Waverider-ilma-aluksen ominaisuudet ja sopivuus eri sovelluskohteisiin

Abstract

Kun ilma-aluksen nopeutta halutaan kasvattaa yli viisinkertaiseen äänennopeuteen eli hypersooniseksi, alkaa perinteisen siiven tehokkuus heikkenemään. Näissä nopeuksissa yhtenä korvaajana perinteiselle siivelle pidetään omia voimakkaita tiivistysaaltojaan nostovoiman tuottamiseen käyttävää waverider-rakennetta. Tämän kirjallisuustutkimuksen tavoitteena on selvittää ensin, mitkä ovat waverider-ilma-aluksen etuja ja haasteita verrattuna perinteistä siipeä hyödyntäviin ilma-aluksiin. Tämän jälkeen selvitetään, kuinka hyvin waverider sopisi erilaisiin lentotekniikan sovelluskohteisiin nykytekniikalla. Viimeisenä selvitetään, mitä on seuraavaksi tutkittava, jotta waverider-rakenne voisi yleistyä lentotekniikan sovelluksissa. Tutkittavana aineistona on käytetty kahta lentokoneiden aerodynamiikkaa käsittelevää oppikirjaa, lukuisia tieteellisiä artikkeleita ja tutkimusraportteja, sekä muutamia uutisia.

Työ alkaa perinteisen siiven ominaisuuksien tutkimisella, sekä hypersoonisten nopeuksien tuomien lisävaatimusten tarkastelulla. Tämän jälkeen perehdytään waveriderin määritelmään ja perustyyppeihin. Kolmannessa osiossa tutkitaan waveriderin aerodynaamisia ominaisuuksia perinteiseen siipeen verrattuna sekä hypersoonisten nopeuksien tuomia lisähaasteita. Työn lopuksi analysoidaan kuinka hyvin waverider sopisi erilasiin lentotekniikan sovelluskohteisiin nykypäivän tekniikalla ja mihin suuntaan tutkimuksen olisi keskityttävä tämän yleistymiseksi eri sovelluskohteissa.

Tuloksena havaitaan waveriderin etuina perinteisiin siipiprofiileihin nähden parempi liitoluku sekä patoputkimoottoreiden integrointikyky. Haasteina puolestaan havaitaan rajallinen nopeus ja kohtauskulma-alue, suunnittelun vaikeus sekä epävakaus. Näiden lisäksi hypersooniset nopeudet tuovat ongelmia, kuten pinnan kuumeneminen sekä tärinä.

Waveriderin havaitaan sopivan nykytekniikalla parhaiten miehittämättömään sotilasilmailuun, suuren liitoluvun tuoman pitkän kantaman, nopeuden ja kuormakapasiteetin takia. Tämän lisäksi miehittämättömyyden tuomaa yksinkertaisuutta, rahoituksen löytymistä sekä huonojen hidaslento-ominaisuuksien merkityksettömyyttä pidetään etuina. Waverideria pidetään myös joiltain osin sopivana miehitettyyn sotilasilmailuun pääosin samoista syistä. Miehitetyssä sotilasilmailussa lentäjän turvallisuutta, huonoja hidaslento-ominaisuuksia sekä havainnointitekniikan kehittymistä pidetään kuitenkin haasteina.

Waveriderin ei katsota sopivan nykytekniikalla matkustajaliikenteeseen eikä avaruusmatkailuun. Matkustajaliikenteessä isoja ongelmia aiheuttaa matkustajaturvallisuus, hinta sekä kysyntä etäyhteyksien kehittyessä. Avaruusmatkailussa pääongelmana pidetään käyttöhintaa sekä kysyntää. Waveriderin seuraaviksi tutkimussuunniksi todetaan hidaslento-ominaisuuksien parantaminen ja nopeusalueen laajentaminen. Myös pintamateriaaleja, moottoreita sekä lentoratoja on tutkittava waveriderin yleistymiseksi eri sovelluskohteissa.