NASA尖端技术使超音速飞行更安静

图中所示的美国国家航空航天局的 X-59 号飞机，其设计飞行速度比声音还快，但产生的声波"砰砰"声比传统的超音速爆裂声更小。 资料来源：洛克希德-马丁公司

美国国家航空航天局（NASA）正准备测试一个关键工具的进展情况，该工具旨在测量其静音超音速研究飞机 X-59 产生的独特"音爆"。

这种工具被称为冲击感应探头，是一种锥形空气数据装置，专门用于捕捉 X-59 产生的独特冲击波。 美国宇航局位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心的研究人员已经开发出两种版本的探头，用于收集超音速飞行期间的精确压力数据。 其中一个版本针对近场测量进行了优化，可捕捉靠近飞机源的冲击波。 另一个探头设计用于中场测量，在 X-59 下方 5000 到 20000 英尺的高度收集数据。

美国国家航空航天局的冲击传感探头特写，突出显示了其压力端口，该端口设计用于测量超音速飞行期间的气压变化。 该探头将安装在 NASA 的 F-15B 航空研究试验台上进行校准飞行，以验证其测量 X-59 产生的冲击波的能力，这是 NASA Quesst 任务的一部分，旨在提供有关静音超音速飞行的数据。 资料来源：美国国家航空航天局/劳伦-休斯

飞机超音速飞行时会产生冲击波，冲击波穿过周围的空气，产生巨大的音爆。 X-59 的设计目的是转移这些冲击波，将巨大的音爆降低为更安静的音爆。 在试飞期间，一架机头装有冲击感应探头的 F-15B 飞机将与 X-59 一同飞行。 这个约 6 英尺长的探头每秒将连续收集数千个压力样本，捕捉飞机在飞行过程中冲击波所产生的气压变化。 传感器的数据对于验证计算机模型至关重要，这些模型可以预测美国宇航局 Quesst 任务的核心 X-59 所产生的冲击波的强度。

2024年8月6日，NASA的F-15B航空研究试验台在加利福尼亚州爱德华兹上空对冲击感应探测器进行校准飞行。 该探测器将测量来自 NASA X-59 的冲击波，提供的数据可能会将陆上超音速飞行的限制从基于速度改为基于声音。 这项工作是 NASA Quesst 任务的一部分，X-59 是其旗舰飞机。 资料来源：美国国家航空航天局/史蒂夫-弗里曼

该探测器的美国宇航局首席研究员迈克-弗雷德里克（Mike Frederick）说："冲击感应探测器充当真相源，将预测数据与实际测量数据进行比较。"

在近场探测中，F-15B 将以约 55000 英尺的巡航高度紧跟在 X-59 后面飞行，采用"跟随领航员"的设置，使研究人员能够实时分析冲击波。 中场探测器用于单独任务，将在冲击波接近地面时收集更有用的数据。

在加利福尼亚州爱德华兹上空进行的一次试飞中，美国宇航局的 F-15B 航空研究试验台对一个冲击感应探测器进行了评估。 该探头将捕捉来自 X-59 的详细冲击波数据，从而推进对静音超音速飞行的研究。 资料来源：美国国家航空航天局/史蒂夫-弗里曼

探头捕捉微小压力变化的能力对 X-59 尤为重要，因为它的冲击波预计要比大多数超音速飞机的冲击波弱得多。 通过将探测器的数据与先进计算机模型的预测进行比较，研究人员可以更好地评估其准确性。

"探头有五个压力端口，一个在顶端，四个在锥体周围，"弗雷德里克说。"这些端口测量飞机飞过冲击波时的静压变化，帮助我们了解特定飞机的冲击特性。 "这些端口将测量结果结合起来，计算出当地的压力、速度和气流方向。

美国国家航空航天局的 F-15B 航空研究试验台装有一个冲击传感探头，在加利福尼亚州爱德华兹上空翱翔。 探测器的数据将有助于完善超音速飞行模型，并支持美国宇航局将音爆减少为更安静的"音爆"的任务。 资料来源：NASA/史蒂夫-弗里曼

研究人员不久将通过试飞评估近场冲击传感探头的升级情况，安装在一架 F-15B 上的探头将在超音速飞行中追逐第二架 F-15 收集数据。 升级包括将探头的压力传感器（测量锥体上气压的装置）安装在距其端口仅 5 英寸的位置。 以前的设计将这些传感器放置在将近 12 英尺远的地方，既耽误记录时间，又使测量结果失真。

美国国家航空航天局的 F-15B 航空研究试验台飞越加利福尼亚州爱德华兹上空，携带一个冲击传感探头，用于测量 X-59 的超音速冲击波。 这些关键数据为 NASA 的 Quesst 任务提供了支持，该任务旨在实现陆地上空更安静的超音速飞行。 资料来源：NASA/史蒂夫-弗里曼

以前的设计对温度的敏感性也是一个挑战，它会随着条件的变化而导致精度波动。 为了解决这个问题，研究小组设计了一个加热系统，使压力传感器在飞行过程中保持稳定的温度。

"探测器将满足 Quesst 任务对分辨率和精度的要求，"弗雷德里克说。"这个项目展示了美国国家航空航天局（NASA）如何利用现有技术并加以改造，以解决新的挑战。"

编译自/ScitechDaily