Kako vreme prolazi, tehnologija ima tendenciju da napreduje, pa tako stvari postaju brže, manje, lakše, “pametnije” i u većini slučajeva – jeftinije. U poslednjih nekoliko decenija, automobili su postali neverovatno brzi, kao i brodovi i vozovi. Međutim, to nije slučaj sa komercijalnim avionima.
Ako pogledamo istoriju komercijalnih aviona primetićemo nešto čudno.
Prvi putnički mlaznjak pod nazivom “de Havilland comet” je ušao u komercijalnu upotrebu 1952. godine i leteo brzinom od oko 740 km/h. Zatim je došao sovjetski “Tupolev TU-104” koji je dostigao maksimalnu brzinu od oko 950 km/h, a ubrzo se pojavio i “Boeing 707” 1958. godine sa maksimalnom brzinom od 965 km/h, što je otprilike brzina kojom i danas lete komercijalni avioni.
Sada se neko sigurno pita zašto putnički avioni već 60 godina voze istom brzinom? Zašto, kada se svuda oko nas razvija tehnologija, avioni ne postaju brži? Ukoliko tražite krivca da uperite prst u njega, umesto inženjere, slobodno možete okriviti molekule vazduha.
Fizika letenja
Da bismo razumeli ovo ograničenje brzine, prvo moramo znati nešto o avionima i njihovim krilima. Naime, ako bismo pogledali poprečni presek, primetili bismo da krila imaju oblik zgnječene suze. To se naziva “aeroprofil” i jedan je od glavnih činilaca koji uzdižu avion.
Dok se avion kreće napred, vazduh se kreće ispod i iznad krila, i upravo ovaj oblik suze stvara dva različita regiona – oblast vazduha sa visokim pritiskom ispod krila, i oblast vazduha sa niskim pritiskom iznad krila aviona. Na kraju, vazduh sa visokim pritiskom se kreće na gore, što potiskuje krila aviona nagore i time “drži” avion u vazduhu.
Sila potiska, odnosno uzgona, nije jedina niti najvažnija stvar u ovoj priči jer avion ne stoji u mestu već se kreće stotinama kilometara na sat. To znači da vazduh ne leži tek tako mirno u ovim oblastima visokog i niskog pritiska, već se kreće preko krila velikom brzinom. Ono što je zapravo zaista bitno jeste to što se u okruženju niskog pritiska, tečnosti, poput vazduha, kreću još brže. To znači da iako avion putuje brzinom od samo 3/4 brzine zvuka, molekuli vazduha koji struje preko krila dobijaju ubrzanje i kreću se toliko brzo da probijaju zvučnu barijeru i tu zapravo nailazimo na problem.
Iako su prvi molekuli vazduha probili zvučnu barijeru, to nije slučaj i sa molekulima iza njih, a molekuli teže ka tome da se uklope, da dostignu ravnotežu. To znači da, kada prvi molekuli vazduha dostignu brzinu zvuka, oni odmah teže ka tome da uspore i prilagode se molekulima oko sebe. To stvara iznenadnu razliku pritiska koja se zove “udarni talas” i ukoliko nam to iole zvuči kao loša stvar – bili bismo u pravu.
Odmah iza ovog udarnog talasa, vazuh se širi i to troši energiju koja je mogla da se iskoristi za podizanje ili ubrzanje aviona. Ovaj fenomen se zove “otpor talasa” i na kraju usporava avion primoravajući ga da koristi znatno više energije i goriva za održavanje iste brzine.
Naravno, sve što se kreće kroz vazduh ima neki otpor, ali otpor talasa je poseban problem. Na visini od 10 kilometara, otpor talasa je najjači pri brzinama od 850 do 1300 km/h a najgori je upravo pri brzini zvuka.
Tako da su avioni optimizovani da idu najbrže što mogu, a da ne naiđu na otpor talasa, što znači da putnički mlaznjaci dostižu brzinu leta od 800 do 950 km/h, baš kao i 1950-ih godina.
Supersonični Konkord
Naravno, postoji izuzetak u ovom pravilu. Tehnički, kada pređemo brzinu od 1300 km/h, ne moramo više da brinemo o otporu talasa jer se protok vazduha oko aviona stabilizuje. To je bila jedna od prednosti letenja francusko-britanskim supersoničnim avionom “Concorde”.
Ovaj putnički avion elegantnog futurističkog izgleda koji je leteo kasnih 1960-ih godina je mogao da leti dva puta većom brzinom od brzine zvuka (oko 2170 km/h) i mogli smo da poletimo iz Londona u 9:00 ujutru i sletimo u Njujork u 7:30 istog dana. Ok, vremenske zone su delimično pomagale tokom ovog putovanja, ali je sam avion odradio velik deo posla. Ipak, nije sve bilo tako savršeno ni jednostavno. Tu su postojali neki nepremostivi problemi.
Naime, Konkord je leteo takvom brzinom da vazduh nije mogao dovoljno brzo da se skloni sa puta, već se gomilao, sabijao oko aviona i zagrevao ga. To je zatim stvaralo veliki otpor koji je zahtevao mnogo dodatnog goriva da bi ga prevazišao. Tokom leta preko Atlantika, Konkord je trošio oko jednu metričku tonu goriva po osobi i kao rezultat toga, povratna karta je koštala više od 50.000 američkih dolara u današnjem novcu.
Na kraju, razvijanje aviona je koštalo mnogo a trošio je toliko goriva da čak ni karte od 50.000 dolara nisu mogle da ga učine finansijskim održivim. Zbog svega toga, Konkord je leteo svoj poslednji let 2003. godine.
Izazovi letenja supersoničnim avionima
Velika potrošnja goriva znači da supersonični avioni imaju znatno manji domet od konkurentskih aviona.
G-sile kojima se letelica izlaže tokom nagibanja ili skretanja u toku leta mogu da izobliče ram aviona što može oslabiti njegovu strukturu. Ovaj dodatni stres takođe može otežati kontrolu nad avionom, a prekomerne vibracije mogu uzrokovati kvar glavnih komponenti u letu.
Ovim avionima je potrebno više motora velike snage da proizvedu dovoljan potisak za postizanje brzine od 2 maha. Putovanje supersoničnim brzinama podrazumeva probijanje zvučnog zida i svi znamo koliko je to neprijatno – zvuk se može čuti kilometrima, a vibracije mogu oštetiti okolne građevinske strukture. Iako ta buka ne smeta nikom prilikom preletanja okeana, svakodnevo preletanje takvih aviona iznad naseljenih mesta bi bilo zaglušujuće i neizdrživo za stanovništvo.
Dakle, komercijalni avioni ne lete brže iz nekoliko razloga. Prvi je ekonomski aspekt – cena mlaznog goriva je dramatično porasla od 1960-ih, što je posledično uticalo na cenu putovanja avionom. Pošto statistika pokazuje da putnici radije biraju jeftinije nego brže, aviokompanije moraju da smanje troškove, između ostalog i troškove goriva, kako bi ponudili nižu cenu karata.
Sledeći je ekonomični aspekt – pri većim brzinama se troši više goriva. Troškovi goriva su najznačajniji trošak avio-kompanija i procenjuje se da čine 40% ukupnih operativnih troškova.
Poslednje, ali ne i najmanje bitno jesu troškovi održavanja – letenje velikim brzinama ostavlja veći stres na motore, kao i na trup aviona, što dovodi do njihovog bržeg trošenja. Prekomerno habanje mehaničkih sistema može dovesti do većih troškova održavanja ili kvara komponenti u letu.
Zaključak je prilično jednostavan – osim ukoliko neko ne napravi neko inženjersko otkriće koje bi moglo da popravi otpor talasa, verovatno ćemo ostati zaglavljeni na “mizernih” 950 km/h u doglednoj budućnosti. A to ni ne mora nužno da bude loša stvar.
U današnje vreme, umesto na brzini, fokus inženjera je na dizajniranju novih mlaznih motora koji poboljšavaju efikasnost tako da letovi mogu biti jeftiniji i “zeleniji”, odnosno ekološkiji.
Dakle, iako verovatno nećemo moći da preletimo od Londona do Njujorka za 4 sata, barem ćemo uštedeti malo novca i manje zagađivati planetu što je uopšteno gledano – sasvim dobar dil.
