با توجه به پیشرفت های چشمگیر در ساخت هواپیما و فناوری های مرتبط، طبیعی است تصور کنیم هواپیماها امروز باید سریع تر از همیشه پرواز کنند. اما برخلاف انتظار، سرعت هواپیماهای مسافربری در حدود پنجاه سال گذشته تغییر چندانی نکرده و تنها استثنای مهم در این میان، Concorde بوده است. به همین دلیل این سوال پیش می آید که چرا هواپیماها سریع تر پرواز نمی کنند؟

امروزه هم برای مسافران و هم برای شرکت های هواپیمایی، هزینه سفر مهم تر از سرعت پرواز است و ایرلاین ها در نهایت باید سودآور باشند. به همین دلیل، سازندگان هواپیما و شرکت های هواپیمایی بیشتر روی کاهش هزینه ها تمرکز کرده اند تا کوتاه تر شدن زمان پرواز. در این معادله، سرعت اولویت اصلی نیست. پرواز سریع تر به طراحی متفاوت هواپیما و مصرف سوخت بیشتر نیاز دارد. اگر زمان برای عده ای محدود اهمیت ویژه ای داشته باشد، جت های خصوصی گزینه ای مناسب تر از پروازهای تجاری هستند.

هواپیماهای امروزی نسبت به گذشته بسیار کم مصرف تر شده اند و برد پروازی و ظرفیت مسافر بیشتری دارند. برای ایرلاین ها، این یعنی درآمد بالاتر؛ تا جایی که برخی شرکت ها می توانند پروازهای بین قاره ای را با قیمتی حدود 400 دلار ارائه دهند و همچنان سودآور باشند. بیشتر مسافران ترجیح می دهند هزینه کمتری بپردازند، حتی اگر پروازشان بیشتر طول بکشد. افزایش سرعت معمولاً باعث افزایش مقاومت هوا و کاهش بهره وری سوخت می شود، بنابراین پروازهای سریع تر از نظر اقتصادی گزینه مناسبی برای ایرلاین ها نیستند.

در مقایسه با هواپیماهای قدیمی، تمرکز اصلی امروز روی بهره وری سوخت است و هواپیماهای جدید از نظر میزان سوخت مصرفی به ازای هر مسافر در هر کیلومتر، حدود ده برابر بهینه تر از هواپیماهای دهه 1950 هستند. هرچند هواپیماها بزرگ تر شده و ظرفیت بیشتری دارند، اما پیشرفت های چشمگیر در فناوری موتور نقش اصلی را در کاهش هزینه های ایرلاین ها ایفا می کند.

سه نوع اصلی موتور هواپیما عبارتنداز: توربوپراپ، توربوفن و توربوجت که هرکدام در بازه سرعتی مشخص، بیشترین کارایی را دارند. موتور توربوپراپ عمدتاً در هواپیماهای منطقه ای استفاده می شود که از هزینه بهره برداری کمتری برخوردار است. نیروی پیشران این موتور از چرخش ملخ هواپیما تأمین می شود، بنابراین نسبت به دیگر هواپیماها کندتر بوده و بهترین عملکرد را در سرعتی حدود 520 تا 600 کیلومتر بر ساعت دارد. موتور توربوفن که در اکثر هواپیماهای مسافربری تجاری به کار می رود، در بازه سرعتی بین 640 تا 1٬000 کیلومتر بر ساعت، از بیشترین بازدهی برخوردار است. در مقایسه، موتور توربوجت که در هواپیماهای مافوق صوت استفاده می شود، در سرعت های بسیار بالا و حدود 2٬100 تا 2٬250 کیلومتر بر ساعت کارآمد هستند.

نسبت کنارگذر (Bypass Ratio) مشخص می کند چه مقدار از هوای عبوری از موتور از مسیر اطراف هسته موتور (کنارگذر) می گذرد و چه مقدار از داخل هسته می رود. هرچه این نسبت بیشتر باشد، موتور کارآمدتر و کم مصرف تر خواهد بود. به عنوان مثال، موتور General Electric GEnx که در هواپیماهای Boeing 787 و Boeing 747-8 استفاده می شود، به مراتب بهینه است.

فن این موتور بزرگ تر از توربین بوده و نسبت کنارگذر 10 به 1 دارد؛ یعنی ده برابر هوای بیشتری از اطراف توربین عبور می کند تا از داخل آن، که این موضوع باعث کاهش مصرف سوخت می شود.

در مقایسه، موتور CFM International CFM56 قدیمی تر و کم کارآمدتر است و اغلب در هواپیماهای ایرباس A320 و بویینگ 737 استفاده می شود. فن آن نسبت به توربین کوچکتر بوده و نسبت بای پس آن 5.9:1 است که با وجود کارآمدی، به اندازه موتور GEnx نیست. در مقایسه با موتور Pratt & Whitney JT8D که نسبت بای پس آن 0.96:1 است و کارایی کمی دارد، موتور CFM56 بهینه تر محسوب می شود؛ اما از موتور Rolls-Royce Snecma Olympus 593 که توربوجت استفاده شده در کنکورد بود، کارآمدتر است. نسبت بای پس در این موتور صفر (0:1) گزارش شده؛ یعنی تمام هوا فن مستقیماً از توربین عبور می کند و بنابراین مصرف سوخت آن بیشتر از سایر موتورهای ذکر شده است.

هواپیمای کنکورد از موتور توربوجت Rolls-Royce Snecma Olympus 593 با نسبت بای پس صفر استفاده می کرد و در هر 1.60 کیلومتر پرواز، حدود 21.25 کیلوگرم سوخت می سوزاند. در مقایسه، موتور Boeing 787 GEnx تنها 8.5 کیلوگرم سوخت در هر 1.60 کیلومتر مصرف می کند که اختلاف قابل توجهی است. کنکورد هواپیمایی بسیار کوچک تر از بویینگ 787 بود و تنها 100 مسافر ظرفیت داشت، در حالی که در هواپیما دریم لاینر 291 نفر می توانستند جابه جا شوند. مصرف سوخت به ازای هر نفر در کنکورد حدود 5.9 کیلومتر بر لیتر بود، در حالی که در دریم لاینر این رقم حدود 44 کیلومتر بر لیتر است.

با توجه به مصرف سوخت بالای کنکورد، خطوط هوایی British Airways و Air France دیگر توان نگهداری آن در آسمان را نداشتند. هدف کنکورد ارائه سریع ترین راه عبور از اقیانوس اطلس بود، اما مسافران نمی خواستند هزینه بالا پرداخت کنند و ترجیح می دادند روز از انگلستان با کنکورد بروند و شب از آمریکا با هواپیمای دیگر و هزینه کمتر بازگردند. کنکورد یک هواپیمایی منحصر به فرد بود، اما از نظر اقتصادی یا راحتی، تعریف چندانی نداشت؛ باریک، فشرده و پرصدا. سرعت آن حدود 2٬160 کیلومتر در ساعت بود و می توانست اقیانوس اطلس را در حدود سه ساعت طی کند.

هزینه خرید یک هواپیما نسبت به هزینه های عملیاتی آن نسبتاً کم است. طول عمر یک هواپیما با تعداد پرواز، از برخاست تا فرود، سنجیده می شود. بنابراین، شرکت های هواپیمایی برای استفاده بیشتر از هواپیما، سریع تر با آن پرواز نمی کنند، بلکه بیشتر به طول عمر آن توجه دارند. برای مثال، دریم لاینر برای 4٬4000 پرواز طراحی شده و قیمت آن 224.6 میلیون دلار است، بنابراین هزینه هر پرواز حدود 5٬000 دلار می شود، در حالی که هزینه سوخت از نیویورک تا لندن حدود 15٬000 دلار است. به همین دلیل، سرعت پرواز دیگر برای شرکت های هواپیمایی اهمیت ندارد.

هواپیماها معمولاً با سرعتی پرواز می کنند که بیشترین بازده سوخت را داشته باشد، بین 800 تا 885 کیلومتر در ساعت. ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا هواپیماها درست زیر سرعت صوت، یعنی حدود 1 ماخ پرواز نمی کنند؟ بین 0.8 تا 1.2 ماخ، محدوده تراصوتی قرار دارد که جریان هوا نه کاملاً زیرصوت و نه مافوق صوت است. پس از 0.8 ماخ، بخشی از جریان هوا مافوق صوت می شود که باعث افزایش مقاومت هوا، مصرف بیشتر سوخت و ناپایداری هواپیما می گردد. جت های تجاری معمولاً بین 0.78 تا 0.86 ماخ پرواز می کنند.

بنابراین، بهتر است هواپیماها یا بسیار بالاتر یا بسیار پایین تر از سرعت صوت باشند؛ تقریباً 988 کیلومتر بر ساعت محدودیت سرعت برای جت های زیرصوت تجاری است. جنگنده ها می توانند بالاتر از سرعت صوت پرواز کنند، اما پرواز مافوق صوت باعث ایجاد صدای مهیب می شود که هواپیماهای تجاری برای آن طراحی نشده اند. آن ها را برای پرواز در سرعت های زیرصوت یعنی حدود 0.8 تا 0.9 ماخ طراحی کرده اند. شرکت های سازنده می توانند هواپیماهایی مانند کنکورد را بسازند، اما با افزایش سرعت، مقاومت هوا نیز بیشتر شده و مصرف سوخت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. از دید اقتصادی برای خطوط هوایی، سفر سریع تر ارزش خاصی ندارد.

در مقایسه با گذشته، بویینگ 707 در سال 1957 سرعت کروز حدود 966 کیلومتر بر ساعت داشت و در هر ساعت 6٬800 کیلوگرم سوخت مصرف می کرد؛ این در حالی است که بویینگ 787 در سال 2009 سرعت کروز حدود 1٬046 کیلومتر بر ساعت داشت و مصرف سوخت آن در هر ساعت حدود 5٬000 کیلوگرم بود. بویینگ 787 همچنین 140 مسافر بیشتر را جابه جا می کرد. میانگین سرعت کروز دریم لاینر حدود 901 کیلومتر بر ساعت است.

کاهش سرعت بین این دو هواپیما زیاد نیست، اما صرفه جویی قابل توجهی در مصرف سوخت در مسیرهای طولانی ایجاد می کند. کاهش تدریجی سرعت در طول دهه ها باعث شده پرواز با سرعت کمتر به طور مؤثری مصرف سوخت را کاهش دهد و هزینه ها در برابر افزایش قیمت سوخت هواپیمایی کاهش یابد.

در یک جهان پیشرفته از نظر فناوری، ممکن است انتظار داشته باشیم که هواپیماها سریع تر از همیشه پرواز کنند. هواپیماهایی مانند بویینگ 747 و کنکورد، سفرهای ترانس آتلانتیک (منظور پرواز یا سفر هوایی بین قاره های اروپا و آمریکای شمالی) و مسیرهای طولانی را متحول کردند. در دهه 1970، بحران نفت رخ داد و قیمت سوخت به بالاترین حد خود رسید. خطوط هوایی مجبور شدند راه هایی برای کاهش هزینه سوخت پیدا کنند و در نتیجه سرعت کروز هواپیماها را کاهش دهند. تولیدکنندگان نیز به دنبال طراحی هواپیماهایی با آیرودینامیک بهتر و مصرف سوخت کمتر در سرعت های پایین تر بودند.

اگرچه کنکورد هواپیمای منحصر به فردی بود و تجربه بی نظیری برای سرنشینانش رقم می زد، اما در مقایسه با هزینه های عملیاتی خود درآمد کافی نداشت. بنابراین، پس از حادثه پرواز 4590 ایر فرانس، هر دو شرکت بریتیش ایرویز و ایر فرانس این هواپیما را کنار گذاشتند. از آن زمان، صحبت هایی درباره معرفی هواپیماهای مافوق صوت جدید توسط شرکت های Boom Supersonic و Aerion مطرح شده، اما تاکنون به نتیجه ای نرسیده است.

نگرانی های زیست محیطی باعث شده شرکت های هواپیمایی تحت فشار قرار بگیرند تا میزان آلایندگی و اثرات محیط زیستی خود را کاهش داده و به سمت فعالیت های پایدار حرکت کنند. این موضوع باعث شده هواپیماهای جدید علاوه بر کم مصرف بودن سوخت، سروصدای کمتری بوجود آوردند. هواپیماهای مدرن می توانند در ارتفاع بالاتری پرواز کنند، جایی که مقاومت هوا و مصرف سوخت کمتر است و بنابراین از نظر اقتصادی به صرفه تر هستند.

دلیل اینکه هواپیماها سریع تر پرواز نمی کنند، به فناوری آن مربوط نمی شود، بلکه صرفاً مسائل اقتصادی است. برای شرکت های هواپیمایی، مهم تر از افزایش سرعت پرواز، داشتن هواپیماهایی با مصرف سوخت پایین تر، موتورهای بهتر، ظرفیت بیشتر و هزینه های عملیاتی اهمیت دارد. شرکت های هواپیمایی باید سودآور باشند، اما راحتی و ایمنی مسافران نیز از اولویت بالایی برخوردار است. آیا دوباره شاهد هواپیماهایی مانند کنکورد و سفرهای مافوق صوت خواهیم بود؟ اگرچه ممکن است، اما اولویت ها برای مسافران و شرکت ها تغییر کرده و زمان این امر را مشخص خواهد کرد.