原標題:NASA的F-18戰機在超音速科研飛行中製造多次音爆

NASA的F-18戰機在超音速科研飛行中製造多次音爆

NASA 將會放飛圖片中的這架F-18研究用途飛機,這架飛機是從位於加州愛德華的阿姆斯特朗飛行研究中心滑行到這條跑道上的,它將在肯尼迪航天中心的上空製造音爆。空中和地面上的設備將記錄音爆,為NASA研究人員提供數據,幫助他們更好地理解大氣湍流對音爆的影響。NASA的F-18是從美國海軍處獲得,它為支持研究和訓練飛行員而飛。

圖片來源:NASA Photo/Ken Ulbrich

NASA旨在優化超聲速飛行的研究,為八月為傳說中的太空項目在發射場起航。

來自NASA的兩個開展航空研究的研究中心,即加利福尼亞阿姆斯特朗飛行研究中心(Armstrong Flight Research Center)與弗吉尼亞蘭利研究中心(Langley Research Center),他們的團隊和飛機將開赴位於佛羅里達的肯尼迪航天中心進行為期近兩周的飛行演習。

NASA的F-18戰機在超音速科研飛行中製造多次音爆

當NASA的F-18戰機在佛羅里達東海岸達到超聲速的時候,它將在大於或者等於32000英尺(約9753.6米)的高度飛行。F-18的航道定位在令最強音爆遠離住宅區的地方,同時F-18仍然是在肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center,KSC)上空製造音爆,這樣音爆的聲音將能夠被地面的麥克風陣列採集到。音爆在KSC北邊的海灘上更容易聽到,而卡納維拉爾角空軍基地(Cape Canaveral Air Force Station)則聽到啞聲,或者更安靜的音爆。包括卡納維拉爾角港口(Port Canaveral),可可(Cocoa),聖約翰港(Port St. John),泰特斯維爾(Titusville),米姆斯(Mims)和斯科茨穆爾(Scottsmoor)在內的地區都有可能聽到一種近似於遠處雷聲的隆隆,儘管人們可能聽到偶爾的一聲「啞音的」音爆。

圖片來源:NASA Graphics

歷史悠久的太空港將承擔大氣湍流音爆飛行(Sonic Booms in Atmospheric Turbulence,簡稱SonicBAT)的第二個系列,SonicBAT是於2016年在加利福尼亞愛德華空軍基地(Edwards Air Force Base)成功進行的超聲速研究飛行的延續。

大氣湍流音爆測試幫助NASA研究人員更好地理解低海拔大氣湍流是如何影響音爆的,當飛行器以超聲速,或者以高於聲速的速度飛行時會產生音爆。即將進行的一系列飛行是驗證將被用於研發未來低音量 超聲速飛行器的工具和模型的關鍵舉措;面向未來的低音量 超聲速飛行器旨在產生溫和的砰砰聲而不是更響亮的音爆。

「在大氣湍流音爆測試中,我們嘗試弄明白大氣湍流從何種程度上改變音爆」,阿姆斯特朗中心這個測試的主要研究員Ed Haering如是說。

最初的飛行系列為NASA提供了乾燥氣候條件下大氣湍流對音爆影響的數據。即將展開的飛行將會在佛羅里達潮濕氣候的影響下通過相同的方式測量其影響,收集的數據,以繼續這項工作。

「湍流可以使音爆音量變小 或者變大 。去年夏天我們在愛德華空軍基地的炎熱乾燥氣候條件下測試。因為我們知道濕氣能夠使音爆更響亮,所以我們需要在一些更加潮濕的地方測試,肯尼迪中心正適合這個方案。」Haering說。

這些測試使用錄音設備去捕捉湍流層上方和下方的雜訊級別,收集音爆特徵數據。這些數據會提供音爆穿過大氣湍流前後的對比。

NASA的F-18戰機在超音速科研飛行中製造多次音爆

大氣湍流可以影響音爆到達地面的方式,但是這些影響在濕潤與乾燥的氣候條件下會有所不同。乾燥條件下的大氣湍流已經在位於加利福尼亞愛德華空軍基地的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心進行過,在一個更加濕潤環境的後續測試就緒。在佛羅里達的NASA肯尼迪航天中心將會主持第二輪大氣湍流飛行,以提供在濕潤環境下進行研究試飛的能力。

圖片來源:NASA Photo/ NASA Kennedy

為了完成這個任務,一架NASA阿姆斯特朗中心的F-18戰機 會從肯尼迪太空梭場起飛,並在32000英尺(約9753.6米)的海拔高度飛離卡納維拉爾角海岸。這架F-18將沿著指定航道飛行,期間它將超過1馬赫,即聲速,併產生音爆。

與此同時,NASA也會派出一架配備翼尖麥克風的TG-14電動滑翔機在海拔4000到10000英尺(約1219.2到3048米)高度飛行,這個高度在低海拔湍流層的上方。在測試地點,TG-14將臨時關閉它的馬達並滑翔。這將消除任何不必要的雜訊,以確保翼尖麥克風能夠在音爆穿越任何湍流之前採集到一個純粹而準確的音爆特徵。

為了採集穿越湍流層的音爆特徵,NASA協同合作夥伴偉樂實驗室(Wyle Laboratories)和灣流航天(Gulfstream Aerospace)將在肯尼迪中心的地面上安置兩個麥克風陣列,每個陣列包含16個用於採集數據的麥克風。

該項目旨在收集在三種不同條件下的數據,包括低湍流度、中湍流度和顯著湍流度,以獲取對這些變數如何影響音爆的更深入理解。為了監控這些條件,NASA氣象學家將在現場用風速計測定風速,用聲雷達風廓線儀測量低海拔風況,並用流量感測器測量因濕度引起的變化。

NASA計劃從8月21日星期一開始每天試飛2-3次F-18,並預計在八月底或者九月初完成試飛,測試期間重點收集至少33次音爆的數據。

Haering說,儘管肯尼迪中心和卡納維拉爾角空軍基地附近的居民可能會聽到在NASA中心上空產生的音爆,但是居民們完全不用擔心。

「在我們的飛行高度,從飛機上產生的音爆從來都沒危害過人類、動物或者建築物,但是音爆可能會很嚇人」,Haering說,「我們十分謹慎地計劃我們的飛行,因此居住在諸如泰特斯維爾西部或者可可海灘南部大型居民區的人們幾乎不可能被打擾到。居民們可能會聽到從遠處傳來的類似於打雷的隆隆聲。如果測試時的實際風況大大偏離預期,他們可能會聽到類似於當太空梭著陸時的音爆聲,這樣的聲音會挺嚇人,但是沒必要擔心。」

由於F-18的航道在太空海岸(Space Coast)東部的大西洋上空,一些位於肯尼迪中心北部屬於卡納維拉爾國家海灘(Canaveral National Seashore)的部分公共海灘可能會聽到比周圍區域更響亮的音爆。

「因為我們試圖最小化對更大範圍居民區的影響,在諸如普拉亞琳達(Playalinda)海灘玩耍的人們肯定會聽到類似於太空梭的轟鳴聲」,Haering說,「不過我再說一次,不用擔心。」

音爆之所以能夠被聽到,是因為飛機在大氣中以高於聲速的速度飛行時產生了激波。聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration,FAA)即FAA,現在禁止超聲速飛機在陸地上飛行,原因是先前飛過的超聲速飛機產生既刺耳又令人崩潰的音爆。

但是,NASA在超聲速飛行上的數十年研究已經為飛機實現了獨特的氣動設計以及技術上的進步,這些設計和進步能夠減弱音爆並使其音量顯著降低 。

NASA的F-18戰機在超音速科研飛行中製造多次音爆

NASA正在研究一架被稱作低音爆飛行演示的試驗機,簡稱LBFD,這種飛機能夠以超音速飛行,而不產生聲大擾民的音爆。NASA與洛克希德馬丁公司合作完成了LBFD的初級設計方案回顧,於2017年6月實現了一個重要的里程碑。

圖片來源:NASA/洛克希德馬丁

2016年2月,NASA與洛克希德馬丁簽訂了一個被稱作低音爆飛行試驗機 (Low-Boom Demonstration,LBFD)的安靜超聲速X-試驗機初步設計合同。這項工作最近完成了一個成功的初步設計審查,NASA很快將通過一個新的合同競爭啟動LBFD概念的下階段研發。

第二階段將會聚焦於飛機的細節設計和製造。一旦完成,目標將是在中國各地的居民區上方試飛X-試驗機以測試並演示低音量 音爆聲。這些飛行測試還會為FAA提供數據,以便為未來陸地上空超聲速飛行制定潛在的雜訊標準。

如果FAA建立基於音爆研究的新聲音標準可以被公眾接受,那麼要實現超聲速載客,大大節約商用航班飛行時間的商業飛行,也將會是近幾年的事情了。

「通過極大地縮減航行時間,超音速飛行為改進生活質量提供了潛力」NASA商業超聲技術(Commercial Supersonic Technology)項目經理彼得.科恩Peter Coen說。

在美國製造超聲速飛機為航天和空中交通工業的發展以及高質量工作崗位提供潛力,這些都將為我們國家(指美國)的經濟福利做出巨大貢獻。

「更近一點地說,NASA對安靜超聲速飛行技術的發展需要社會的支持、興趣和參與,以確保潛在的聲音在地面上是可接受的,」 科恩Coen說。

在佛羅里達的大氣湍流音爆飛行將標誌著NASA航空和航天行動的一次罕見融合機會,對於肯尼迪中心而言,則表現了它向21世紀多用途航天港的轉型。

「這說明了,作為NASA的成員,我們正在為同樣的事情而奮鬥,」大氣湍流音爆測試項目經理Brett Pauer說「我們很願意一起工作並在以後可能發生的任何NASA任務中互相幫助,不論是基於航天的任務——在這方面我們已經在我們的航空中心做了很多的工作,還是航天中心為我們的航空工作提供幫助。我想NASA的各個中心之間會有相當多的合作,它們甚至可能比我們想象的還要多。」

科恩補充說,「在我看來『同一個NASA』是對這種合作精神最好的詮釋,因為它讓團隊可以橫跨NASA進行溝通,同時也能獲取類似於大氣湍流音爆測試從肯尼迪航天中心那裡收到的幫助。」

編輯:Monroe Conner 譯者:凳凳 校核:暗黑步行者 審核:stereoX