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NASA的风洞实验室

2012年08月28日 17:00   来源:中国航空报   王钟强

  风洞是空气动力学研究和试验中使用最广泛的工具,是研制各种飞行器所不可缺少的试验设备。据报道,全世界的风洞总数上千座,但规模最大、性能最好的风洞大多集中在美国NASA;另外,NASA还拥有进行航空研究的另一类重要手段——研究机和试验机。

  过去几十年里,这些试验设施分别归属不同的研究中心,独立运作。进入新世纪以来,由于受到经费短缺的限制,也为了提高利用效率,NASA总部对试验设施的管理进行改革:将辖内风洞设施的决定权集中在总部,统一确定哪些风洞继续保留,以及如何经营管理。

  正是在这种背景下,在NASA“航空研究任务部”下面有了和四个专业领域平行的“航空试验计划”(ATP)。该计划旨在保持和促进美国最大、最多用途、最综合的研究设施的试验能力。

  ATP下属的主要设施分为亚声速、跨声速、超声速、高超声速风洞以及动力装置设施和飞行研究设施六类。

  亚声速风洞4座:9×15英尺低速风洞,主要用于评估风扇、喷管、进气道和螺旋桨的气动性能和声学特性,它可以在连续亚声速气流风洞环境下模拟起飞、进场和着陆,包括测试短距起飞和垂直着陆状态下热燃气的再吸入;14×22英尺亚声速风洞,主要用于解决垂直/短距起飞和着陆飞机的气动问题,目前在进行在起飞、着陆、巡航和大攻角等广阔范围条件下对固定翼和旋翼飞行器布局进行常规性能测试;20英尺垂直螺旋风洞,是西半球使用动态比例模型技术进行自由螺旋试验的唯一的风洞,利用风洞的这种能力能大大减小飞机在飞行试验中由于识别潜在螺旋模式、开发为恢复螺旋所需的控制技术和对螺旋伞尺寸的要求带来的风险;结冰风洞,是美国最大的冷冻风洞,专门用于研究飞机结冰的各种问题。

  NASA艾姆斯研究中心原来有一座世界上最大的低速风洞(称为“国家全尺寸设备”),试验段尺寸为24.4×36.6米,足以试验一架完整的真飞机。2004年因经费问题被关闭,一年后,考虑到该风洞对直升机发展的影响,在国会的协调下,决定采取租赁方式重新开启,风洞仍归NASA所有,但由阿诺德工程发展中心负责运营和维护,NASA提供全力支援。

  跨声速设施3座:国家跨声速设施是一座大型跨声速冷冻闭合回路压力风洞,是世界上能达到最高雷诺数的风洞;11英尺跨声速统一规划设施,一向以美国航空工业的“壮劳力”著称,自上世纪60年代以来,几乎在所有美国生产的民用运输机和军用固定翼飞机机体研制工作中都使用过;跨声速动力学风洞是世界上用于在跨声速区域试验大型气动弹性缩比模型的主要风洞设备。

  超声速设施4座:10×10英尺超声速风洞,是一座双循环风洞,试验段速度达到马赫数2~3.5,能测试超声速气动力和动力部件,如进气道和喷管、综合动力系统、全尺寸喷气和火箭发动机、运载火箭方案;9×7英尺超声速风洞,在美国几乎每一种超声速固定翼飞机的研制中都广泛使用,在空间探索中也发挥了重要作用;4英尺超声速统一规划风洞是NASA、国防部和工业界用得很多的多用途核心设施,能用于基础流体动力学和应用空气动力学的研究,对很多先进航空航天飞行器方案的开发、评估和最佳化做出了重要贡献;8×6英尺超声速风洞,能在马赫数0.25~2的范围里对空气动力和推进模型(包括飞机、运载火箭及其部件)进行亚声速、跨声速和超声速试验。

  高超声速设施2座:空气热动力实验室是由3个小的经济型高超声速风洞集合而成的,用于基础流体物理学研究、气动性能测试和空气加热评定;8英尺高温风洞能再现在高超声速马赫数4~7状态下的飞行热函,能容纳大型吸气式动力系统和热防护系统部件。

  动力装置设施1座:动力系统实验室是一座用于吸气式动力系统研究和发展的全尺寸高空发动机试验设备,它能够产生动力系统在高速、高空飞行中遇到的温度和压力进入条件。

  飞行研究设施包括:飞行载荷实验室,目的是支持飞机结构的研究和试验,它进行结构部件和整机的综合的机械载荷和加热研究,对预测飞行条件下的飞行载荷测试仪器进行校正和评估;研究机综合设施,任务是在飞行前验证和确认航空航天飞行器及其分系统复杂的设计;西部航空试验场,支持航空航天飞行研究和技术综合、空间探索方案、航空遥感和各种科学研究任务;大量研究机,提供多用途、安全的飞行平台,在顺利完成飞行和地面试验中发挥着重要的作用。

  上述所有设施由NASA的4个中心——艾姆斯研究中心、德莱登研究中心、格伦研究中心和兰利研究中心负责运作,由各个领域的专家提供全方位的服务。

  航空试验计划集中了全美国受过专业训练和拥有高度技能的人员,他们的工作背景和教育背景涵盖航空航天试验和工程的每一个领域,能为各政府机构、企业和学术团体提供全套服务,从基础和应用研究到各种试验。展望未来,航空试验计划将继续完善和实施设施投资和剥离计划,以便更好地全力支持NASA、国防部和美国工业界目前的和长远的任务。

(责任编辑:王飞)



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