Un aereo volerà più veloce del suono ma senza far rumore

Se si esclude un leggero contraccolpo alla schiena quando i piloti aprivano le valvole dei quattro motori jet Rolls Royce Olympus, i passeggeri si accorgevano appena che il Concorde stesse superando la barriera del suono. Per le persone a terra la questione era diversa. Il bang sonico faceva tremare le finestre e spostava le tegole dei tetti nel Devon e in Cornovaglia, due contee della Gran Bretagna occidentale che si trovavano sotto alla rotta Londra-New York, un viaggio che il Concorde poteva compiere in poco più di tre ore.

I voli supersonici per passeggeri sono stati interrotti nel 2003, in seguito a un calo dei viaggi aerei e all’incidente mortale di Parigi di tre anni prima. Ma nonostante fosse una meraviglia tecnologica per l’epoca, il Concorde non è mai stato un successo commerciale: i 14 aerei in servizio erano fortemente sostenuti dai contribuenti britannici e francesi, avevano una scarsa autonomia e tracannavano carburante.

Eppure l’idea di costruire un successore del Concorde non è mai stata del tutto messa da parte. Se mai gli aeroplani supersonici voleranno di nuovo, bisognerà progettarli in modo che abbiano un impatto minore.

Un gruppo di ingegneri della Nasa ritiene di aver trovato la soluzione. L’agenzia aeronautica statunitense ha dato 20 milioni di dollari all’industria aerospaziale Lockheed Martin per sviluppare il progetto di un piccolo velivolo a basso bang sonico, cioè con un minor impatto sonoro. Se tutto fila liscio, sarà testato per la prima volta nel 2019. In seguito cominceranno le prove per capire se è possibile trasformare in un tonfo morbido e distante il boato improvviso di un jet supersonico che sfreccia in cielo.

Il rumore supersonico del Concorde, come peraltro quello dei caccia militari e dello Space shuttle, non era provocato da un’unica onda d’urto bensì dall’interazione di una serie di onde d’urto irradiate da varie parti di un aeroplano che superava la velocità del suono, volando a circa 1.240 chilometri all’ora, a livello del mare (queste multiple onde d’urto possono essere osservate in un’immagine strioscopica, un metodo fotografico che immortala le variazioni di densità di un liquido o di un gas).

Due boati distinti

Al di sotto di Mach 1 (la velocità del suono) le molecole attraversate da un aeroplano sono spinte via, un po’ come succede quando una barca naviga creando un’onda a poppa e una a prua. Se un aereo accelera spingendosi oltre la velocità del suono, invece, le molecole d’aria non riescono a spostarsi dalla traiettoria abbastanza velocemente e finiscono per ammassarsi in alcuni punti dell’aereo. Questo fenomeno crea un istantaneo cambio di pressione, che produce un’onda d’urto che contiene un quantitativo enorme di energia sonora.

La prima onda d’urto ha luogo sulla testa dell’aeroplano, mentre le successive si creano in altri punti tipo l’attacco delle ali o il sistema d’aspirazione del motore. Nella coda si forma un “urto da ricompressione” quando il rapido cambiamento della pressione dell’aria torna ai livelli atmosferici normali. Quando sono spinte lontano, le onde tendono a fondersi, formando due principali onde d’urto. È per questo che quando un jet supersonico sfreccia in cielo si percepiscono due boati distinti.

Se disegnati su un grafico, i due picchi di pressione di un bang sonico hanno una forma che somiglia a quella di una N. La tesi della Nasa è che sarebbe possibile appianare la onda a N in modo da farla assomigliare a una più morbida U.

“Non stiamo brancolando del tutto nel buio”, spiega Peter Coen, capo del dipartimento di tecnologia supersonica commerciale al centro di ricerca della Nasa di Langley, in Virginia. In un precedente test l’agenzia ha modificato un caccia F-5 con un muso a forma di becco di pellicano, per contribuire a ridurre il rumore del bang sonico. Altre prove sono state effettuate con dei simulatori di bang sonici per verificare quali tipi di suono erano meno fastidiosi per le persone.

Il nuovo progetto riguarda un jet monoposto e con un solo motore. La sua caratteristica più evidente è il muso triangolare, lungo e sottile, che dovrebbe modificare la forma dell’onda d’urto che si crea davanti all’aeroplano e dovrebbe servire a disperderla. Un’altra caratteristica del modello sperimentale è quella di aver inserito il sistema d’aspirazione d’aria del motore nell’ala superiore. In questo modo si riduce l’intensità delle onde d’urto che si formano in quel punto. Per smorzare ulteriormente il rumore, il velivolo volerebbe anche a una velocità leggermente ridotta rispetto al Concorde, che aveva una velocità di Mach 2.

Per misurare il suono improvviso di un bang sonico, la Nasa utilizza una scala chiamata “livello di decibel percepiti” (pldb). Coen sostiene che l’aeroplano sperimentale a basso bang dovrebbe produrre un rumore inferiore ai 70 pldb, rispetto ai circa cento pldb del Concorde.

Il risultato, aggiunge, sarà un suono più ampio e morbido che risulterà più tollerabile per le persone a terra, sempre che se ne accorgano in mezzo all’inquinamento acustico della vita contemporanea. Il momento della verità arriverà con i voli di prova: se il rumore del nuovo aereo si dimostrerà accettabile, questa sua “firma” sonora potrebbe diventare lo standard su cui conformare qualsiasi futuro jet supersonico.

Ma esiste qualche possibilità che i viaggi supersonici siano davvero ripristinati? Coen pensa di sì, inizialmente con dei piccoli jet supersonici di prima classe. Vari gruppi hanno avviato dei programmi per simili aeroplani, che sono in diverse fasi di sviluppo. Uno di queste industrie è la Aerion, un’azienda con sede in Nevada, negli Stati Uniti, che sta sviluppando un jet per uomini d’affari Mach 1.5 chiamato AS2. L’Airbus, grande produttore europeo di aerei, ha offerto alla Aerion l’assistenza dei suoi ingegneri. L’obiettivo è avere un prototipo in grado di effettuare voli di prova nel 2019.

Un aeroplano supersonico con cento o più posti comporta senz’altro un rischio commerciale maggiore. Eppure, la tecnologia va avanti. La riduzione del rumore di un bang sonico è resa possibile dalla fluidodinamica computazionale, che si basa su potenti sistemi informatici. Il Concorde era nato quando ancora si usavano i regoli. Da allora sono stati sviluppati nuovi metodi per costruire aeroplani, con componenti ultraleggere e in fibra di carbonio.

Tuttavia, per quanto possa evolvere la tecnologia, deve esistere un mercato sufficientemente grande. Alcuni passeggeri sono disposti a pagare un occhio della testa per una prima classe di super lusso e perfino per dei miniappartamenti su voli a lunga distanza. Per queste persone arrivare dall’altra parte del mondo in appena sei ore potrebbe essere una prospettiva allettante.

(Traduzione di Federico Ferrone)