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来自 航天科技 2019-09-14 03:38 的文章
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402com永利平台超轻型喷气机和通用航空运营商提

[英国《飞行国际》2007年7月27日报道] 为支持下一代空中运输系统的发展,NASA将对2025年前能在美国空域使用的先进飞行器的性能做详细阐述。2008年第1季度NASA将开始一项为期18个月、总额600万美元的研究,旨在研究先进概念及将飞行器综合到下一代空中运输系统。

[英国《飞行国际》2008年3月5日报道] 一个空中出租运营商小组计划启动使用试验,以演示验证加速下一代空中运输系统技术的可行性和益处。在私人空中运输联盟的资助下,这个小组打算在本十年内而非下一个十年内启动该试验。前任NASA小型飞机运输系统设想者和PATA支持者Bruce Holmes称运营小型现代飞机--如西锐SR22和"日蚀" 500--的空中出租运营商拥有独特的机会,可以在不影响航空公司枢纽-辐线运营的情况下,测试并验证下一代技术。SATS项目于2005年结束。Holmes于 2月28日在华盛顿召开的一次联合项目开发办公室会议上称"我们一般不使用运行发展计划中的 35 个机场以及250个机场(美国最忙的285个民用服务机场)"。Holmes离开NASA后,现在担任DayJet航空公司的首席战略家,该公司仅运营"日蚀" 500超轻型喷气机,飞行至60多个美国城市的航线。据美国联邦航空局记载,DayJet公司预订了650个尾翼编号(tail number),其中28个已经用在其飞机上。基于在DayJet公司一年的工作经验,Holmes称通过以下措施可以实现NextGen的"绿色"目标--更大容量、更好的燃油经济性和更少的环境影响,包括:l 利用所需导航性能程序优化空域使用;l 利用广播式自动相关监视实现飞行中自分离;l 在没有监视雷达的情况下,利用机场地面上的多元和广播式交管信息服务提供安全、有效的运作;l 采用通用的因特网协议更好地控制其机队;l 利用GPS方法获得到所有跑道终端的精确最小值。Holmes称不像一些航空公司主要关注终点站环境中的RNP以提高燃油效率并减小噪声,飞行中RNP对DayJet公司而言具有"更大的益处"。他说,以该公司从Boca Raton到Lakeland的一次典型飞行为例,如果能够飞行更高高度和更为直接的航线,可以节省24%的燃油。PATA支持者和国家商务航空协会前任会长John Olcott称该小组正在从空中计程公司和飞机及部件制造商中以及基础设施供应商中寻求新的成员加入。PATA当前的成员包括DayJet、Linear Air、North American Jet和Pogo公司。

Major Technologies of Future Supersonic Aircraft倪亚琴为了加快全球航空运输速度和增强远距离快速打击的需要,超声速运输机和可跨大陆飞行的高超声速轰炸机已成为21世纪飞行器发展的热门话题。从理论上说,现在要研制一种超声速运输机,在技术上已经没有不可逾越的障碍,面临的最大挑战是环保要求和高昂的经费自上世纪90年代以来,美国、西欧、日本都制定了超声速飞机的研究规划,像NASA的高速研究规划,西欧的欧洲超声速研究规划,日本宇航研究所的超声速运输机技术规划等,其目标是做到从洛杉矶飞到悉尼的时间缩短10小时以上。虽然这些计划由于多种方面的原因先后被暂停,但各国的研究人员都认为如果目前要研制一种超声速运输机,在技术上已经没有不可逾越的障碍,面临的最大挑战是环保要求和高昂的经费。值得注意的是在两年前,美国国防部又以"安静超声速飞机"计划的名义,重新开始了以超声速轰炸机为主打机型的超声速飞机的研制。此外,NASA和俄罗斯制定了一个为期5年的国际联合研究计划,用一架改装的图-144LL超声速客机,在NASA飞行试验室进行针对21世纪的未来第二代超音速客机技术的研究。空气动力学新进展结合了最优化技术的现代计算流体动力学,可以对机翼、机身、短舱和尾部的几何形状进行布局调整,使超声速飞行的阻力减少10%以上,从而增加了飞机的最大航程,现在这些方法已经被扩大到多点优化,可以进一步加大飞机的最大航程。此外,最新发展的预测受载荷模型的气动弹性效应的方法,已经在NASA的兰利研究中心和阿姆斯研究中心的超声速和高雷诺数亚声速风洞中得到了试验验证,可以用于超声速飞机的设计中。有关的超声速试验技术也得到改善,像压敏漆的使用,雷诺数的尺度研究和对模型支架系统的修正等。减小高速阻力的一种有效方法是层流控制。NASA德莱登飞行研究中心对一架F16-XL技术验证机进行了超声速层流控制技术的飞行验证。所用的层流控制方法是在该飞机的左翼套上用激光开了千万个微孔,在微孔处进行吸气,维持流动的层流。该飞机进行了马赫数2的飞行验证表明,阻力被明显的减小了。此外,已经证明用按一定规律分布的粗糙度,也能有效地进行层流控制。全新概念驾驶舱在未来的高速飞机的驾驶舱中,将用大尺寸的显示屏替代前视窗,它不仅减少了飞机重量和阻力,而且有利于改善驾驶性能及增加安全性。这样的驾驶舱就没必要像"协和"号超声速客机那样,因为要考虑驾驶员在飞机起降时的视野而使机头下垂,从而进一步降低了飞机的阻力,简化了结构。在机场滑行时,可以通过装在前起落架上和垂尾顶上的摄像机提供飞机跑道的全景。利用GPS数据并将其与数字化的跑道图数据库相结合,可以使驾驶员随时跟踪飞机的当前位置。飞机起飞后,计算机监视视频景像随速度、高度及驾驶员选择的任何其他数据的变化。飞机在巡航时,通过使用GPS数据和飞行剖面信息来进行驾驶,并通过空中防撞系统和雷达,向驾驶员报告潜在的碰撞信息。飞机着陆时,可使用标识符号帮助驾驶员对准跑道,并使用闪光指示器着陆。飞机在夜间飞行时,可以用X-波段雷达增大视频传感器的动态范围。在雨和雾等恶劣天气和雷达信号不好的情况下,则可用计算机再现机场和周围的地貌。飞机在机场滑行时能通过雷达检测跑道上的障碍,增加了飞机的安全性。例如在NASA用737运输系统研究飞行器上进行没有前窗的飞行试验时,就使用一种有普通图像监视器的简单系统,产生了很好的效果。新材料结构和工艺为了使超声速运输机的空重能够比普通亚声速飞机轻很多,同时又能经受因为超声速飞行引起的气动力磨擦加热带来的高温(如飞机需要在周期性的350°F表面磨擦温度下承受60000小时,重量要比"协和"号减少30%),需要使用先进的结构方案和材料。普通的飞机材料,像铝和热凝固性复合材料没有承受高温的能力,如果将钛合金用于整个机体又太重。为此,为了选择适合超声速运输机,并具有相应的机械特性和可加工能力的材料,研究人员曾分析了140种不同材料,精心地选取了几种较适合的材料和对应的工艺。对于需要高强度的飞机主翼盒和气动面前缘这样的高温区,钛合金还是最佳的选择,研究人员已经研制了能将机械性能提高20%的先进钛合金,并探讨了热机械处理对最佳合金组合的影响和减少成本的制造工艺。为大幅度降低喷管的重量,采用了先进材料和制造工艺。它包括用于混合器的超耐热合金的薄壁铸、用于襟翼的钛铝合金、用于减少混合噪声的陶瓷基的复合材料声学瓦片和保护喷管后侧材料的防热表面涂层。为减轻飞机机身、外翼、边条和尾部的重量,研制了聚酰亚胺碳纤维复合材料。热耐久性试验证明,这种PMC可以耐热55000小时, 而性能没有恶化。其中一种被称为PETI-5的是NASA专利的聚酰亚胺树脂与IM7纤维组合,在350°F时机械性能比双马来醯亚胺还好,耐热性也超过了15000小时。研究证明,可以通过干燥的预处理,改善这种材料的制造加工性能,但同时也研究了在试验室进行"湿"的预处理方法,如通过对要处理的结构在高压下进行长时间的纠正热压处理,以去掉易挥发的物质,此方法已证实能制造大尺度的平板。减少对大气环境影响的研究超声速飞行对环境的影响体现在对同温层臭氧的损耗。超声速运输机飞行可能会引起地球臭氧层的大量损耗,造成对全球环境的影响。现在提出的超声速运输机巡航高度约为20000米,此高度接近同温层的臭氧高密度区,超声速运输机的发动机排出的一氧化氮和紫外线的能量会一起破坏和消耗大量的臭氧,形成分子氧。国际科学小组研制了预测氧化氮、水蒸气和其他排放物对臭氧的化学特性以及对气候改变影响的全球大气模型。通过统计一架以马赫数2飞行的超声速运输机的1000次飞行可知,飞机的排放目标应当是氧化氮排放低于5克/千克燃料,而"协和"号超声速客机的排放水平为20克。有两种方法可以减少燃烧室的排出,一种是富燃料燃烧方案,一种是预混合预蒸发的贫燃料燃烧方案。这两种方案都在NASA研究中心的火焰管实验室进行了试验,证明了每千克燃料排出的一氧化氮小于5克。对这两个方案来说,衬里材料都是困难,对350°F环境温度和要求9000小时使用寿命来说,陶瓷基复合材料是首选。降低辐射问题的研究高空辐射来自银河系和太阳系,高能量的重离子透过地球的大气层,太阳宇宙射线是由太阳闪耀产生的,虽然数量较少,但可能在短时间内很强。这两个辐射源在大气中都能产生第二中子,危害到人体的健康。对人危害的程度首先取决于剂量。超声速飞机的巡航高度虽然是亚声速飞机的两倍,但因为旅行时间减半,所以两种飞行人员接受辐射的总剂量是近似的,关键是人体接受的辐射强度。为了对大气层上面的辐射及其随纬度的变化有了实质性的了解,美国用一架ER-2飞机配备了一套由国际组织提供的仪器,来测量辐射环境的特性,目前已测量了太阳辐射的最大情况。在一般情况下,利用经验证的辐射预测方法,通过对机组人员合理排班来控制他们所接受的辐射剂量。降低对居住区噪声影响的研究造成对居住区的噪声也是超声速运输机构型设计和发动机选取中的主要约束条件。未来的超声速运输机航线必须满足当地机场对居住区噪声的要求。起飞时的噪声源主要来自高速的发动机的热喷气。涡轮喷气发动机有很好的超声速性能,但噪声很大,而亚声速运输机设计所用的高涵道比涡轮风扇发动机噪声相对较小,但超声速性能较差。所以超声速运输机应当选择混合流风扇发动机为好。虽然这种发动机会降低涵道比,但混合引射器喷管可以明显进一步降低噪声,因为喷管吸入外边的自由流空气,与核心的排出的喷气混合,导致排出的喷气速度和温度的降低,可以使噪声从120分贝降低了16分贝。这种发动机在超声巡航期间,不需要外部空气吸入,于是减少了阻力和噪声。飞机进场时,一般可以关闭喷气发动机减少喷气,以降低进场噪声,这时涡轮风扇发动机的涡轮机械噪声将是影响整个飞机噪声的关键。为解决与环境相容的困难,NASA和工业界正在关注混合压缩进气道和低噪声风扇方案的研究,并提出对马赫数2.4飞行的超声速运输机,为使推进系统有效的运行,必须要求一个能控制内外的激波结构的混合压缩进气道 ,并且能对进气道中的稳定、高总压恢复和低扰动与低噪声、可运作性和复杂性之间取得较好的折衷。目前被考虑的进气道有二元分岐的轴对称的可移动的中心体和可变直径的中心体进气道等。俄罗斯图-144超声速客机的小尺度的风洞试验证明,也可以通过使用先进的机翼前后缘增升来降低噪声,因为增升装置打开后减少了飞机起飞、爬升和着陆时所需的推力。这些先进的增升方案当与先进的着陆和起飞程序结合时,像与自动化襟翼和油门设置结合,能达到相当于"协和"号超声速客机低速飞行升阻比的两倍。减少音爆影响的研究在超声速飞行时,飞机产生的传到地面的激波会产生突然的压力的改变,可能会对地面建筑物造成很大的破坏。为将危害降至最小,长期以来要求超声速运输机尽量只在海面上进行超声速飞行。对音爆的研究最初是减少音爆的压力信号到在陆地上空飞行可接受的程度,这可以通过机体上的升力分布最大来实现。后来使用计算流体动力学的方法设计飞机构型,用来预测飞机近场的压力场和音爆在大气的传播,研究人员还分析了为了避开对人群聚集区影响,超声速客机在陆地上进行超声速飞行所限制的音爆的压力场和距离。SR-71"黑鸟"曾经先通过计算流体动力学的方法设计了一种低音爆气动构型,并通过风洞和飞行确实验证了其音爆的影响是可以接受的,只是后来因经济能力不足这种构型没有被采用。NASA和诺斯洛普·格鲁门公司20年来一直在进行收集音爆数据的研究计划,最近这项计划又有了新的进展。去年,NASA和诺斯洛普·格鲁门等单位联合启动了一项"音爆形成验证" 计划,利用经改装的一架F-5E飞机作为SSBD试验验证机,进行音爆形成机理研究飞行试验。在已经完成的试验中,飞机的飞行马赫数 1.4左右,飞行高度在10000米上下,收集了大量的在实际飞行环境下音爆形成的详细数据,包括1300个高质量的在不同速度下的音爆形成资料。在有几次的试验中,还用NASA的F-15B试验台飞机进行近距编队飞行,用以观察和记录激波特征的细节,一共测得了从不同距离、不同方向的45个激波图形。除了在飞机上收集资料外,还在在F-5E飞行航迹下地面4千米的距离内设置了总共42个相阵排列的音爆振幅和方向传感器,记录音爆在地面的特征数据。通过SSBD计划已经证明,只要仔细地设计超音速飞机的外型,它的激波和伴随的音爆是可以被控制的,所以研究人员声称,这些成果将为未来超音速飞机在陆地上进行无约束的飞行奠定了基础,从而将开启超声速飞行的新时代。

预计将涉及的飞行器包括超轻型喷气机、超大型运输机、无人机、超声速运输机、旋翼机、垂直/短距起飞和着陆飞机、其他非常规设计以及航天发射器。

要描述的特征将包括飞行器的使用包线对天气的敏感度、跑道要求、性能和燃油效率对高度和其他因素的敏感度以及噪声和排放带来的环境影响等等。

NASA人员表示,希望研究未来先进飞机怎样运营并描述它们将如何运营,NASA希望找到这些飞行器如何在新系统中运营的有关所有问题的答案。

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