那些年 NASA开发的飞机技术

2014-12-02 09:00:29来源: 网易科技 关键字:飞机  NASA  控制系统

    众所周知,NASA(美国国家航空航天局)并不只是专注于给宇宙飞船开发高科技工具,它还致力于给大大小小的飞机打造这类工具。该机构最近回顾了它为飞机开发的一些技术,外媒也进行了一些补充。

    结冰检测
    飞机翼上的冰会对飞行造成破坏性影响。NASA格伦研究中心的结冰研究隧道用于模拟飞机在飞行时表面冰层的形成。对隧道喷冷水,受测的机型表面就会结冰。

    飞行软件
    NASA的兰利研究中心子在研究如何重塑美国航空旅行的未来。未来10多年,美国联邦航空局(FAA)将会把美国的航空管制网络从范围有限的路基雷达站点系统转向范围扩大的太空卫星系统,帮助提升流量不断增加的空中交通流通的速度和安全性。

    流动性
    NASA从1970年代开始开发可准确预测流体流动的先进计算机代码,如飞机翼上的空气流动和航天飞机主引擎的燃油流动。那些概念和代码后来演变成了“计算流体动力学”(CFD),如今它被认为是流体动力学研究和新飞机研发的重要工具。CFD减少了任何类型飞机的设计和测试的时间和成本。

    平面显示器
    1970和1980年代期间,NASA提出并测试了先进驾驶舱配置的概念——以平面数字显示器来替代转盘和测量仪器。NASA称,数字显示器在信息呈现上更加高效,可给机舱人员带来更加全面完整、更易于理解的飞机状况信息图。玻璃花座舱目前普遍应用于军用飞机、商用飞机和通用航空飞机,它也曾是NASA航天飞机的一部分。

    电传操纵系统
    1960和1970年代,NASA开发并测试了一种数字“电传操纵”系统,即用基于数字计算机和电线的轻系统替代较为笨重且没那么可靠的液压系统和操纵联动机构。NASA表示,该系统会将信号从飞行员发送至飞机的控制表面,提升控制能力,减少信息冗余。

    垂直短距起降
    从1950年代到1990年代,NASA领导开发一种可让飞机从直升飞机式的垂直起降飞行转向常规前飞的引擎系统。该机构发明的喷嘴设计可将转向来自引擎的推力,用于变向(用术语来说就是“推力矢量”)。这帮助该应用于英美军方使用的AV-8 Harrier喷气式飞机的概念获得了认可。

    智能飞行控制系统
    从1970年代到1990年代,NASA和美国空军联手研究基于人工神经网络的飞行控制系统能否帮助飞行员在失去操纵的境况中恢复回来。飞行测试证明,支持数字电传操纵系统的智能飞行控制系统(IFCS)可自动且快速地重新配置飞机,帮助飞行员恢复对飞机的控制。

    面积律
    据NASA称,在1950年代,NASA科学家理查德?惠特科姆(Richard Whitcomb)发现了数个针对重大空气动力学挑战的解决方案。其中最具革命性的一个是“面积律”,该概念旨在帮助飞机设计师避免附在机身翼侧引发的气流干扰和阻力。通过利用面积律,数十年来飞机设计师能够使得飞机在高速飞行时变得更加高效。

    雷电保护系统
    1970和1980年代期间,为了鉴定引发雷击的条件和雷击对航行的影响,NASA展开了广泛的研究和飞行测试。NASA的知识基础用于改进飞机的电气系统和航空电子系统的雷电保护标准。图为肯尼迪航天中心发射台的雷电保护系统。

    软件工程
    1960年代,NASA携手业界共同开发一种通用软件程序,让工程师能够用来对不同的航空航天结构(包括各种的航天器和飞机)进行建模和分析。现在,NASTRAN是各类结构工程的“行业标准”计算机辅助工具。NASA称,NASTRAN有助于工程师判断现实中的复杂系统的压力、动力学和振动情况。

    非金属材料
    1970年代,NASA开始携手业界研究如何开发高强度的非金属材料,替换飞机上较重的金属材料。复合材料可减轻飞机的整体重量,改进运行效率,因而它逐渐被用来替代机尾、机翼、引擎、整流罩和机身上的金属部分。

    可旋转发动机喷嘴
    从1970到1990年代,NASA在开发可旋转发动机喷嘴上扮演重要角色。该类喷嘴可将发动机的推力转向,操控飞机往平行于中心线以外的方向飞行。推力转向带来了前所未有的机动性和操控能力,让极端角度的空对空攻击变得可行(它目前应用于图中的F-22 Raptor)。

    模拟叶片变形问题
    1990年代,NASA称,它开发的一种计算机代码可二维模拟喷气发动机叶片潜在的空气弹性变形(AE)问题。这种问题包括振翼或者材料疲劳,它们最终会使得发动机扇叶片失速或者停转。借助TURBO-AE,工程师能够更高效地给当下的高性能喷气发动机设计更轻薄、更快速的旋转叶片。

    超临界翼型
    1960和1970年代期间,NASA科学家理查德?惠特科姆领导一个研究团队开发和测试一系列几何形状独特的翼型。那些翼型可应用于亚音速运输机,可起到增加升力和减轻阻力的作用。整合到机翼后,他们打造的“超临界翼型”可大大提升飞机的效率。

    创新性机翼引擎概念
    从1950年代到1990年代,NASA研究出了一种创新性机翼/引擎概念。该概念显著增加了飞机短距升降时的升力,应用该概念的飞机包括图中的军用运输机C-17。NASA称,该系统可将引擎推力转向至外部襟翼,从而带来额外的升力。这种襟翼系统也让承载特重货的飞机在面积有限的跑道上准确降落。

    可动翼
    在1960和1970年代,NASA参与开发一种可改变掠动角度的机翼。不管是低速还是高速飞行,这种可调节的机翼都特别能够借助空气动力。

    小翼
    这可能是NASA最显而易见的一项发明。在1970和1980年代,NASA研发出了一种可附在翼尖的纵向延伸部件。它旨在在不增加翼展的情况下减少空气动力阻力。NASA称,小翼有助于增加飞机航程,减少燃油消耗。

    全面的风洞测试
    数十年来,NASA经过扩充的风洞设施在各种速度机制下进行了富有价值的基础测试,涉及的领域包括:涡流升力、机动襟翼性能、失速特点和规避、低角和高角攻击操控的空气动力、振翼预测和规避、旋转特点和恢复、巡航性能和机身结冰。

    决策支持
    NASA研发的交通管理顾问程序是一项决策支持工具,旨在帮助在高度拥挤和复杂的空域(如美国东北走廊)减少交通延误。NASA表示,该软件功能的关键部件是新数据分享架构和“分布式的调度程序”。通过在空中交通管制区共享信息,空中交通管理员能够预测交通流量的变化。分布式的调度程序能够同时协调来自几个管制区的流量。

    碰撞避免
    NASA的阿姆斯特朗飞行研究中心开发了有助于飞机避免碰撞的算法。据NASA介绍,这些绘图算法可轻松整合到飞机原有的机载计算环境、电子飞行工具包或者移动设备应用。除了可应用于下一代碰撞避免系统之外,该软件还适用于各类应用,其中包括航天卫星、汽车、科学、科学研究、海图系统和医疗设备。

    研究未来航空旅行
    NASA兰利空中交通运营实验室的运营经理艾德?希尔斯(Ed Scearce)在参与帮助重塑美国未来的航空旅行。

    锯齿形设计
    部分喷气式发动机喷嘴的后缘呈锯齿形。在来自发动机核心的热风跟发动机扇叶产生的冷风相融的时候,后缘的这种设计可起到促进相融的作用,从而减少引起噪音的紊流。波音787是依靠锯齿形喷嘴后缘减少引擎噪音的现代喷气式飞机之一。

    损害控制
    NASA之前牵头研究如何改进喷气式发动机的风扇罩,最终发现了一种划算的方法来制造防损害且可大大减重的风扇罩。就飞机而言,减重意味着可节省燃料消耗,增加有效负载,扩大飞行航程。该技术提升了安全性和结构完整程度,对于引擎制造商来说是一个很有吸引力的可行选项,因为制造成本低;对于客户来说,它也是一个实用的替代方案,因为减重可带来更多的成本节省。


 

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