普渡大学风洞超音速飞行器未来太空飞机 速递

通过使用能够以“高超音速”速度安静运行的唯一风洞，普渡大学工程师进行了实验，以设计出一种名为X-51A的先进飞机的关键数据，该飞机由称为超音速发动机的发动机提供动力。

预计X-51A测试车将发展成能够以6马赫的速度飞行的导弹 - 或者是声速的六倍 - 使它们能够达到移动的“时间关键”目标。

(资料图)

Scramjets也可能推动未来的军用和民用太空飞机。

安静的风洞运行对于收集数据至关重要，以准确显示空气在飞行中如何在车辆表面上流动。普渡大学航空航天学院航空航天工程师兼教授史蒂文施奈德说，在6马赫的气流中进行实验时，没有其他风洞能够安静地运行。

“安静的风洞产生更准确的数据，因为它更接近模拟飞行，”他说。

具体而言，工程师需要有关气流如何在飞机表面上速度从“层流”或“平滑”变为湍流的详细信息。施奈德说，这些信息对于正确设计以高速超速或高于5马赫，近4,000英里/小时的速度飞行的车辆至关重要。

X-51项目由空军研究实验室和国防高级研究计划局牵头，该车辆由普惠公司和波音公司建造。普渡大学工程师是政府，学术界研究人员团队的一部分。和工业处理车辆的不同方面。

普渡大学的研究重点是前体或飞行器的前部，使用一个长长的模型进行风洞测试。研究结果提供了两个重要领域的信息：保持湍流流入发动机燃烧室以保持超燃冲压发动机正常运行，并增加车辆上表面的平稳气流量，以减少可能损坏或破坏车辆上表面的摩擦和热量。车辆。马赫数越高，飞行中产生的摩擦和热量就越大。

1月8日在内华达州里诺市举行的航空航天研究所第46届航空航天科学会议和展览期间，研究报告详细介绍了这些研究报告。该论文由施耐德和研究生助理Matthew P. Borg撰写。

X-51A是一种楔形车辆，在其下腹部有一个铲状罩，空气冲入发动机燃烧室的入口。施奈德说，进入进气口的空气在高超音速下是湍流，或发动机可能“不启动”，导致其发生碰撞，这一点至关重要。

因此，在进入入口之前必须将空气转换成湍流。使用放置在入口附近的凸起金属条来完成这种转换，以使空气从平滑到“湍流”“跳闸”。风洞试验正在帮助工程师更好地理解这种“粗糙度引起的过渡”。

施奈德说，研究结果将使工程师能够准确地确定行程的位置以及从飞机皮肤上升起的距离。

与在嘈杂条件下的实验相比，在安静条件下的实验产生更准确的发现。安静的数据表明，行程应该提高两倍左右。

同时，流过车辆顶部的空气应尽可能平滑，以减少摩擦和加热，这会增加阻力，并且需要为车辆的薄金属外壳提供更重的热保护系统。来自实验的数据将用于评估该部分车辆的性能。

施奈德说：“层流气流的热量比湍流气流少八倍。”

研究人员使用温度敏感的涂料来测量模型皮肤在测试过程中的热度。将涂料涂在插入模型中的尼龙带上。在测试期间将蓝光照射到条带上产生来自涂料的温度依赖性红光。红光的强度表明表面有多热。

“我们的工作成果可以用来帮助确定车辆的加热和皮肤摩擦，这对于X-51A的设计非常重要，”Schneider说。

该车计划在2009年前进行一系列测试。该项目是未来导弹比现今巡航导弹快6倍的努力的一部分。

超音速喷气式战斗机或超音速燃烧冲压式喷气发动机可能导致空间飞机的设计比现有航天飞机的运行成本低得多，使得有效载荷进入轨道的成本更低。太空飞机将使用scramjets和火箭的组合。由于超音速喷气发动机使用来自大气的空气作为燃烧燃料的“氧化剂”，因此它们不需要火箭所需的液氧。这意味着配备了超音速喷气式飞机的车辆将携带更少的液氧 - 这足以在高海拔地区运行火箭。

施耐德说：“如果你不需要携带更多的氧化剂，你可以使车辆更轻，或者你可以使结构更重，更坚固。”

研究人员能够将风洞从安静地切换到高噪声气流，这使他们能够比较两种模式下的数据质量。

为了测量气流速度和湍流，研究人员使用的热丝大约是人类头发直径的十分之一。气流速度越高，导线冷却得越多，维持导线热温度所需的电流就越大。监测维持电线温度所需的变化电流，可以发现每秒波动高达250,000次的气流变化。

“这使我们能够看到它如何从层流到湍流，”施奈德说。

该研究报告详细介绍了安静风洞的第一个主要发现，经过大约18年的研究，完善了该设施，将用于分析高超声速飞行器的性能。

施奈德说：“普渡大学，空军和私营企业在这段时间里已经在这条隧道上投入了大约100万美元，而且它最终正在努力并取得影响这些车辆设计的结果。”

Scramjet车辆可能在2015年前投入使用。

为了获得安静的流动，必须将Mach 6喷嘴的喉部抛光至近乎完美的镜面光洁度，消除粗糙度，使得靠近墙壁的流动从层流到湍流。然后，为了使风洞保持安静，它必须完全没有颗粒。即使是一小块沙子也会在风洞内引起湍流，损坏表面并破坏静音效果。

风洞不是第一次。航空航天局以前运行的风洞具有类似的性能，但该风洞目前尚未投入使用。

普渡大学的风洞由空军科学研究办公室，航空航天局，桑迪亚实验室，弹道导弹防御组织和波音公司资助，被命名为波音/ AFOSR Mach 6静音隧道。

标签： 普渡大学 研究人员 研究报告 至关重要