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Dec 30, 2023

우리는 육지 위로 초음속 비행을 할 수 있을까요?

매튜 허슨(Matthew Hutson) 1947년, 공군 시험 조종사인 척 예거(Chuck Yeager)는

매튜 허슨

1947년, 공군 시험 조종사인 척 예거(Chuck Yeager)가 최초로 음속 장벽을 돌파한 사람이 되었습니다. 그는 Bell X-1이라고 불리는 작은 주황색 비행기에서 이를 수행했습니다. 기본적으로 조종석과 로켓 엔진에 연결된 두 개의 날개가 있습니다. 모든 초음속 비행과 마찬가지로 Yeager도 그의 뒤에서 음속 붐을 따라갔습니다. 붐의 원리는 간단합니다. 소리는 압축파의 형태로 공기를 통해 이동합니다. 압축파는 공기가 밀도가 높아지고 희박해짐에 따라 발생하기 때문에 소위 말하는 것입니다. 비행기가 날 때 파도는 음속으로 모든 방향으로 확장됩니다. 그러나 비행기 자체가 그 속도(해수면에서 시속 약 770마일, 순항 고도에서 약 660마일)를 초과하면 앞쪽에서 팽창하는 파도를 따라잡습니다. 그것들은 쌓이기 시작하고, 합쳐진 이 하나의 파도가 한꺼번에 땅에 도달하여 붐을 일으킵니다. 저기압 구역(파도의 최저점)이 뒤따르고 정상적인 기압이 돌아와서 고유한 소리를 생성합니다. (종종 소닉 붐이 붐붐을 일으킵니다.) 소닉 붐이 천둥처럼 들리는 것은 우연이 아닙니다. 천둥은 번개 주변으로 확장되는 충격파에 의해 발생하는 음파 붐입니다. 총알은 채찍의 꼬리처럼 음파 붐을 일으킬 만큼 빠르게 이동합니다. 여러분이 상상하는 것과는 달리, 비행기는 음속 장벽을 깨뜨릴 때 한 번만 발생하는 것이 아니라 초음속이 지속되는 동안 지속적으로 발생합니다. 붐은 비행기 고도 1,000피트마다 너비가 약 1마일 정도 되는 일종의 음파 빗자루처럼 그 아래 모든 것을 휩쓸고 있습니다.

최초의 상업용 "초음속 수송기"(SST)인 콩코드 비행기에 대한 계획은 1950년대에 시작되었습니다. NASA는 1958년 창립과 동시에 초음속 수송에 대한 연구를 시작했으며 결국 보잉의 설계로 결정되었습니다. 그러나 이러한 계획은 소닉 붐이 완전히 이해되기 전에 시작되었습니다. 1960년에 작성된 기술 요약에서 NASA 과학자들은 "충격파 소음 압력"이 "성가심을 유발할 뿐만 아니라 창문과 같은 지상 건물 구조의 일부를 손상시킬 만큼 충분한 강도"일 수 있다고 경고했습니다. 그러나 그 성가심의 전체 정도를 측정하는 데는 시간이 걸릴 것입니다. 1961년과 1962년에 10개월에 걸쳐 공군과 연방 항공국(FAA)은 봉고 작전(Operation Bongo)을 실시하여 B-58 폭격기를 세인트루이스 상공으로 비행하고 시민들에게 비행기가 생성한 150여 개의 붐에 대해 질문했습니다. 저자들은 단지 호황이 반복된 후에는 "일부 반응이 예상될 수 있다"고 결론지었습니다. (1962년 한 공군 소령은 The New Yorker에 "소닉 붐은 최우선 홍보 문제입니다."라고 말했습니다.) 1964년 봉고 2차 작전이 오클라호마 시티 상공에서 천 개 이상의 음파 붐을 일으켰을 때 더 명확한 그림이 나타났습니다. 사람들은 수면, 대화, 마음의 평화가 방해받고 석고나 유리가 가끔 깨지는 것에 대해 불평했습니다. 결국 4명 중 1명은 소음과 함께 사는 법을 배울 수 없다고 말했습니다. 이 연구는 말과 칠면조가 죽거나 정신이 나간 것으로 추정되는 재산 피해에 대해 공군을 상대로 한 수만 건의 청구와 함께 1973년 FAA가 민간 육로 초음속 비행을 금지하도록 이끌었습니다.

1969년 처음 비행한 콩코드가 2003년 비행을 중단한 데에는 여러 가지 이유가 있다. 그 중에는 바다 위에서만 초음속 비행이 허용된 것도 있다. 이번 달 United Airlines는 차세대 초음속 여객기 생산을 목표로 하는 덴버의 스타트업인 Boom Supersonic으로부터 항공기를 구매할 계획을 발표했습니다. 그러나 붐의 비행기인 서곡은 여전히 ​​붐을 일으킬 것이고 따라서 적어도 최대 속도로 해외의 짐승으로 남을 것입니다. 육로 초음속 여행(JFK에서 SFO까지 3시간 정도 소요)은 보다 조용한 붐의 발명에 달려 있습니다.

공기 역학의 향상된 컴퓨터 모델을 통해 지난 20년 동안에야 일종의 음파 쿵쿵 소리가 가능해졌습니다. 록히드 마틴의 항공 차량 책임자인 마이클 부오난노(Michael Buonanno)는 "소닉붐 성형에 대한 기본 이론은 실제로 콩코드가 개발되던 1960년대에 존재했습니다"라고 말했습니다. 불행하게도 그는 "당시에는 이상적인 형태를 실제로 조정하는 데 필요한 고급 시뮬레이션을 실행할 만큼 컴퓨터가 충분히 강력하지 않았습니다"라고 말했습니다. 2003년과 2004년에 NASA는 더 나은 시뮬레이션을 사용하여 노즈워크를 갖춘 Northrop Grumman F-5인 Shaped Sonic Boom Demonstrator를 비행했습니다. 연구원들은 기존 제트기의 밑면에 제거 가능한 부분을 접목하여 비용을 절약했으며, 그 결과 항공기의 구근 모양 때문에 펠리컨이라고 불렀습니다. 2006년과 2007년에 NASA는 Gulfstream과 협력하여 유사한 아이디어를 추구하여 McDonnell Douglas F-15에 기수에서 약 24피트 돌출된 "Quiet Spike"를 장착했습니다.