Supersonisch vliegen zonder knal; straks kan het wellicht

De droom om binnen vijf uur van Londen naar Tokio te vliegen is met het verdwijnen van de Concordevluchten allerminst voorbij. Tientallen ingenieurs in Amerika en Europa werken sinds 1987 aan het ontwikkelen van een tweede generatie supersonische verkeersvliegtuigen. Al deze projecten leveren niets op, omdat de bouwkosten veel te hoog liggen. En supersonisch vliegen boven het vasteland vliegen is niet toegestaan, vanwege de harde knal die bij die snelheid continu optreedt.

Maar er gloort hoop. Momenteel werken vier Amerikaanse ondernemingen aan een opvolger van de Concorde, die van 1976 tot 2013 lijndiensten verzorgde.

Elk van de vier tekentafelontwerpen is een supersonische zakenjet, een zogeheten Supersonic Business Jet of SBJ. De grootste attractie van de SBJ is de halvering van de vliegtijden. Die moet de reizigers de supersonische toestellen in lokken. De fabrikanten gaan ervan uit dat de tickets voor een SBJ door luchtvaartmaatschappijen aangeboden kunnen worden tegen ongeveer hetzelfde tarief als waarvoor momenteel in de zakenklasse wordt gereisd.

De beoogde toestellen van het kwartet vliegtuigbouwers hebben een beperkte passagierscapaciteit, die varieert van 6 tot 55. Dat is fors minder dan de Concorde, die plaats bood aan honderd passagiers. Maar het is vandaag de dag ook niet meer lonend om zo’n aantal passagiers met een snelheid van 2172 kilometer per uur te vervoeren.

Mach

Van supersonisch vliegen is sprake wanneer een vliegtuig sneller gaat dan het geluid, ofwel sneller dan mach 1. De eenheid mach is genoemd naar de Oostenrijkse wetenschapper Ernst Mach (1838-1916) en staat voor het aantal keren dat een vliegtuig sneller gaat dan het geluid. Tot mach 1 is de vliegsnelheid subsonisch, daarboven supersonisch.

Hoe hoger, hoe kouder de lucht, en hoe lager de geluidssnelheid. Hoger dan 13 kilometer is de geluidssnelheid vrijwel constant en bedraagt deze circa 1086 kilometer per uur. Op zeeniveau is die snelheid ongeveer 1224 kilometer per uur. In beide gevallen bedraagt de geluidssnelheid mach 1. Een SBJ moet echter net als de Concorde minstens mach 2 kunnen halen.

Van alle plannen voor een SBJ lijkt het driemotorige ontwerp van Boom Supersonic het verst gevorderd. Deze in Denver (Colorado) gevestigde vliegtuigfabriek biedt ruimte aan 45 tot 55 passagiers. Vooralsnog is dat de hoogste capaciteit voor een SBJ. Dit toestel, met de simpele naam Boom, krijgt een romp die geheel uit koolstofcomposieten bestaat. Het moet 2389 kilometer per uur (mach 2,2) kunnen halen.

Dat is vergelijkbaar met de snelheid die Aerion Supersonic uit Reno (Nevada) in gedachten heeft voor zijn AS2. Het vliegtuig voor twaalf passagiers moet een minimale snelheid van mach 1,2 halen. De technici van Aerion denken dat de AS2, vooral vanwege het slanke ontwerp, met mach 2 boven land kan vliegen zonder dat op de grond de supersonische knal wordt gehoord.

Spike Aerospace uit Boston (Massachusetts) is bezig met de ontwikkeling van de S-512. „’s Werelds eerste stille supersonische jet”, aldus Spike Aerospace. Dit toestel krijgt op de tekentafel een capaciteit van twaalf tot achttien passagiers en een kruissnelheid van mach 1,6.

Vliegklaar

Lockheed Martin ten slotte wil in 2021 de X-59 QueSST vliegklaar hebben. De fabrikant wil het toestel vervolgens op 17 kilometer hoogte bij mach 1,4 uitgebreid beproeven. Hoofddoel is het zo veel mogelijk oplossen van het probleem van de supersonische knal. Op basis van windtunneltests met schaalmodellen verwacht de NASA dat er bij de puntig en langwerpige X-59 een drukgolf ontstaat waarvan iemand op de aarde de knal ervaart als een zachte dreun; ongeveer zo hard als van het dichtslaan van een autoportier.

Nu geldt er wereldwijd nog een verbod op civiel supersonisch vliegverkeer boven land, maar het Amerikaanse Congres bereidt wetgeving voor om dat verbod in de Verenigde Staten op te heffen.

Wat gaat dat allemaal kosten? Aerion noemt voor zijn SBJ een richtprijs van 120 miljoen dollar (136 miljoen euro). De Boom Supersonic, die ruim vier keer zo veel passagiers kan vervoeren als de Aerion, gaat vooralsnog 200 miljoen euro kosten. Van de Aerion AS2, de Spike S-512 en de Lockheed X-59 is nog geen prijs bekend. Ter vergelijking: subsonische zakenjets voor acht tot negentien passagiers zijn te koop voor circa 19 tot 32 miljoen euro.

Alle fabrikanten verwachten met het prototype van hun SBJ rond 2023 de lucht in te kunnen. Spike heeft berekend dat er in 2025 een markt is voor supersonische vluchten van 13 miljoen passagiers per jaar. Luchtvaartmaatschappijen kunnen op zijn vroegst in 2025 hun eerste supersonische toestellen in gebruik nemen.

----

Cijfers en getallen

Aerion AS2 Boom Overture Spike S-512

Motoren 3 3 2

Bemanning 2 2 2

Passagiers 12 55 12 tot 18

Snelheid (km/u) 1520 2389 1738

Snelheid (mach) 1,4 2,2 1,6

Lengte (m) 51,8 52 37,0

Spanwijdte (m) 23,5 18,0 7,7

Max. startgewicht (kg) 54.844 60.328 52.163

Kruishoogte (m) 15.545 16.000 15.240

Vliegbereik (km) 8797 8334 11.482

Eerste commerciële vlucht 2026 2025 2025

Van de uiteindelijk te bouwen productieversie van de X-59 van Lockheed Martin zijn nog niet alle specificaties bekend.

----

Baby Boom

Boom Supersonic bouwt een testvliegtuig van een derde van de uiteindelijke grootte. Het schaalmodel heeft de aanduiding XB-1 gekregen. De eerste vlucht staat gepland voor dit jaar. Met deze Baby Boom, een tweezitter, wil het bedrijf het uiteindelijke ontwerp verfijnen.

Overigens is het apart dat de onderneming en het vliegtuig Boom (uitspraak: boem) zijn genoemd, omdat dat woord ook in het Engels ”harde knal” betekent.

Het bedrijf heeft al 76 bestellingen van de Boom Overture binnen. Daarvan zijn er twintig voorlopig geplaatst door Japan Air Lines (JAL) en tien door het Britse Virgin Atlantic Airways. JAL investeerde in 2017 tegelijk 10 miljoen dollar in het bedrijf.

----

Slank ontwerp

Aerion Supersonic uit Reno (Nevada) ontwikkelt als SBJ de AS2, een vliegtuig voor twaalf passagiers. Motorenbouwer General Electric (GE) heeft op basis van het Aerionontwerp recent de Affinity-turbofan goedgekeurd voor supersonische snelheden. Aerion werkt bij de ontwikkeling van zijn AS2 samen met de Amerikaanse lucht- en ruimtevaartgigant Lockheed Martin.

Lockheed Martin is zelf ook bezig met de ontwikkeling van een SBJ. Samen met lucht- en ruimtevaartorganisatie NASA ontwikkelt de fabrikant de experimentele X-59 QueSST. Deze benaming staat voor Quiet SuperSonic Technology, oftewel: stille supersonische techniek. De NASA stelde afgelopen jaar aan Lockheed Martin 247,5 miljoen dollar beschikbaar voor de bouw ervan.

----

Supersonische knal

Bij een toestel dat subsonisch –langzamer dan de geluidssnelheid– vliegt, worden de luchtmoleculen weggedrukt. Daardoor ontstaan er naar voren gerichte druk- of schokgolven, vergelijkbaar met de boeggolf van een schip.

Subsonische drukgolven zijn zo klein dat luchtmoleculen de tijd krijgen om uit te wijken. Ze stromen vervolgens langs de vleugels en de staart weg.

Bij supersonische snelheid blijft de lucht echter onbeweeglijk tot op het allerlaatste moment dat het vliegtuig eraan komt. Dan hebben luchtmoleculen nog maar enkele honderdduizendsten van een seconde de tijd om uit te wijken. Dat uitwijkproces veroorzaakt forse turbulentie en luchtweerstand, waardoor er een kegelvormige schokgolf ontstaat die zich uiteindelijk op de grond ontlaadt.

Waar de schokgolf de grond raakt, verandert de luchtdruk abrupt en dat gaat gepaard met een luide knal. In het algemeen vormen er zich twee conische drukgolven, één bij de neus en één bij de staart van het vliegtuig. Hierdoor ontstaat dan een dubbele knal of aanhoudend gerommel over het hele vliegtraject.

Supersonisch vliegen zonder knal; straks kan het wellicht

Wetenschap & techniek

RD.nl in uw mailbox?