#AeroAESA - X-59: il supersonico silenzioso
- Matteo Bariz
- 10 apr
- Tempo di lettura: 6 min
Qual è la prima sensazione che ci viene in mente quando pensiamo ad un aereo supersonico? Molti di noi penseranno alla velocità estrema di questi capolavori di ingegneria, ma sicuramente una buona parte avrà pensato al famigerato boom sonico. Questo iconico ed intenso suono è il risultato della propagazione delle onde d’urto che si formano inevitabilmente quando un oggetto viaggia a velocità supersonica. Grandi cambiamenti sono però in arrivo: la missione QueSST (Quiet SuperSonic Technology) ha come obiettivo proprio quello di dimostrare la possibilità di viaggiare oltre la velocità del suono senza (o quasi) boom sonico. Per fare ciò, al centro della scena appare l’ultimo arrivato della lunga serie di veicoli sperimentali, l’X-59.
Gli X-Planes
Il programma X-planes, sponsorizzato dal governo statunitense, prese ufficialmente il via nel 1946, con il volo del primo velivolo della serie X. Attivo ancora oggi, il programma è volto ad esplorare e sperimentare nuove tecnologie in particolare in ambito aerodinamico. Numerosissimi sono i traguardi raggiunti: il famoso X-1, pilotato dal pioniere dell’aviazione supersonica Chuck Yeager, fu il primo velivolo a superare la barriera del suono; l’X-15 detiene ancora oggi il record di aereo manned più veloce del mondo, raggiungendo nel 1969 una velocità pari a Mach 6.7; similmente, l’X-43 è il velivolo che detiene il primato mondiale, spingendosi fino a Mach 9.6 nel 2004.
L’idea dell’X-59 nacque nel 2016, quando la NASA iniziò a collaborare con Lockheed Martin divisione Skunk Works per creare un design preliminare del velivolo. Nel 2017, un modello in scala fu realizzato per essere testato in galleria del vento e nell’anno successivo Lockheed Martin iniziò la costruzione del velivolo vero e proprio, con l’obiettivo di consegnarlo alla NASA nel 2021. A causa di ritardi, però, l’X-59 è stato presentato solo nel gennaio del 2024, rimandando la data del primo volo al 2025.
Aerodinamica Supersonica
Per comprendere a fondo le idee rivoluzionarie che sono racchiuse nel design dell’X-59, bisogna prima di tutto capire cosa succede quando un corpo viaggia attraverso un fluido a velocità supersonica.
Quando una sorgente emette un suono, possiamo immaginare che una serie di onde di sferiche e concentriche, con origine nella sorgente, si propaghino attraverso l’aria alla cosiddetta velocità del suono: questa velocità non è costante, ma varia a seconda del mezzo attraverso cui si propaga l’onda e la sua temperatura.
La situazione cambia notevolmente se la sorgente viene messa in movimento: infatti, le onde sferiche vengono emesse ognuna ad una certa distanza e un certo tempo tra loro. Se potessimo fotografarle in un determinato istante, vedremmo che non solo i loro centri sono spostati, ma che anche la loro dimensione è diversa. Combinando questi due aspetti e fotografando un’altra volta la situazione a Mach 1, ovvero quando l’oggetto viaggia alla velocità del suono, si nota che le onde si accumulano e sovrappongono lungo una superficie perpendicolare al moto, dando vita ad un’onda d’urto. Anche detta urto retto, l’onda d’urto che si genera a Mach 1 rappresenta la transizione violenta da una zona ad alta pressione ad una zona a bassa pressione. Superando Mach 1, le onde si dispongono a formare un cono, che prende il nome di cono di Mach. Tutto il suono emesso dall’aereo rimarrà confinato all’interno di questo volume e per un osservatore esterno sarà possibile percepire le onde sonore solamente una volta che il cono lo avrà superato. Gli urti supersonici non sono tutti uguali: la loro intensità varia in base a numerosi fattori. Prima di tutto, un urto si genera se la corrente d’aria incontra una perturbazione lungo la sua traiettoria che la costringe a rallentare: un muro, una rampa o una protuberanza sono validi esempi di forme che portano alla creazione di un urto in un flusso supersonico. Inoltre, un urto sarà tanto più forte quanto la velocità dell’aereo è alta e la protuberanza è accentuata. Infatti, il boom supersonico più intenso che si può udire durante il passaggio di un caccia, per esempio, è quello generato dal vetro del graduale, si generano una serie di minuscoli urti, detti linee di Mach, che nella maggior parte dei casi vanno a coalescere in un urto vero proprio nel loro punto di incontro.
Design dell’X-59
Il design di questo aereo è incredibilmente avanzato: con i suoi 30.4 m di lunghezza e soli 9 di apertura alare, non è certo qualcosa a cui siamo abituati, essendo l’X-59 un velivolo monoposto. L’esorbitante lunghezza di più di 30 m è tutt’altro che casuale e rappresenta proprio il primo meccanismo utile a ridurre l’intensità del sonic boom. Infatti, come si può notare dalle immagini, il muso dell’X-59 copre circa metà della lunghezza totale dell’aereo, permettendo di limitare notevolmente l’angolo di rampa che incontrerà il flusso supersonico. Questo vuol dire che, una volta in volo, l’aria andrà ad impattare su una rampa meno pronunciata rispetto a quella di un attuale velivolo supersonico, generando un urto di minore intensità che non verrà più percepito a terra come un forte boom, ma piuttosto come un leggero tonfo, simile a quello che si può udire chiudendo la portiera di una macchina. Anche il cockpit è stato progettato per seguire lo stesso principio appena esposto: mentre i velivoli supersonici tradizionali sono dotati di una canopy quasi interamente in vetro per permettere al pilota una visione quanto più completa dell’ambiente esterno, l’X-59 non permette al pilota di vedere direttamente di fronte a sé se non tramite uno schermo digitale. Grazie ad una videocamera incorporata nel muso dell’aereo, un’immagine digitale ad alta risoluzione viene trasmessa in tempo reale all’interno della cabina, risolvendo il problema delle canopy in vetro, la cui forma ingombrante era fonte di concentrazioni di pressione e dunque onde d’urto.
Infine, anche il motore ha ricevuto particolari attenzioni: a bordo è montata una versione modificata del potente F414-GE-100, capace di fornire una spinta di quasi 100000 N e di portare l’X-59 fino a Mach 1.4. Contrariamente a come si usa fare di solito, il motore qui è stato posizionato nella parte superiore dell’aereo, dietro il cockpit, e dotato di una speciale presa d’aria, entrambi fattori che influenzeranno particolarmente l’abilità di ridurre l’intensità del sonic boom.
Passi futuri
La strada verso il volo inaugurale dell’X-59 è ancora lunga. Un velivolo unico nel suo design necessita che vari test vengano svolti prima di volare, altrimenti il rischio per il pilota e per l’aereo, in quanto ad oggi esiste in un unico esemplare, sarebbe troppo elevato. Comprendere a fondo come fusoliera, ali e le superfici di controllo si comporteranno in volo è quindi di importanza cruciale per evitare spiacevoli inconvenienti. Tra il 2022 e il 2024 sono già stati effettuati test di accoppiamento strutturale, dove un computer ha mosso le superfici di controllo per determinarne l’interazione con il resto del velivolo, test per valutare la risposta alle vibrazioni della struttura ed infine prove per verificare che le forze meccaniche ed aerodinamiche presenti durante il volo venissero correttamente assorbite dall’aereo. Inoltre, è stato installato ed ispezionato il seggiolino eiettabile, una misura di sicurezza tra le più importanti all’interno di un velivolo sperimentale. A dicembre 2024 sono stati completati i test statici del motore ed il mese successivo quelli elettromagnetici, dimostrando che i sistemi dell’X-59 continueranno a lavorare in modo sicuro anche negli scenari più critici. Prossimamente, i sistemi di bordo saranno oggetto di intensivi test a terra per simulare la reazione del velivolo in condizioni normali e di failure, e dopo i taxi tests sarà pronto a prendere il volo nei cieli californiani, presso la Edwards Air Force Base.
Il successo della missione QueSST avrà sicuramente ripercussioni notevoli sul mondo dell’aviazione militare e civile. L’attuale regolamentazione riguardante il volo supersonico, seppur datata e incentrata principalmente sul Concorde, proibisce di volare a velocità maggiori di Mach 1 sopra le terre emerse, costringendo eventuali velivoli civili a sfruttare il loro potenziale solamente su oceano. Questa regola fu introdotta nel Code Of Federal Regulations proprio a causa del fastidio che il boom sonico creava alla popolazione sulla terraferma. In vista dell’arrivo sul mercato di nuovi velivoli capaci di volare oltre la barriera del suono, come ad esempio l’Overture di Boom Supersonic, gli enti regolatori europeo e statunitense, rispettivamente EASA e FAA, si sono già messi al lavoro per creare una normativa più aggiornata, lasciando per ora l’intenzione di conservare la regola del no supersonico over-land. Tuttavia, se una tecnologia come quella dell’X-59 venisse integrata in un velivolo da trasporto passeggeri, non vi sarebbe alcun motivo di volare sotto Mach 1 sopra il suolo, in quanto molti non si accorgerebbero nemmeno che, sopra le loro teste, qualcuno sta sfrecciando a più di 1200 km/h, silenziosamente.
A cura di
Matteo Bariz
Fonti:
Comments