Att flyga snabbare än ljudets hastighet låter fortfarande futuristiskt för vanliga människor, mer än 15 år efter att de sista kommersiella överljudsflygningarna upphörde. Planen som gjorde dessa resor, de 14 flygplanen som tillsammans kallas Concorde, flög från 1976 till 2003. Det reste tre gånger snabbare än vanliga passagerarflygplan, men flygbolagen som flög den kunde inte göra någon vinst på sina resor.

Anledningen till att Concorde var olönsam var, faktiskt, en bieffekt av dess hastighet. När planet rusade upp förbi ljudets hastighet – cirka 760 mph – skapade det chockvågor i luften som skulle träffa marken med en hög och plötslig duns:en sonisk "boom". Det är så alarmerande för människor på plats att amerikanska federala regler förbjuder alla kommersiella flygplan från att flyga snabbare än ljudets hastighet över land.

De reglerna, och mängden bränsle som planet kunde bära, effektivt begränsat Concorde till transatlantiska flygningar. Att flyga planet var fortfarande så dyrt att en enkelbiljett mellan London och New York kunde kosta över 5 USD, 000. Och Concorden flög ofta med halva platserna tomma.

Den största fördelen med överljudsresor är minskningen av flygtiden. En tre timmar lång flygning över Atlanten skulle kunna göra en dagsutflykt möjlig från USA till London eller Paris, sparar i princip en hel arbetsdag. Som flygingenjör som studerar höghastighetsflygfordon, Jag tror att de senaste framstegen inom teknik och nya trender inom kommersiella flygresor kan göra överljudsflyg ekonomiskt lönsamt. Men reglerna måste ändras innan civila kan glida fram snabbare än ljudet.

Att slå bommen

När ett flygplan flyger genom luften, det skapar tryckstörningsvågor som färdas med ljudets hastighet. När själva flygplanet flyger snabbare än ljud, störningarna komprimeras ihop till en starkare störning som kallas en stötvåg. Stötvågsmönster runt överljudsflygplan avbildades nyligen i NASA-experiment. När ett överljudsflygplan flyger över huvudet, några av stötvågorna kan nå marken. Detta är den soniska boomen, vilket upplevs som en uppseendeväckande duns.

Kommersiella flygningar regleras i USA av Federal Aviation Administration. För att skydda allmänheten från ljudboom, de nuvarande FAA-bestämmelserna förbjuder flygning över land för alla kommersiella flygplan i överljudshastighet.

Dock, NASA arbetar för att avsevärt minska ljudboomen i sitt X-59-program. Genom noggrann formning av flygplanet, målet är att försvaga stötvågorna eller att hindra dem från att nå marken.

Med flygdemonstrationer planerade att börja 2021, framgång i NASA:s projekt skulle kunna avlägsna en viktig barriär för överljudsflygning.

Bullrigt på marken, för

Min far tog mig för att se Concorde lyfta i början av 1970-talet, och det jag minns efter alla dessa år är bruset. Nu för tiden, Jag inser att landnings- och startbuller på flygplatser är en andra barriär för överljudsflygplan. Flygplatsbuller regleras också i USA av FAA, och de nuvarande reglerna kräver att överljudsflygplan uppfyller samma flygplatsbullerstandarder som underljudsflygplan. Concorde var så högljudd, dock, att det måste göras undantag från dessa regler.

De senaste subsoniska flygplanen använder mycket stora jetmotorer som ger hög bränsleeffektivitet. Dessa motorer minskar också kraftigt flygplatsbuller genom att accelerera en större volym luft till en lägre hastighet än mindre motorer. De nya motorerna är så tysta att regulatorer två gånger har kunnat minska mängden buller som flygplan får göra sedan Concorde slutade flyga.

Dessa standarder är nu mycket svårare för överljudsflygplan att uppfylla. Det beror på att överljudsflygplan inte kan använda de stora nya motorerna, vilket kraftigt ökar luftmotståndet vid hög hastighet. Den där, i tur och ordning, kräver mer bränsle för att bäras ombord på planet och brännas under flygning, vilket är både tungt och dyrt. Väsentligen, i utformningen av överljudsplan, en kompromiss måste hittas mellan buller och effektivitet.

Positiv utveckling

Dock, några nya innovationer för minskning av flygplatsbuller på subsoniska flygplan kommer också att ge minskningar för överljudsfordon i jämförelse med Concordes 1960-talsdesign. Dessa framsteg inkluderar användningen av chevrons på jetmotormunstycken för att minska jetljud genom att mer effektivt blanda gasen från motorn med det externa luftflödet.

Också, med den förbättrade hastigheten och noggrannheten hos datorsimuleringar, det är nu lättare att utforska nya bullerreducerande flygplanskonstruktioner.

Förutom tekniska framsteg sedan Concorde gick i pension, det har också skett viktiga förändringar i kommersiella flygresemönster. Specifikt, det har skett en betydande ökning av användningen av kommersiella affärsjetplan och deras ägande av rika individer. Så, en lovande strategi för återinförandet av överljudsflygplan är att utveckla små affärsjetplan. Detta är det tillvägagångssätt som Aerion använder.

Uppdaterar reglerna

Teknik och marknadskrafter gör överljudsflygplan mer acceptabla och mer överkomliga – men de relevanta flygreglerna har inte förändrats sedan Concorde-eran. I sin reauthorization Act från 2018, FAA är skyldig att se över bestämmelserna för överljudsflygplan på ljudbom och flygplatsbuller.

Nyligen, den nuvarande amerikanska administrationen signalerade att den vill ändra reglerna för att underlätta överljudsflygning. Ett viktigt första steg innebär att FAA förenklar processen för att testa överljudsflygplan.

Från min synvinkel, det nuvarande totalförbudet mot alla flygningar över land i överljudshastighet är alldeles för restriktivt. Flygplan som flyger med låga överljudshastigheter genererar ingen betydande boom. Och, NASA X-59-projektet kan resultera i överljudsflygplan med mycket svagare bommar. Istället för att helt förbjuda bommar, det skulle vara bättre att ställa in maximala bomnivåer, att balansera fördelarna med överljudsflygning med de bullriga nackdelarna.

Dessutom, Jag tror att de nuvarande reglerna för flygplatsbuller, kräver att överljudsflygplan inte är högre än underljudsflygplan, lägga en orimlig börda på utvecklare av överljudsflygplan. Först, som tidigare nämnts, Concorde ger ett prejudikat för att göra ett specialfall för överljudsflygplan. Andra, under många år efter deras första återinförande, det totala antalet överljudsflygplan som avgår från en flygplats kommer att vara en liten del av all trafik. Till exempel, en studie gjord för Aerion indikerade potentiell försäljning av 30 överljudsflygplan per år i 20 år på småföretagsmarknaden. Reglerna bör inrymma både vad överljudsflygplansteknik rimligen kan leverera och vad flygplatssamhällen kommer att tolerera.

Momentum bygger upp genom förändringar i teknik och marknad som kan återskapa överljudsflyg, om reglerna hänger med. Även om det till en början bara kan vara överkomligt för ett fåtal utvalda, erfarenheterna av att utveckla och driva dessa flygplan kommer oundvikligen att leda till nya innovationer som driver ner biljettpriserna och öppnar möjligheten att flyga snabbare än ljudets hastighet för en bredare del av samhället.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.