Oblasť lietania pri vysokých rýchlostiach sa dostáva do bodu, keď sa dlhoročné experimenty začínajú meniť na reálne technologické riešenia. Jedným z najambicióznejších hráčov v tejto oblasti je spoločnosť Astro Mechanica z Kalifornie, ktorá vyvíja adaptívny hybridno-elektrický motor s názvom Duality. Ten má zabezpečiť plynulý a efektívny let od štartu až po rýchlosti presahujúce Mach 3.
Projekt získal podporu od United Airlines Ventures, investičnej platformy United Airlines, ktorá sa zameriava na technológie s reálnym potenciálom využitia v letectve, nie len na koncepty, ktoré dobre vyzerajú na slajdoch v Powerpointe. Pre United ide najmä o riešenia, ktoré môžu mať v budúcnosti praktický dopad na prevádzku, náklady alebo konkurencieschopnosť civilného lietania.
Táto investícia je zároveň ďalším signálom, že supersonické lietanie sa po rokoch útlmu opäť dostáva do vážnej hry. Už nejde len o výskum financovaný armádou či testovanie experimentálnych prototypov v izolácii. Postupne sa ukazuje, že technológie potrebné na rýchle lietanie môžu dozrieť do podoby, ktorá dáva zmysel aj mimo obranného sektora, vrátane budúceho komerčného využitia. Inými slovami, nadzvukové lietanie už nie je len nostalgická spomienka na Concorde, ale téma, ktorú začínajú brať vážne aj veľké aerolinky. A tie zvyčajne neinvestujú čas ani peniaze do vecí, ktoré by nemali šancu sa raz reálne dostať do prevádzky.
United Airlines Ventures považujú hybridno-elektrickú koncepciu za jeden z najperspektívnejších smerov vývoja. Motor Duality využíva spojenie turbínového jadra a vysokovýkonných elektrických motorov, ktoré umožňujú prispôsobenie pohonu rôznym fázam letu. Cieľom je vyriešiť problém extrémnej spotreby paliva pri supersonickom lete, ktorá bola doteraz hlavnou prekážkou pravidelnej prevádzky nadzvukových lietadiel. Hybridná architektúra poskytuje možnosť oddelenia kompresora a ventilátora od turbínového jadra, pričom celé riadenie prúdenia vzduchu a výkonu prechádza na elektrické motory. Tento prístup umožňuje, aby motor pracoval s vysokou účinnosťou v celom rozsahu rýchlostí a aby sa minimalizovali energetické straty, ktoré boli pre supersonický pohon charakteristické.
Partnerstvo s Helix
Zásadnú časť konštrukcie systému Duality zabezpečuje britská spoločnosť Helix so sídlom v Milton Keynes. Firma sa špecializuje na vývoj elektrických pohonných jednotiek, ktoré dokážu ponúknuť veľmi vysoký výkon pri minimálnej hmotnosti. Práve táto kombinácia je pri supersonickom lietaní kľúčová, keďže každý kilogram navyše sa okamžite prejaví na spotrebe energie aj aerodynamike lietadla.
Helix pritom čerpá skúsenosti z oblasti motoršportu, vývoja hyperáut aj náročných priemyselných aplikácií, kde je prioritou maximálny výkon v čo najkompaktnejšej forme. Vďaka tomu dokáže navrhovať motory s mimoriadne vysokou hustotou výkonu, ktoré majú šancu obstáť aj v podmienkach, kde sa nehrá na kompromisy.
Štvrtá generácia prototypu Duality využíva štyri motory Helix SPX24294. Každý z nich váži 31,3 kilogramu a pri špičke dosahuje výkon 400 kilowattov. Trvalo poskytuje výkon 300 kilowattov a krútiaci moment 286 Nm. Tieto parametre postačujú na pohon dvojstupňového kompresora, ktorý zohráva kľúčovú úlohu pri riadení prietoku vzduchu v celej pohonnej sústave. Práve od jeho správneho fungovania závisí stabilita aj účinnosť celého systému.
Kompresor pritom pracuje v mimoriadne náročných podmienkach. Musí zvládať vysoké rýchlosti prúdenia vzduchu aj výrazné zmeny tlaku počas letu, čo kladie veľké nároky na pohonný motor. Ten preto musí dodávať potrebný výkon plynulo a spoľahlivo, bez výpadkov, ktoré by mohli ovplyvniť chod celej sústavy.
Helix už pripravuje aj ďalšiu generáciu motorov pre piaty vývojový stupeň systému Duality. Nové jednotky majú poskytovať 900 kilowattov trvalého výkonu a až 950 kilowattov pri špičke. Otáčky majú dosahovať až 20 000 otáčok za minútu a krútiaci moment 575 Nm. Tieto motory budú slúžiť ako hlavný pohon turbogenerátora, ktorý bude produkovať elektrickú energiu pre celý systém. Spoločnosť tiež vyvíja nový izolačný systém, ktorý má zabezpečiť stabilnú prevádzku vo vysokých nadmorských výškach, kde dochádza k extrémnym teplotným rozdielom a zmenám tlaku.
Význam motorov Helix spočíva v tom, že umožňujú efektívnu prevádzku turbínového jadra aj elektrickej časti. Vďaka mimoriadne vysokému pomeru výkonu k hmotnosti môže byť celý systém výrazne ľahší než riešenia využívané v minulosti. To je rozhodujúce najmä pri rýchlostiach presahujúcich Mach 3 (čo je rýchlosť cca 3 300 až 3 600 km/h, podľa teploty a hustoty vzduchu), kde sa aj malé konštrukčné rozdiely prejavujú v spotrebe, stabilite aj životnosti komponentov.
Duality smeruje k letovým testom
Spoločnosť Astro Mechanica pokračuje v testovaní štvrtej generácie prototypu a plánuje uskutočniť prvé letové skúšky približne o 3 roky. Ich cieľom je nasadiť plne funkčné supersonické lietadlo do komerčnej prevádzky v horizonte 10 rokov. Vďaka kombinácii adaptívneho pohonu a pokročilej aerodynamickej koncepcie trupu má vzniknúť prvé lietadlo schopné transpacifického letu pri rozumnej spotrebe energie. Tento koncept má umožniť rýchly presun osôb aj tovaru a zároveň zachovať ekonomickú realizovateľnosť, ktorá bola pri predchádzajúcich supersonických projektoch problematická.
Astro Mechanica deklaruje záujem vyvíjať aj ďalšie systémy, ktoré budú slúžiť ako doplnenie výkonnostných medzier v existujúcich lietadlách pre potreby vládnych inštitúcií. Tieto technológie majú umožniť rýchly presun, dlhý dolet a vyššiu flexibilitu, čo môže byť významné pre obranné aj civilné účely.
Investícia United Airlines Ventures potvrdzuje presvedčenie, že kombinácia turbínového a elektrického pohonu predstavuje realistický smer vývoja. Supersonické cestovanie, ktoré bolo dlhé roky považované za technologicky aj ekonomicky nepraktické, má vďaka technickému pokroku jasnejšiu perspektívu. Projekt Duality tak môže byť jednou z najvýznamnejších inovácií v komerčnom lietaní od nástupu moderných prúdových lietadiel.
