Els pròxims bòlids del cel

Hi va haver un temps en què cada matí a l’aeroport londinenc de Heathrow un soroll colossal anunciava la sortida del vol BA001 cap a Nova York. El rugit era producte de la injecció als quatre postcremadors de l’avió del carburant que proporcionava l’empenta extra que necessitava per enlairar-se. Poc després, el pilot tornava a encendre els postcremadors, aquesta vegada per accelerar fins a superar la velocitat del so en el trajecte de tres hores i mitja que unia Londres amb l’aeroport novaiorquès JFK. L’avió era el Concorde.

Les coses han canviat. El 2003 es va posar fi als vols de passatgers supersònics. L’accident tres anys abans d’un Concorde francès hi va contribuir, però els motius anaven més enllà. Un motiu era que els motors Rolls-Royce/Snecma Olympus i els postcremadors consumien massa carburant perquè els vols sortissin a compte. Un segon motiu era l’esclat sònic de l’ona de xoc generada per l’aeronau al viatjar a velocitats supersòniques, que l’obligava a recórrer els trams sobre terra ferma a una velocitat inferior a la del so (Mach 1). Per a l’Olympus, un motor optimitzat per oferir una velocitat molt superior a la del so, aquesta limitació representava la seva mort comercial.

Ara bé, això era llavors. Avui els materials són més lleugers i resistents. Es disposa d’una comprensió més bona de l’aerodinàmica i de la física dels esclats sònics, i hi ha una percepció més realista del mercat. Així doncs, diversos grups d’enginyers aeronàutics tornen a posar el dit del peu a la piscina dels vols civils supersònics. Alguns consideren que hi ha potencial per treballar amb avions d’aproximadament la meitat de capacitat que el Concorde, que podia transportar uns 100 passatgers. D’altres tenen previst començar amb aeronaus de dimensions encara més reduïdes, avions privats que traslladin una dotzena de passatgers.

El nou motor Affinity

La possibilitat que avions com aquests alcin el vol ha augmentat considerablement els últims temps. General Electric (GE), un dels principals fabricants de motors d’avió del món, ha establert una col·laboració amb un dels grups d’enginyers d’Aerion, empresa amb seu a Reno (Nevada, EUA), amb l’objectiu de dissenyar un motor que han batejat com a Affinity. Les dues companyies esperen que l’Affinity sigui el primer motor d’avió civil supersònic que entrarà en servei des de l’Olympus, que, si bé originalment va ser dissenyat per a un bombarder britànic, més endavant es va adaptar per instal·lar-lo al Concorde, ara fa mig segle.

El pla per a l’Affinity, un cop se n’hagin desenvolupat i posat a prova els prototips, és incorporar-lo a l’AS2 d’Aerion, un avió privat de dotze places que serà propulsat per tres motors d’aquesta mena. L’AS2 (el vol inaugural està programat per al 2023) tindrà una velocitat màxima de Mach 1,4, inferior a la del Concorde, que podia assolir una velocitat lleugerament superior a Mach 2. Amb tot, GE estima que, a diferència de l’Olympus, l’Affinity serà eficient tant a velocitats subsòniques com supersòniques i que respectarà la reglamentació existent i futura en matèria de medi ambient i contaminació acústica als aeroports. Tot i això, d’acord amb la normativa vigent, l’AS2 estaria obligat a volar per sota de la velocitat del so quan sobrevolés terra ferma, si bé aquesta prohibició podria canviar amb el temps. A més, se’n podria desenvolupar i adaptar el disseny cosa que, segons Aerion, permetria als avions privats volar a una velocitat de Mach 1,8 o superior i possibilitaria la fabricació d’avions de passatgers supersònics més grans, en cas que n’hi hagués demanda.

Més força

Com tots els motors d’avió, l’Affinity es basa en la tercera llei del moviment de Newton (“a tota acció s’hi oposa una reacció igual i de sentit contrari”). L’acció consisteix a expulsar per la part del darrere del motor de reacció o reactor la massa d’aire absorbida per l’obertura frontal a una velocitat molt superior a la que té a l’entrar-hi. La reacció que desencadena aquesta acció propulsa en direcció oposada, és a dir, cap endavant, el reactor i tot el que hi estigui adherit.

En un reactor senzill primer es comprimeix l’aire que hi entra mitjançant un compressor per barrejar-lo després amb carburant i provocar-ne la combustió a la cambra de combustió, a fi que expulsi gasos d’escapament a gran velocitat. Tanmateix, els reactors moderns utilitzen una part de l’energia dels gasos d’escapament per moure un eix que fa voltar una turbina prop de l’entrada d’aire del reactor. La turbina empeny una certa proporció de l’aire entrant, coneguda com a flux de derivació, que passa per fora de la cambra de combustió del reactor, que està a altes temperatures, i en surt pel darrere, cosa que aporta una propulsió addicional. Resulta més econòmic generar la propulsió del flux de derivació que la del de combustió, tot i que el primer es mou a una velocitat inferior. Per tant, un avió supersònic només es pot permetre una relació de derivació reduïda (1:1 en el cas de molts avions militars). En un avió de passatgers civil, la relació de derivació (que, si és elevada, no només reporta eficiència sinó també un grau més elevat de calma) pot arribar a ser de 10:1.

L’Affinity és a mig camí entre aquests dos enfocaments, atès que combina tecnologia pròpia dels motors militars i dels civils. Malgrat que els seus dissenyadors no n’han fet pública la relació de derivació real (a banda de molts altres elements que, de moment, es mantenen en secret), el qualifiquen d’un motor amb una relació de derivació “mitjana” i han afirmat que disposa d’una turbina més gran que la de cap altre motor supersònic. A més, tampoc necessita un postcremador assedegat de carburant.

Aconseguir tot això ha sigut possible gràcies als progressos en matèria de revestiments tèrmics, acústica de motors i materials com ara la fibra de carboni lleugera. També hi han ajudat nous mètodes de producció, com ara la impressió en 3D, i la participació d’empreses col·laboradores, entre les quals Lockheed Martin, una gran firma aeroespacial, i Honeywell, un fabricant del sector de l’aviònica.

Brad Mottier, un dels directius de GE que dirigeix el projecte, observa que un repte particular relatiu al disseny és que, a diferència dels motors civils convencionals, que pengen de les ales dels avions, l’Affinity ha d’estar incorporat al fuselatge. Les lleis de l’aerodinàmica ho exigeixen per obtenir una eficiència més gran. La seva incorporació també contribueix a atenuar la generació d’un esclat sònic. Els esclats sònics es donen perquè s’apila aire davant de diverses parts de l’avió, en particular el musell, les ales i les entrades del motor. Aquest aire es converteix en una ona de xoc que conté una gran quantitat d’energia i resulta agressiva per a l’oïda quan arriba a terra. El fet d’integrar els reactors al cos de l’avió, juntament amb retocs de disseny com ara un musell llarg i prim modelat especialment, pot amortir l’esclat sònic abans que es desencadeni.

La lluita contra l’esclat sònic

Per silenciar-lo un cop s’hagi produït i, d’aquesta manera, carregar-se de més raons perquè es permeti que l’AS2 sobrevoli terra ferma a velocitats supersòniques, els sistemes de control de l’avió supervisaran constantment les condicions atmosfèriques. Els enginyers aeroespacials creuen que fent-ne un seguiment poden treure profit d’un fenomen anomenat tall o bloqueig de Mach (en anglès, Mach cut-off ) que consisteix a dirigir l’esclat sònic perquè les capes d’aire més dens situades a una altitud més baixa el refractin. Quan la refracció és prou intensa, en efecte, es produeix una reflexió que impedeix que l’esclat arribi a terra. Si el pilot automàtic rebés informació sobre la localització de les capes interessants per a aquesta finalitat, l’avió podria adoptar trajectòries que maximitzessin el fenomen.

Actualment els experts estan posant a prova aquestes idees. Al novembre un caça F/A18 va efectuar una sèrie de caigudes en picat sobre Galveston (Texas, EUA) a petició de la NASA, l’agència aeroespacial nord-americana. L’agència mirava de simular la mena d’esclat atenuat que es pot esperar del bloqueig de Mach. Amb l’objectiu d’estudiar el fenomen es va instal·lar material per fer mesuraments acústics a terra i es va demanar a més de 400 veïns que anotessin qualsevol cosa que sentissin. Alguns van declarar que no havien sentit res; d’altres que havien sentit un soroll semblant al d’una porta de cotxe que es tancava.

Els pròxims anys la NASA espera sobrevolar els Estats Units amb un avió supersònic experimental per dur a terme proves encaminades a moderar la intensitat dels esclats sònics a nivell de terra. Si ho aconsegueix es podrien introduir canvis en la normativa que permetrien als avions supersònics del futur, com els que projecta Aerion, protagonitzar una tornada fulgurant i sobrevolar terra ferma. Si són capaços de fer-ho de manera econòmica i prou silenciosa, a aquests bòlids del cel els espera un destí més falaguer que el del Concorde.