Quiet Spike นวัตกรรมลดเสียงโซนิคบูมเพื่อการบินเหนือเสียง

Quiet Spike คือโครงการความร่วมมือระหว่าง Gulfstream Aerospace และศูนย์วิจัยการบิน Dryden ของ NASA เพื่อศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการลดทอนเสียง โซนิคบูม (Sonic Boom) ซึ่งเป็นเสียงดังสนั่นที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง โดยสิทธิบัตรของเทคโนโลยีนี้ได้รับการเผยแพร่โดยสำนักงานสิทธิบัตรและเครื่องหมายการค้าแห่งสหรัฐอเมริกาในปี 2004 และถือครองโดย Gulfstream Aerospace

ประวัติและความสำคัญของโครงการ

โครงการนี้มีเป้าหมายเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีที่ช่วยให้เครื่องบินขนส่งเหนือเสียงในอนาคตสามารถบินผ่านพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่ด้วยความเร็วที่มากกว่า Mach 1 (ความเร็วเสียง) โดยไม่ก่อให้เกิดเสียงโซนิคบูมที่มีความรุนแรงสูง ซึ่งปัญหาดังกล่าวเคยเป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับเครื่องบินเหนือเสียงรุ่นแรกๆ อย่าง Concorde

ในอดีต เสียงโซนิคบูมจากเครื่องบิน Concorde ก่อให้เกิดการต่อต้านอย่างมากจากสาธารณชนในสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่นๆ ส่งผลให้การปฏิบัติการเชิงพาณิชย์ของ Concorde ถูกจำกัดให้บินเฉพาะเส้นทางเหนือมหาสมุทรเท่านั้น นอกจากนี้ ปัญหานี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่นำไปสู่การยกเลิกโครงการ Boeing 2707 อีกด้วย

กลไกการเกิดโซนิคบูม

เมื่อเครื่องบินเข้าใกล้ความเร็ว Mach 1 (ประมาณ 1,225 กม./ชม.) จะเกิดคลื่นกระแทก (Shock waves) รอบตัวเครื่อง ซึ่งเมื่อคลื่นนี้เดินทางถึงพื้นดิน ผู้คนจะรับรู้เป็นเสียงระเบิดดังสนั่นสองครั้ง ความรุนแรงของเสียงจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพอากาศ การหักเหของชั้นบรรยากาศ และขนาดของเครื่องบิน โดยทั่วไปแล้ว เครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียงจะสร้างแรงดันที่พื้นดินมากพอที่จะทำให้หน้าต่างบ้านเรือนสั่นสะเทือนได้

ตัวอย่างเช่น เสียงโซนิคบูมจาก Concorde ที่บินด้วยความเร็ว Mach 2 (2,450 กม./ชม.) มีแรงดันประมาณ 2.2 psf (0.11 kPa)

การทำงานของ Quiet Spike

เนื่องจากความรุนแรงของเสียงโซนิคบูม หลายประเทศจึงสั่งห้ามการบินเหนือเสียงเหนือพื้นดินหรือเขตชุมชน รวมถึง FAA ของสหรัฐฯ ที่อนุญาตให้บินเหนือเสียงได้เฉพาะในระเบียงการบินทางทหารพิเศษเท่านั้น แม้ว่า Quiet Spike จะสามารถลดทอนเสียงได้ในระดับหนึ่ง แต่ลำพังเพียงอุปกรณ์นี้ยังไม่เพียงพอที่จะยกเลิกข้อห้ามการบินเหนือเสียงในปัจจุบันได้ทั้งหมด

Quiet Spike ถูกออกแบบมาเป็นแท่งแหลมคล้ายหอกที่สามารถยืดหดได้ ยาว 7.3 เมตร (24 ฟุต) ติดตั้งอยู่ที่ส่วนจมูกของเครื่องบินทดสอบ F-15B ของ NASA Dryden โดยมีสถานะการทำงานดังนี้:

• ตำแหน่งหดตัวเต็มที่: ยาว 4.31 เมตร (14.15 ฟุต) ใช้สำหรับการขึ้นบินและลงจอด
• ตำแหน่งยืดตัวเต็มที่: ยาวรวม 7.41 เมตร (24.31 ฟุต) แบ่งเป็นสองระยะ คือ Forward boom (1.8 เมตร) และ Mid-Boom (1.3 เมตร)

อุปกรณ์นี้ผลิตจากวัสดุคอมโพสิต ทำหน้าที่สร้างคลื่นกระแทกขนาดเล็กสามระลอกที่เดินทางขนานกันลงสู่พื้นดิน ซึ่งส่งผลให้เกิดเสียงรบกวนน้อยกว่าคลื่นกระแทกขนาดใหญ่ที่มักสะสมอยู่ที่ส่วนหน้าของเครื่องบินเจ็ทความเร็วเหนือเสียงทั่วไป

ความสำเร็จและหมุดหมายของโครงการ

โครงการเริ่มทำการบินครั้งแรกเมื่อวันที่ 10 สิงหาคม 2006 และมีการบินทดสอบมากกว่า 50 เที่ยวบิน เพื่อทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้างและการวัดผลการลดทอนเสียง โดยมีเหตุการณ์สำคัญดังนี้:

ด้วยความสำเร็จนี้ ในวันที่ 4 มีนาคม 2008 ทีมงาน NASA-Gulfstream Quiet Spike จึงได้รับรางวัล Aviation Week Laureate Award ในสาขา Aeronautics/Propulsion