, seis años después de su primer vuelo de prueba supersónico, [18] el Concorde ya estaba listo para entrar en servicio. La protesta política estadounidense fue tan grande que Nueva York prohibió el avión. Esto amenazaba las perspectivas económicas del avión: había sido construido teniendo en mente la ruta Londres-Nueva York. Al avión se le permitió llegar a Washington, DC (en Dulles , Virginia ), y el servicio fue tan popular que los neoyorquinos pronto se quejaron porque no lo tenían. No pasó mucho tiempo antes de que el Concorde volara hacia JFK .
Junto con las cambiantes consideraciones políticas, el público que viajaba en avión siguió mostrando interés en cruzar el océano a alta velocidad. Esto inició estudios de diseño adicionales en los EE. UU., bajo el nombre "AST" (Advanced Supersonic Transport). El SCV de Lockheed fue un nuevo diseño para esta categoría, mientras que Boeing continuó los estudios con el 2707 como base.
En ese momento, la economía de los conceptos anteriores de TSM ya no era razonable. Cuando se diseñaron por primera vez, los SST estaban previstos para competir con aviones de largo alcance con capacidad para entre 80 y 100 pasajeros, como el Boeing 707 , pero con aviones más nuevos como el Boeing 747 , que transportaba cuatro veces más capacidad, las ventajas de velocidad y combustible del concepto SST eran quitado por su gran tamaño.
Otro problema fue que la amplia gama de velocidades en las que opera una SST dificulta la mejora de los motores. Si bien los motores subsónicos habían logrado grandes avances en el aumento de la eficiencia durante la década de 1960 con la introducción del motor turbofan con relaciones de derivación cada vez mayores , el concepto de ventilador es difícil de utilizar a velocidades supersónicas donde la derivación "adecuada" es de aproximadamente 0,45, [19] a diferencia de 2.0 o superior para diseños subsónicos. Por ambas razones, los diseños de SST estuvieron condenados al fracaso debido a mayores costos operativos, y los programas de AST desaparecieron a principios de los años 1980.
El Concorde sólo se vendió a British Airways y Air France, con compras subvencionadas que devolverían el 80% de los beneficios al gobierno. En la práctica, durante casi toda la duración del acuerdo, no hubo ningún beneficio que compartir. Después de la privatización del Concorde, las medidas de reducción de costos (en particular el cierre del sitio de pruebas de alas metalúrgicas que había realizado suficientes ciclos de temperatura para validar el avión hasta 2010) y los aumentos en los precios de los boletos generaron ganancias sustanciales.
Desde que el Concorde dejó de volar, se ha revelado que durante la vida del Concorde, el avión resultó rentable, al menos para British Airways. Los costos operativos del Concorde durante casi 28 años de operación fueron de aproximadamente mil millones de libras esterlinas, con ingresos de 1,750 millones de libras esterlinas. [20]
El 25 de julio de 2000, el vuelo 4590 de Air France se estrelló poco después del despegue y murieron los 109 ocupantes y cuatro en tierra; el único incidente fatal que involucró al Concorde. El servicio comercial estuvo suspendido hasta noviembre de 2001 y los aviones Concorde fueron retirados en 2003 después de 27 años de operaciones comerciales.
Los últimos vuelos regulares de pasajeros aterrizaron en el aeropuerto Heathrow de Londres el viernes 24 de octubre de 2003, poco después de las 16 horas: el vuelo 002 procedente de Nueva York, un segundo vuelo procedente de Edimburgo, Escocia, y el tercero que había despegado de Heathrow en un vuelo circular. sobre el Golfo de Vizcaya.
A finales del siglo XX, proyectos como el Tupolev Tu-244 , el Tupolev Tu-344 , el Transporte Supersónico Silencioso SAI , el Sukhoi-Gulfstream S-21 , el Transporte Civil de Alta Velocidad , etc., no se habían realizado.
Para todos los vehículos que viajan por el aire, la fuerza de arrastre es proporcional al coeficiente de arrastre ( C d ), al cuadrado de la velocidad del aire y a la densidad del aire. Dado que la resistencia aumenta rápidamente con la velocidad, una prioridad clave en el diseño de aviones supersónicos es minimizar esta fuerza reduciendo el coeficiente de resistencia. Esto da lugar a las formas muy aerodinámicas de las SST. Hasta cierto punto, los aviones supersónicos también gestionan la resistencia al volar a mayores altitudes que los aviones subsónicos, donde la densidad del aire es menor.
A medida que las velocidades se acercan a la velocidad del sonido, aparece el fenómeno adicional de arrastre de ondas . Esta es una poderosa forma de resistencia que comienza a velocidades transónicas (alrededor de Mach 0,88 ). Alrededor de Mach 1, el coeficiente máximo de resistencia es cuatro veces mayor que el de la resistencia subsónica. Por encima del rango transónico, el coeficiente vuelve a caer drásticamente, aunque sigue siendo un 20% mayor en Mach 2,5 que a velocidades subsónicas. Los aviones supersónicos deben tener considerablemente más potencia que la que requieren los aviones subsónicos para superar esta resistencia de las olas, y aunque el rendimiento de crucero por encima de la velocidad transónica es más eficiente, sigue siendo menos eficiente que el vuelo subsónico.
Otro problema en el vuelo supersónico es la relación de sustentación y resistencia (relación L/D) de las alas. A velocidades supersónicas, los perfiles generan sustentación de una manera completamente diferente que a velocidades subsónicas, y son invariablemente menos eficientes. Por esta razón, se ha investigado mucho el diseño de formas en planta de alas para un crucero supersónico sostenido. Aproximadamente a Mach 2, un diseño de ala típico reducirá su relación L/D a la mitad (por ejemplo, el Concorde logró una relación de 7,14, mientras que el subsónico Boeing 747 tiene una relación L/D de 17). [21] Debido a que el diseño de una aeronave debe proporcionar suficiente sustentación para superar su propio peso, una reducción de su relación L/D a velocidades supersónicas requiere empuje adicional para mantener su velocidad y altitud.
El diseño de los motores a reacción cambia significativamente entre aviones supersónicos y subsónicos. Los motores a reacción, como clase, pueden proporcionar una mayor eficiencia de combustible a velocidades supersónicas, aunque su consumo específico de combustible es mayor a velocidades más altas. Debido a que su velocidad sobre el suelo es mayor, esta disminución de eficiencia es menos que proporcional a la velocidad hasta muy por encima de Mach 2, y el consumo por unidad de distancia es menor.
Cuando el Concorde estaba siendo diseñado por Aérospatiale – BAC , los motores a reacción de alto bypass (motores “ turbofán ”) aún no se habían implementado en aviones subsónicos. Si el Concorde hubiera entrado en servicio frente a diseños anteriores como el Boeing 707 o el De Havilland Comet , habría sido mucho más competitivo, aunque el 707 y el DC-8 todavía transportaban más pasajeros. Cuando estos motores a reacción de alto bypass entraron en servicio comercial en la década de 1960, los motores a reacción subsónicos se volvieron inmediatamente mucho más eficientes, más cercanos a la eficiencia de los turborreactores a velocidades supersónicas. Una de las principales ventajas de la SST desapareció.
Los motores turbofan mejoran la eficiencia al aumentar la cantidad de aire frío a baja presión que aceleran, utilizando parte de la energía que normalmente se utiliza para acelerar el aire caliente en el clásico turborreactor sin derivación. La máxima expresión de este diseño es el turbohélice , donde casi todo el empuje del jet se utiliza para impulsar un ventilador muy grande: la hélice . La curva de eficiencia del diseño del ventilador significa que la cantidad de derivación que maximiza la eficiencia general del motor es una función de la velocidad de avance, que disminuye desde las hélices hasta los ventiladores y hasta ninguna derivación a medida que aumenta la velocidad. Además, la gran superficie frontal ocupada por el ventilador de baja presión en la parte delantera del motor aumenta la resistencia, especialmente a velocidades supersónicas, y significa que las relaciones de derivación son mucho más limitadas que en los aviones subsónicos. [22]
Por ejemplo, el primer Tu-144S estaba equipado con un motor turbofan de baja derivación que era mucho menos eficiente que los turborreactores del Concorde en vuelo supersónico. El último TU-144D presentaba motores turborreactores con una eficiencia comparable. Estas limitaciones significaron que los diseños SST no pudieron aprovechar las dramáticas mejoras en la economía de combustible que los motores de alto bypass trajeron al mercado subsónico, pero ya eran más eficientes que sus contrapartes subsónicas de turbofan.
Las velocidades de los vehículos supersónicos exigen diseños de alas y fuselajes más estrechos y están sujetos a mayores tensiones y temperaturas. Esto conduce a problemas de aeroelasticidad , que requieren estructuras más pesadas para minimizar la flexión no deseada. Los SST también requieren una estructura mucho más fuerte (y por lo tanto más pesada) porque su fuselaje debe estar presurizado a un diferencial mayor que el de los aviones subsónicos, que no operan a las altas altitudes necesarias para el vuelo supersónico. Estos factores juntos significaron que el peso vacío por asiento del Concorde es más de tres veces mayor que el de un Boeing 747.
Tanto el Concorde como el TU-144 fueron construidos con aluminio convencional: el Concorde de Hiduminium y el TU-144 de duraluminio . Sin embargo, materiales más modernos como la fibra de carbono y el Kevlar son mucho más fuertes en tensión para su peso (importante para hacer frente a las tensiones de presurización) además de ser más rígidos. Como el peso por asiento de la estructura es mucho mayor en un diseño SST, cualquier mejora conducirá a un porcentaje de mejora mayor que los mismos cambios en un avión subsónico.
Los mayores costos de combustible y la menor capacidad de pasajeros debido al requisito aerodinámico de un fuselaje estrecho hacen de los SST una forma costosa de transporte civil comercial en comparación con los aviones subsónicos. Por ejemplo, el Boeing 747 puede transportar más del triple de pasajeros que el Concorde y utiliza aproximadamente la misma cantidad de combustible.
Sin embargo, los costos del combustible no representan la mayor parte del precio de la mayoría de los boletos de pasajeros de aviones subsónicos. [25] Para el mercado comercial transatlántico para el que se utilizaron los aviones SST, el Concorde tuvo realmente mucho éxito y pudo mantener un precio de billete más alto. Ahora que los aviones comerciales SST han dejado de volar, ha quedado más claro que el Concorde generó beneficios sustanciales para British Airways. [20]
Las velocidades extremas de los aviones utilizados durante el despegue hicieron que los Concorde y Tu-144 produjeran un ruido de despegue significativo. Las comunidades cercanas al aeropuerto se vieron afectadas por los altos niveles de ruido de los motores, lo que llevó a algunos reguladores a desaprobar la práctica. Los motores SST necesitan un empuje específico bastante alto (empuje neto/flujo de aire) durante el crucero supersónico, para minimizar el área de la sección transversal del motor y, por tanto, la resistencia de la góndola . Desafortunadamente, esto implica una alta velocidad del jet, lo que hace que los motores sean ruidosos, especialmente a bajas velocidades/altitudes y durante el despegue. [26]
Por lo tanto, un futuro SST bien podría beneficiarse de un motor de ciclo variable , donde el empuje específico (y por lo tanto la velocidad y el ruido del jet) es bajo en el despegue, pero se ve elevado durante el crucero supersónico. La transición entre los dos modos se produciría en algún momento durante el ascenso y viceversa durante el descenso (para minimizar el ruido del avión al acercarse). La dificultad es diseñar una configuración de motor de ciclo variable que cumpla con el requisito de un área de sección transversal baja durante el crucero supersónico.
No se pensaba que el estallido sónico fuera un problema grave debido a las grandes altitudes a las que volaban los aviones, pero experimentos a mediados de la década de 1960, como las controvertidas pruebas del estallido sónico de Oklahoma City y los estudios del XB-70 norteamericano de la USAF Valkyrie demostró lo contrario (ver Sonic boom § Disminución ). En 1964, debido al problema, no estaba claro si se otorgaría licencia a los aviones supersónicos civiles. [27]
La molestia de una explosión sónica se puede evitar esperando hasta que el avión esté a gran altura sobre el agua antes de alcanzar velocidades supersónicas; esta fue la técnica utilizada por el Concorde. Sin embargo, impide los vuelos supersónicos sobre zonas pobladas. Los aviones supersónicos tienen relaciones de sustentación/arrastre deficientes a velocidades subsónicas en comparación con los aviones subsónicos (a menos que se empleen tecnologías como alas de barrido variable ) y, por lo tanto, queman más combustible, lo que hace que su uso sea económicamente desventajoso en tales rutas de vuelo.
El Concorde tenía una sobrepresión de 1,94 lb/pie cuadrado (93 Pa) (133 dBA SPL). Las sobrepresiones superiores a 1,5 lb/pie cuadrado (72 Pa) (131 dBA SPL) suelen provocar quejas. [28]
Si se puede reducir la intensidad del boom, esto puede hacer que incluso diseños muy grandes de aviones supersónicos sean aceptables para vuelos por tierra. Las investigaciones sugieren que los cambios en el cono de la nariz y la cola pueden reducir la intensidad del estallido sónico por debajo de lo necesario para causar quejas. Durante los esfuerzos originales de SST en la década de 1960, se sugirió que una cuidadosa configuración del fuselaje del avión podría reducir la intensidad de las ondas de choque del boom sónico que llegan al suelo. Un diseño provocó que las ondas de choque interfirieran entre sí, reduciendo en gran medida el estallido sónico. Esto fue difícil de probar en ese momento, pero desde entonces el creciente poder del diseño asistido por computadora lo ha hecho considerablemente más fácil. En 2003, se voló un avión de demostración de pluma sónica con forma que demostró la solidez del diseño y la capacidad de reducir la pluma a aproximadamente la mitad. Incluso alargar el vehículo (sin aumentar significativamente el peso) parecería reducir la intensidad del boom (ver Sonic boom § Reducción ).
En lo que respecta a políticas públicas, por ejemplo, la FAA prohíbe que los aviones comerciales vuelen a velocidades supersónicas sobre tierras soberanas gobernadas por Estados Unidos debido al impacto negativo que el boom sónico trae a los humanos y a las poblaciones animales que se encuentran debajo. [29]
El diseño aerodinámico de un avión supersónico debe cambiar con su velocidad para lograr un rendimiento óptimo. Por lo tanto, lo ideal sería que una SST cambiara de forma durante el vuelo para mantener un rendimiento óptimo tanto a velocidades subsónicas como supersónicas. Un diseño de este tipo introduciría complejidad que aumentaría las necesidades de mantenimiento, los costos operativos y las preocupaciones de seguridad.
En la práctica, todos los transportes supersónicos han utilizado esencialmente la misma forma para vuelos subsónicos y supersónicos, y se opta por un compromiso en el rendimiento, a menudo en detrimento de los vuelos a baja velocidad. Por ejemplo, el Concorde tenía una resistencia muy alta (una relación de elevación a resistencia de aproximadamente 4) a baja velocidad, pero viajó a alta velocidad durante la mayor parte del vuelo. Los diseñadores del Concorde dedicaron 5.000 horas a optimizar la forma del vehículo en pruebas en el túnel de viento para maximizar el rendimiento general durante todo el plan de vuelo. [ cita necesaria ]
El Boeing 2707 presentaba alas oscilantes para brindar mayor eficiencia a bajas velocidades, pero el mayor espacio requerido para tal característica produjo problemas de capacidad que finalmente resultaron insuperables.
La aviación norteamericana tuvo un enfoque inusual para este problema con el XB-70 Valkyrie . Al bajar los paneles exteriores de las alas a altos números de Mach, pudieron aprovechar la sustentación por compresión en la parte inferior del avión. Esto mejoró la relación L/D en aproximadamente un 30%.
A velocidades supersónicas, un avión comprime adiabáticamente el aire que tiene delante. El aumento de temperatura del aire calienta el avión.
Los aviones subsónicos suelen estar fabricados de aluminio. Sin embargo, el aluminio, aunque es ligero y resistente, no puede soportar temperaturas muy superiores a los 127 °C; Por encima de 127 °C, el aluminio pierde gradualmente las propiedades que le confiere el endurecimiento por envejecimiento. [30] Para los aviones que vuelan a Mach 3, se han utilizado materiales como el acero inoxidable ( XB-70 Valkyrie , MiG-25 ) o el titanio ( SR-71 , Sukhoi T-4 ), con un coste considerable, como Las propiedades de estos materiales hacen que el avión sea mucho más difícil de fabricar.
En 2017 se descubrió un nuevo material de revestimiento cerámico de carburo que podía resistir temperaturas de Mach 5 o superiores, quizás hasta 3000 °C. [31]
El alcance de los aviones supersónicos se puede estimar con la ecuación de alcance de Breguet .
El elevado peso al despegue por pasajero dificulta la obtención de una buena fracción de combustible. Este problema, junto con el desafío que presentan las relaciones de sustentación/arrastre supersónico, limita en gran medida el alcance de los transportes supersónicos. Como las rutas de larga distancia no eran una opción viable, las aerolíneas tenían poco interés en comprar los aviones. [ cita necesaria ]
Las aerolíneas valoran potencialmente los aviones muy rápidos porque les permiten realizar más vuelos por día, lo que proporciona un mayor retorno de la inversión. Además, los pasajeros generalmente prefieren viajes más rápidos y de menor duración a viajes más lentos y de mayor duración, por lo que operar aviones más rápidos puede dar a una aerolínea una ventaja competitiva, incluso en la medida en que muchos clientes estén dispuestos a pagar tarifas más altas para ahorrar tiempo y dinero. /o llegar antes. [ cita necesaria ] Sin embargo, los altos niveles de ruido del Concorde alrededor de los aeropuertos, los problemas de zona horaria y la velocidad insuficiente significaban que solo se podía realizar un viaje de regreso por día, por lo que la velocidad adicional no era una ventaja para la aerolínea más que una característica de venta. a sus clientes. [32] Las SST estadounidenses propuestas estaban destinadas a volar a Mach 3, en parte por esta razón. Sin embargo, teniendo en cuenta el tiempo de aceleración y desaceleración, un viaje transatlántico en un Mach 3 SST sería menos de tres veces más rápido que un viaje Mach 1.
Dado que las SST producen explosiones sónicas a velocidades supersónicas, rara vez se les permite volar supersónicos sobre tierra y, en su lugar, deben volar supersónicos sobre el mar. Dado que son ineficientes a velocidades subsónicas en comparación con los aviones subsónicos, el alcance se deteriora y se reduce el número de rutas que el avión puede volar sin escalas. Esto también reduce el atractivo de dichos aviones para la mayoría de las aerolíneas.
Los aviones supersónicos tienen un mayor consumo de combustible por pasajero que los aviones subsónicos; esto hace que el precio del billete sea necesariamente más alto, si todos los demás factores son iguales, además de hacer que ese precio sea más sensible al precio del petróleo. (También hace que los vuelos supersónicos sean menos amigables con el medio ambiente y la sostenibilidad, dos preocupaciones crecientes del público en general, incluidos los viajeros aéreos).
Invertir en trabajos de investigación y desarrollo para diseñar una nueva SST puede considerarse como un esfuerzo para superar el límite de velocidad del transporte aéreo. En general, aparte de la necesidad de nuevos logros tecnológicos, la principal fuerza impulsora de tal esfuerzo es la presión competitiva de otros modos de transporte. La competencia entre diferentes proveedores de servicios dentro de un modo de transporte no suele dar lugar a inversiones tecnológicas para aumentar la velocidad. En cambio, los proveedores de servicios prefieren competir en calidad y costo del servicio. [ cita necesaria ] Un ejemplo de este fenómeno es el tren de alta velocidad . Se había forzado tanto el límite de velocidad del transporte ferroviario para permitirle competir efectivamente con el transporte por carretera y aéreo. Pero este logro no se logró para que diferentes empresas operadoras ferroviarias compitieran entre sí. Este fenómeno también reduce la conveniencia de los SST para las aerolíneas, porque, para el transporte de muy larga distancia (un par de miles de kilómetros), la competencia entre diferentes modos de transporte es más bien como una carrera de un solo caballo: el transporte aéreo no tiene un competidor significativo. La única competencia es entre las compañías aéreas, y prefieren pagar moderadamente para reducir los costos y aumentar la calidad del servicio que pagar mucho más por un aumento de velocidad. [ cita necesaria ] Además, las empresas con fines de lucro generalmente prefieren planes de negocios de bajo riesgo con altas probabilidades de obtener ganancias apreciables, pero un costoso programa de investigación y desarrollo tecnológico de vanguardia es una empresa de alto riesgo, ya que es posible que el programa fracase. por razones técnicas imprevisibles o afrontará sobrecostos tan grandes que obliguen a la empresa, debido a limitaciones de recursos financieros, a abandonar el esfuerzo antes de que produzca alguna tecnología SST comercializable, lo que podría provocar que se pierda toda la inversión.
El Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT) estima que un SST quemaría de 5 a 7 veces más combustible por pasajero. [33] El ICCT muestra que un vuelo supersónico de Nueva York a Londres consumiría más del doble de combustible por pasajero que en clase ejecutiva subsónica , seis veces más que en clase económica y tres veces más que en clase ejecutiva subsónica en Los Ángeles. Ángeles a Sídney. [34] Los diseñadores pueden cumplir los estándares ambientales existentes con tecnología avanzada o presionar a los responsables políticos para que establezcan nuevos estándares para las SST. [35]
Si hubiera 2.000 SST en 2035, habría 5.000 vuelos por día en 160 aeropuertos y la flota de SST emitiría ~96 millones de toneladas métricas de CO₂ por año (como American , Delta y Southwest combinados en 2017), entre 1,6 y 2,4 gigatoneladas de CO₂ durante sus 25 años de vida: una quinta parte del presupuesto de carbono de la aviación internacional si la aviación mantiene su cuota de emisiones para permanecer por debajo de una trayectoria climática de 1,5 °C . El área expuesta al ruido alrededor de los aeropuertos podría duplicarse en comparación con los aviones subsónicos existentes del mismo tamaño, con más de 300 operaciones por día en Dubai y Londres Heathrow , y más de 100 en Los Ángeles , Singapur , San Francisco , Nueva York-JFK , Frankfurt y Bangkok . Se escucharían frecuentes estallidos sónicos en Canadá, Alemania, Irak, Irlanda, Israel, Rumania, Turquía y partes de los Estados Unidos, hasta 150 a 200 por día o uno cada cinco minutos. [36]
El 21 de agosto de 1961, un Douglas DC-8-43 (matrícula N9604Z) superó Mach 1 en un picado controlado durante un vuelo de prueba en la Base de la Fuerza Aérea Edwards. La tripulación estaba formada por William Magruder (piloto), Paul Patten (copiloto), Joseph Tomich (ingeniero de vuelo) y Richard H. Edwards (ingeniero de pruebas de vuelo). [37] Este es el primer vuelo supersónico realizado por un avión civil. [37]
En total se construyeron 20 Concordes: dos prototipos, dos aviones de desarrollo y 16 aviones de producción. De los dieciséis aviones de producción, dos no entraron en servicio comercial y ocho permanecían en servicio en abril de 2003. Todos menos dos de estos aviones se conservan; los dos que no lo son son el F-BVFD (cn 211), estacionado como fuente de repuestos en 1982 y desguazado en 1994, y el F-BTSC (cn 203), que se estrelló en las afueras de París el 25 de julio de 2000, matando a 100 pasajeros. , 9 tripulantes y 4 personas en tierra.
Se construyeron un total de dieciséis Tupolev Tu-144 en condiciones de volar; un decimoséptimo Tu-144 (reg. 77116) nunca se completó. También hubo al menos un fuselaje de prueba en tierra para pruebas estáticas en paralelo con el desarrollo del prototipo 68001.
El deseo de un avión supersónico de segunda generación se ha mantenido dentro de algunos elementos de la industria de la aviación, [38] [39] y han surgido varios conceptos desde el retiro del Concorde.
Según Aviation Week , el mercado de aviones supersónicos que cuestan 200 millones de dólares podría alcanzar 1.300 unidades en un período de 10 años, con un valor de 260 mil millones de dólares. [40] El desarrollo y la certificación suponen probablemente una operación de 4.000 millones de dólares. [41]
En noviembre de 2003, EADS (la empresa matriz de Airbus ) anunció que estaba considerando trabajar con empresas japonesas para desarrollar un sustituto más grande y más rápido del Concorde. [43] [44] En octubre de 2005, JAXA , la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, llevó a cabo pruebas aerodinámicas de un modelo a escala de un avión de pasajeros diseñado para transportar 300 pasajeros a Mach 2 ( Transporte Supersónico de Próxima Generación , NEXST , luego Transporte Hipersónico de Emisiones Cero ). Si se implementa comercialmente, se espera que esté en servicio alrededor de 2020-25. [45]
En mayo de 2008, se informó que Aerion Corporation tenía 3 mil millones de dólares en ventas de pedidos anticipados de su avión comercial supersónico Aerion SBJ . [46] A finales de 2010, el proyecto continuó con un vuelo de prueba de una sección del ala. [47] El Aerion AS2 se propuso como un trijet de 12 asientos, con un alcance de 4.750 millas náuticas (8.800 km; 5.470 millas) a Mach 1,4 sobre el agua o 5.300 millas náuticas (9.800 km; 6.100 millas) a Mach 0,95 sobre tierra, aunque Se afirmó que era posible un vuelo Mach 1.1 "sin boom". Con el respaldo de Airbus y 20 pedidos de lanzamiento de Flexjet, las primeras entregas se retrasaron dos años desde 2023 cuando se seleccionó a GE Aviation en mayo de 2017 para un estudio conjunto de motores. En mayo de 2021, la empresa anunció que cesaría sus operaciones debido a la imposibilidad de reunir capital. [48]
El SAI Quiet Supersonic Transport es un diseño de Lockheed Martin para 12 pasajeros que navegará a Mach 1,6 y creará un boom sónico de solo el 1% de la potencia generada por el Concorde. [49]
También se han propuesto los supersónicos Tupolev Tu-444 o Gulfstream X-54 .
En marzo de 2016, Boom Technology reveló que se encuentra en las fases de desarrollo de la construcción de un avión supersónico de 40 pasajeros capaz de volar a Mach 1,7, afirmando que la simulación del diseño muestra que será más silencioso y un 30% más eficiente que el Concorde y será capaz de volar de Los Ángeles a Sydney en 6 horas. Está previsto que entre en servicio en 2029. [50]
Para su viabilidad económica, la investigación de la NASA desde 2006 se ha centrado en reducir el boom sónico para permitir vuelos supersónicos sobre tierra. [51] En 2016, la NASA anunció que había firmado un contrato para el diseño de un prototipo moderno de SST de bajo ruido . [52] El equipo de diseño está dirigido por Lockheed Martin Aeronautics . [52] La NASA debería volar un demostrador de bajo auge en 2019, reducido de explosiones dobles a golpes suaves debido a la forma del fuselaje, para solicitar la respuesta de la comunidad, en apoyo de un posible levantamiento de la prohibición de la FAA y la OACI a principios de la década de 2020. El Lockheed Martin X-59 QueSST X-plane imitará la firma de la onda de choque de un avión de pasajeros Mach 1,6 a 1,8, de 80 a 100 asientos por 75 PNLdB en comparación con los 105 PNLdB del Concorde. [51]
El TsAGI exhibió en el Salón Aeronáutico MAKS 2017 en Moscú un modelo a escala de su Jet Comercial Supersónico que debería producir un boom sónico bajo que permita el vuelo supersónico sobre tierra, optimizado para una velocidad de crucero de 2.100 km/h (1.300 mph) y entre 7.400 y 8.600 Alcance de km (4.600 a 5.300 millas). La investigación científica tiene como objetivo optimizar las velocidades transónicas de Mach 0,8-0,9 y supersónicas de Mach 1,5-2,0; se prueba un diseño similar en un túnel de viento mientras se conceptualizan los motores en el Instituto Central de Motores de Aviación y Aviadvigatel y NPO estudian los diseños. Saturno . [53]
En la convención de la NBAA de octubre de 2017 en Las Vegas, con la NASA apoyando solo la investigación, varias compañías enfrentaron desafíos de ingeniería para proponer aviones sin motor disponible, velocidades máximas variables y modelos operativos: [54]
De los cuatro mil millones de pasajeros aéreos en 2017, más de 650 millones volaron en largas distancias entre 2.000 y 7.000 millas (3.200 y 11.300 km), incluidos 72 millones en clase ejecutiva y primera clase , llegando a 128 millones en 2025; Spike proyecta que entonces 13 millones estarían interesados en el transporte supersónico. [56]
En octubre de 2018, la reautorización de la FAA planificó estándares de ruido para transportes supersónicos, dando a los desarrolladores una certeza regulatoria para sus diseños, principalmente para su elección de motor. La FAA propondrá reglas para la autorización de pruebas de vuelo supersónico en los EE. UU. y la certificación de ruido a principios de 2019. [57] La FAA debería hacer una propuesta para el ruido de aterrizaje y despegue antes del 31 de marzo de 2020 para una regla después de 2022; y para el estallido sónico terrestre a partir de finales de 2020, mientras que la NASA planea volar el demostrador de vuelo de brazo bajo Lockheed Martin X-59 QueSST a partir de 2021 para los estándares de la OACI en 2025. [58]
En junio de 2019, inspirado por la iniciativa supersónica silenciosa de la NASA y el X-59 QueSST , Lockheed Martin presentó el Quiet Supersonic Technology Airliner , [59] un concepto de avión de pasajeros transpacífico Mach 1.8 para 40 pasajeros. El diseño de pluma con forma permite reducir el ruido del aeropuerto y el estallido sónico ; propulsión integrada de bajo ruido; flujo laminar natural supersónico de ala en flecha ; y el sistema de visión externa de la cabina (XVS). El diseño de 225 pies (69 m) de largo es significativamente más largo que el Concorde , con un morro de casi 70 pies (21 m) de largo y una cabina de 78 pies (24 m). El ala delta muy curvada tiene una envergadura de 22 m (73 pies), un poco más estrecha que la del Concorde. [60]
Los objetivos de diseño son un alcance de 4200 a 5300 millas náuticas (7800 a 9800 km) y una longitud del campo de despegue de 9500 a 10 500 pies (2900 a 3200 m), una explosión sónica de 75-80 PLdB y un crucero de Mach 1,6-1,7 sobre tierra y Mach. 1,7-1,8 sobre agua. Entre las colas en V se encuentran dos motores de 40.000 lbf (180 kN) sin postcombustión, montados en la cola. La propulsión integrada de bajo ruido incluye diseños avanzados de boquillas de obturación , conceptos de protección contra el ruido y aspas de ventilador tolerantes a la distorsión . [60]
En 2019, se fundó Exosonic, Inc con el objetivo de desarrollar un avión supersónico de 70 pasajeros capaz de volar Mach 1,8 y con un alcance de 5.000 millas náuticas (9.300 km; 5.800 millas). La compañía pretende introducir el avión comercialmente en la década de 2030. [61] [62] En abril de 2021, Exosonic recibió un contrato para desarrollar un avión supersónico que podría usarse como Air Force One. [63]
En agosto de 2020, Virgin Galactic con Rolls-Royce presentó el concepto de un avión birreactor de ala delta con capacidad Mach 3 que puede transportar hasta 19 pasajeros. [64] [65]
La NASA está trabajando con dos equipos liderados por Boeing y Northrop Grumman en el desarrollo de conceptos para un avión de pasajeros Mach 4. [66]
Si bien los motores turbo y ramjet convencionales pueden seguir siendo razonablemente eficientes hasta Mach 5,5, a veces también se discuten algunas ideas para vuelos a muy alta velocidad por encima de Mach 6, con el objetivo de reducir los tiempos de viaje a una o dos horas en cualquier parte del mundo. . Estas propuestas de vehículos suelen utilizar motores de cohetes o scramjet ; También se han propuesto motores de detonación por impulsos . Este tipo de vuelo plantea muchas dificultades, tanto técnicas como económicas.
Los vehículos con motor de cohete, aunque técnicamente prácticos (ya sea como transporte balístico o semibalístico con alas), utilizarían una gran cantidad de propulsor y funcionarían mejor a velocidades entre Mach 8 y velocidades orbitales. Los cohetes compiten mejor con los motores a reacción que respiran aire en términos de costo a muy larga distancia; sin embargo, incluso para los viajes antípodas, los costos serían sólo algo más bajos que los costos del lanzamiento orbital. [ cita necesaria ]
En el Salón Aeronáutico de París de junio de 2011 , EADS presentó su concepto ZEHST , que navega a Mach 4 (4.400 km/h; 2.400 nudos) a 105.000 pies (32.000 m) y atrajo el interés japonés. [67] El SpaceLiner alemán es un proyecto de avión espacial de pasajeros con alas hipersónicas suborbital que se encuentra en desarrollo preliminar. [ ¿ cuando? ]
Los motores a reacción preenfriados son motores a reacción con un intercambiador de calor en la entrada que enfría el aire a velocidades muy altas. Estos motores pueden ser prácticos y eficientes hasta aproximadamente Mach 5,5, y ésta es un área de investigación en Europa y Japón. La empresa británica Reaction Engines Limited , con un 50% de fondos de la UE, ha participado en un programa de investigación llamado LAPCAT , que examinó un diseño para un avión propulsado por hidrógeno que transportaba a 300 pasajeros llamado A2 , potencialmente capaz de volar a Mach 5+ sin escalas desde Bruselas a Sydney en 4,6 horas. [68] El esfuerzo de investigación de seguimiento, LAPCAT II, comenzó en 2008 y duraría cuatro años. [69]
STRATOFLY MR3 es un programa de investigación de la UE ( Centro Aeroespacial Alemán , ONERA y universidades) que tiene como objetivo desarrollar un avión de pasajeros con combustible criogénico para 300 pasajeros capaz de volar a unos 10.000 km/h (Mach 8) a más de 30 km de altitud. [70] [71]
Destinus , Hermeus y Venus Aerospace están desarrollando aviones de pasajeros hipersónicos. [72] [73] [74] [75]
Boeing presentó en la conferencia AIAA 2018 un avión de pasajeros Mach 6 (6.500 km/h; 3.500 nudos). Cruzar el Atlántico en 2 horas o el Pacífico en 3 a 100.000 pies (30 km) permitiría vuelos de regreso el mismo día, aumentando la utilización de activos de las aerolíneas . Utilizando una estructura de titanio , su capacidad sería menor que la de un Boeing 737 pero mayor que la de un avión comercial de largo alcance . Un demostrador reutilizable podría volar ya en 2023 o 2024 para una posible entrada en servicio a partir de finales de la década de 2030. La aerodinámica se beneficiaría de la experiencia del Boeing X-51 Waverider , aprovechando la onda de choque del borde de ataque para reducir la resistencia inducida . El control del flujo mejoraría la sustentación a velocidades más lentas y evitar los postquemadores en el despegue reduciría el ruido . [76] El avión hipersónico de Boeing estaría propulsado por un turborreactor , un turbofan que pasa a un estatorreactor a Mach 6 evitaría la necesidad de un scramjet, similar al Pratt & Whitney J58 del SR-71 Blackbird , pero apagando el turbina a velocidades más altas. Estaría integrado en un diseño anular simétrico con una sola entrada y boquilla , y un conducto de derivación alrededor del motor de turbina hasta una combinación de posquemador /ramjet en la parte trasera. Necesitaría tecnología de refrigeración avanzada como el intercambiador de calor desarrollado por Reaction Engines , tal vez utilizando metano líquido y/o combustible para aviones . [76] Navegar a 90.000-100.000 pies (27.000-30.000 m) hace que la despresurización sea un mayor riesgo. Se eligió Mach 6 como el límite alcanzable con la tecnología disponible . Tendría una alta utilización de capacidad , pudiendo cruzar el Atlántico cuatro o cinco veces al día, frente a las posibles dos veces al día con el Concorde . [77]
