原标题:NASA航天论坛的新航空视野聚焦

NASA X验证机计划的最新进展:在6月9日AIAA航空2017大会(Aviation 2017)的直播中呈现的新航空视野。

图片来源: NASA / Maria Werries

https://livestream.com/AIAAvideo/aviation2017/videos/157871522

乘客们舒适地坐在超声速飞机里安静地巡航于全国各地,亚声速商业飞机看起来一点都不像如今经典的圆筒机翼航班,或者装有电动推进装置的飞机。

这并不是幻想中的飞行。NASA正在和政府、企业和学术界的伙伴们合作设计、建造并在空中测试一系列实验型X验证机(X-plane),这将加快实现那些梦想的步伐。

这些都是NASA新航空视野计划(New Aviation Horizons,NAH)的一部分。

始于2016年,NAH致力于验证过去几年间空中转型创新的可行性,旨在通过飞机设计的方式以及他们在空中和地面运行的方式来减少燃油使用、排放和噪声。

“我坚信我们正处在恰当的位置,恰巧的时间并有恰好的技术来开启一个全新的航空时代,一个从喷气时代初期开始就从未预见过的航空时代”NASA航空研究副行政官Jaiwon Shin如是说。

Shin和其他NASA航空高级官员于6月9日星期五在航空2017大会领导了关于NAH的360论坛小组,航空2017大会是由美国航空航天学会(American institute of Aeronautics and Astronautics)主办的年度会议。

这场两小时的演讲开始于丹佛,并于美国东部时间上午11:30开始,https://livestream.com/AIAAvideo/aviation2017向公众直播。

“我们希望向所有人展现我们至今为止的成果,并让他们很好地了解我们X验证机计划仍然需要做的事情”NASA高级飞行器工程战略技术顾问、专家组主席Richard Wahls说。

第一个话题是低音爆飞行演示(Low Boom Flight Demonstrator, LBFD)的新进展,用真实尺寸一半大小的超声速X验证机来验证设计;演示的过程中,在地面上几乎听不到由超声速飞机产生的音爆。

LCFD升级的目标是提供数据,以便能够改变现行禁止在地面上方进行超声速飞行的法规。如果规定改变了,一个全新的支持商业超声速航行的市场就可以被打开。

洛克希德马丁(Lockheed Martin)的翼身融合体概念。

图片来源:洛克希德马丁航空公司(Lockheed Martin Aeronautics Company)

一个由洛克希德马丁领导的团队已经为6月下旬开始的LBFD进行了初期设计审查。这项工作包含了在克利夫兰的NASA格伦研究中心(Glenn Research Center)对一个缩小模型进行的超声速风洞测试。

初期设计的细节,即QueSST-安静超声速技术(Quiet Supersonic Technology)的缩写-最终将被共享给符合条件的、有兴趣竞争建造与测试LBFD X验证机的公司,这架验证机的首次飞行可能在2021年。

就亚声速X验证机而言,NASA正在审查几个待测试的设计概念,在预算允许范围内,NASA计划多次试飞个演示机,每次试飞一个。

为此,NASA在2016年向四个公司分别签发了六个月的合同,要求他们为一个或者多个亚声速X验证机概念确定技术方法,研究进程和成本开销。

几个概念共有的设计特征之一是翼身融合体(blended wing body,BWB)。在这个概念里,飞机的形状变为一条连续的曲线,使机翼和机身之间的缝隙几乎不可辨别。

作为一个空气动力学外形,BWB被证实可以增加升力并减小阻力。

这张NASA的图片描述了边界层吸入是怎样产生的以及它的一些潜在益处。

图片来源:Double Bubble Concept: Don Foley. BLI Illustration: NASA / Lillian Gipson

另一个被几家公司提出的看似较难的概念是在飞机机身尾部上方安装飞机发动机。这种布局利用了边界层吸入(boundary layer ingestion, BLI)的减阻特性。

简单地说,BLI发生在这个过程中:流过飞机机身的空气成为进入发动机的混合空气的一部分并在后部喷出时加速。这样减小了飞行中产生的总阻力,有助于减少发动机消耗的燃料。

为了实现NAH的NASA X验证机计划,电力推进也占据重要比重。虽然更大型的飞机概念距其实现建造与测试仍然需要几年的时间,但是这些后续的设计将由X-57麦克斯韦尔(Maxwell)公布。

通用航空尺寸的飞机会配置14台电动马达,用以驱动直接整合在独特机翼设计的螺旋桨。其目标是实现高速巡航效率增加500%、飞行中零碳排放以及对于地面社区而言非常安静的飞行。

飞机在加利福尼亚州NASA阿姆斯特朗飞行研究中心(Armstrong Flight Research Center)的飞行测试预计在2018年开始。关键电力驱动部件的地面测试已经进行得十分顺利。

X-57是首个获得X验证机编号的NASA飞行测试飞机,它的设计花费了十多年的时间。

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