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超音速巡航技术。
美国国家航空航天局及其前身国家航空咨询委员会 (NACA) 自 1920 年以来一直致力于开发超音速巡航飞行所需的技术。前期工作主要集中在开发基本的测试设施和方法，以便研究超音速问题。与此同时，还开展了研究，以确定超音速飞行的飞机和推进概念。这些早期研究促进了美国空军/海军/贝尔 XS-1 联合飞机的开发，该飞机于 1947 年由空军上尉查尔斯·E·“查克”·耶格尔驾驶，成功完成了首次超音速飞行。1956 年至 1971 年间，美国空军超音速 B-70 和商用超音速运输概念得到了强有力的研究支持。由于技术和政治问题，这两个项目均未生产出飞机，NASA 被赋予了为可行的超音速巡航飞机建立技术基础的责任。后一项努力被称为 NASA 超音速巡航研究 (SCR) 计划，于 1971 年至 1981 年间进行。NASA 可变循环发动机 (VCE) 计划是 SCR 的一个推进分支，于 1976 年至 1981 年间进行。SCR 计划对于 NASA 涉及内部和承包商参与的计划来说有些不寻常。几家制造商提供了公司人力和资金来增强 NASA
XB-1 超音速试飞
摘要 本环境评估 (EA) 已准备好满足 NEPA 的 14 CFR § 91.817-818 要求（超音速运行授权）。该文件符合联邦航空管理局 (FAA) 命令 1050.1F 环境影响：政策和程序及其随附的参考资料以及美国运输部命令 5610.1C 环境影响考虑程序。本 EA 解决了在现有超音速走廊内拟议的超音速运营对环境的潜在影响，以及在莫哈韦航空航天港进行的相关着陆和起飞 (LTO) 运营的潜在影响。本 EA 中评估的拟议超音速飞行操作将包括一年内进行的有限次数的试飞（XB-1 及其追逐飞机的 10-20 次超音速测试）。拟议行动不会导致该地区已经发生的超音速飞行操作数量发生永久性变化。目的和需求 该项目的目的是进行 XB-1 实验飞机的陆上超音速飞行测试，以降低未来开发超音速客机 Overture 的风险。进行测试的必要性在于确保新技术飞机的安全开发。XB-1 演示飞机将测试设计特性和操作、开发技术并验证有助于降低与最终飞机设计相关的后期风险的工具。此次测试将使该公司的全尺寸超音速客机 Overture 能够开发出安全、适航的设计。超音速测试 XB-1 的重点是提供信息并确保安全。XB-1 将用作飞行数据收集器；飞机上集成了一个大型数据采集系统。所有数据都将由飞行测试工程师审查，并用于改进和验证工程计算和程序流程。拟议行动 作为一架实验飞机，XB-1 将完成其往返于加利福尼亚州莫哈韦的莫哈韦航空航天港的整个测试计划。拟议的超音速运行将在黑山超音速走廊和高空超音速走廊的部分地区进行。XB-1 是一架三引擎 (GE J85 -15) 飞机。XB-1 飞行测试计划将包括实验飞机的亚音速和超音速飞行。在所有飞行测试操作中，包括超音速飞行，一架追逐飞机将陪同 XB-1。Boom 计划仅在 30,000 英尺平均海平面 (MSL) 以上以超音速飞行所有飞机进行这些飞行测试。根据低速飞行测试数据决定的飞行测试空速增量，测试计划的超音速部分预计将包括大约 10 - 20 次超音速测试，每次超音速测试最多包括 2 次
超音速研究设施和机会...
航空系 (DFAN) 自 1955 年美国空军学院 (USAFA) 成立以来就一直存在，自 1967 年起提供认可的航空工程学位。DFAN 始终致力于 USAFA 独特而主要的使命宣言：教育、培训和激励男女军官成为有品格的军官，有志于领导美国空军为国家服务。1 学员（军官候选人）将通过 ABET 认可的课程、密集的领导力实验室环境、全面的同伴驱动的品格发展计划和艰苦的体能训练来挑战和拓展他们的知识和智力。他们接触到世界一流军事空中和太空部队的方方面面。许多人在他们的学员生涯中第一次在各种训练项目中体验到飞行的自由和纪律。毕业生离开 USAFA 时将获得理学学士学位和少尉军衔。他们加入了致力于领导飞行员的“长蓝线”军官队伍。他们以武器系统操作员、技术专家、专家或研究生的身份继续接受教育和服务。虽然军官的发展通过综合军事训练计划得到重视，包括领导力发展、身体素质、运动竞赛和飞行训练，但学员发展的核心是一套由 102 个学术课程组成的强大核心课程
亚尺度超音速飞行器的设计和测试...
委员会成员批准了 Joji Matsumoto Frank K. Lu 的硕士论文 ___________________________________________
超音速的计算和实验研究...
本研究涉及光束-目标相互作用模拟的开发和验证，以确定给定目标几何形状、表面辐射强度和自由流条件的目标温度分布随时间的变化。通过数值和实验研究了湍流超音速流动的影响。实验在弗吉尼亚理工大学超音速风洞中进行，喷嘴速度为 4 马赫，环境总温度，总压力为 1。1 × 10 6 Pa，雷诺数为 5 × 10 7 / m。目标由涂成平黑色的 6.35 毫米不锈钢板组成。用 300 瓦连续光束镱光纤激光器照射目标，产生 4 毫米高斯光束，光束直径为 1.08 微米，距前缘 10 厘米，其中存在 4 毫米湍流边界层。吸收的激光功率为 65、81、101、120 瓦，最大热通量在 1035 至 1910 W/cm2 之间。使用中波红外摄像机测量目标表面和背面温度。还使用八个 K 型热电偶测量背面温度。进行了两次测试，一次是流动，另一次是流动。对于流动情况，隧道启动后开启激光器，流动达到稳定状态。对于流出情况，板以相同功率加热，但没有超音速流动。通过从流出温度中减去流动温度可以看到冷却效果。此温度减法有助于消除偏差误差，从而显着降低整体不确定性。使用 GASP 共轭传热算法模拟 81 和 65 瓦的实验。大多数计算都是使用 Spalart-Allmaras 湍流模型在 280、320 单元网格上进行的。进行了网格收敛研究。与 65 瓦的情况相比，81 瓦的情况显示出更多的不对称性，并且在上游发现了一个冷却增加的区域。通过热电偶和红外温度测量也可以看到背面的不对称性增加。对于流出的情况，计算低估了表面温度 7%。对于 65 瓦和 81 瓦的情况，靠近中心的表面冷却都被低估了。对于所有功率设置，对流冷却都会显著增加达到给定温度所需的时间。
超音速技术概念飞机...
国际民用航空组织正在考虑为未来的超音速民用飞机制定新的环境标准。NASA 通过分析几种设想中的近期超音速运输机来支持这项工作。NASA 对这些运输机的性能、噪音和废气排放预测正被用于一项更大规模的研究，该研究将确定从本世纪开始向机队增加超音速飞机对全球环境和经济的影响。本文重点介绍了最大起飞总重量为 55 吨的超音速公务机。还讨论了重量为 45 吨的小型公务机。这两架飞机都使用源自通用当代商用亚音速涡扇核心的超音速发动机。使用 NASA 工具预测飞机性能、机场附近噪音和废气排放。还研究了这些飞机在商业空域的一些预期行为和要求。介绍了噪声对系统不确定性的敏感性，并讨论了替代发动机研究。
超音速飞行中复合板的气动弹性不稳定性...
研究超声速气流作用下复合材料层合板的气动弹性失稳问题，通过求解气动弹性特性的广义特征值问题进行分析。通常通过计算不同来流速度下层合结构的固有频率，得到层合板在气流作用下的临界失稳速度，这是由于层合结构刚度减小，导致结构失稳。应根据复合材料壁板所处的力学环境合理设计结构参数，避免在气流作用下出现结构失稳问题。活塞理论最初由Lighthill在Hayes对Tsien高超声速相似理论的扩展基础上发展起来。在壁板颤振研究中，为了更好地模拟实际的气动变化过程，许多研究者提出了各种气动计算模型，但这些气动模型的不足之处在于考虑了较为复杂的边界条件，因此方程的求解过程相当复杂。在结构力学的框架下，利用二维模型，利用活塞理论推导了能够预报超声速范围内先进结构壁板颤振的精细气动弹性模型。活塞理论被广泛应用于许多气动模型，它提供了体表某点处表面下洗流与气动压力之间的准定常点函数关系。这使得活塞理论成为一种计算成本低廉的空气动力学模型。在本论文中，CUF工具的高效性允许推导任意阶模型，Carrera统一公式允许使用紧凑统一的公式推导任何模型。强形式解和提出的CUF模型的有限元近似。本文推导了二维模型的FEM特征矩阵，基本核允许使用自动程序推导矩阵。有限元法（FEM）由于其多功能性和数值效率而仍然值得关注。已经解决了力学的各种问题，包括静态，自由振动和动态响应问题。通过求解气动弹性特性的广义特征值问题对其进行分析，并考虑了许多参数来研究它们对颤振边界的影响。关键词：有限元方法、活塞理论、气动弹性不稳定性、气动弹性、Carrera 统一公式、超音速、复合层压板。
超音速风洞的设计和鉴定...
在外部和内部空气动力学中，预测和控制边界层内的湍流发生都至关重要。1,2 数值研究在这两个领域都得到了卓有成效的应用，但实验是必不可少的，特别是当马赫数增加时。3,4 自然边界层转捩实验需要一种对转捩过程干扰尽可能小的设备。例如，在超音速马赫数下，设备不得产生强烈的压力波动，即它们的 RMS 应小于 p ∞ 的 1% 左右，5 且速度波动应受到限制。6 如果不是这样，p ′ 和 u ′ 对转捩过程的影响将阻碍将实验结果外推到实际飞行条件。 7 已经证明 7 超音速风洞试验段内压力波动的主要原因是试验段壁上的湍流边界层，它会将压力扰动辐射到测试物体上。因此，进行有意义的过渡实验的解决方案是保持这些壁上的边界层层流。也就是说，要有一个所谓的“安静的超音速风洞”。要达到这种安静程度，必须实现多个功能，通常需要进行调整、修正或改进和修改，然后才能明显发挥作用。8,9 另一方面，对于诱导边界层过渡实验，安静要求不那么严格
超音速运输机的潜在军事作用
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超音速中的质量、动量和能量传递...
气溶胶沉积 (AD) 可通过气流中的粒子沉积形成致密涂层；在 AD 中，气溶胶通过收敛-发散喷嘴，以超音速粒子速度促进惯性粒子撞击所需基材。与热喷涂方法不同，AD 可以在接近室温下应用；与冷喷涂不同，在 AD 中，气溶胶通常在喷嘴上游处于大气压下。尽管之前已成功演示了 AD，但与 AD 系统中粒子运动相关的许多方面仍不太清楚。在这项工作中，我们模拟了具有平面基材的狭缝型收敛-发散喷嘴的典型 AD 工作条件下的可压缩流场分布和粒子轨迹。在检查流体流动分布时，我们发现速度和压力分布以及冲击结构对喷嘴的上游和下游工作压力很敏感。这些最终会影响粒子撞击速度。重要的是，在 AD 中，粒子阻力状态是动态的；粒子克努森数和马赫数都可以相差几个数量级。为了辅助粒子轨迹模拟，我们训练了一个神经网络，根据现有实验数据、理论极限和新的直接模拟蒙特卡罗 (DMSC) 结果预测粒子上的阻力。基于神经网络的阻力定律取决于马赫数和克努森数，与 DSMC 模拟数据相比，其一致性比预先存在的相关性更好。借助该定律，粒子轨迹模拟结果表明，对于给定的粒子密度，存在一个最佳粒子直径，以最大化粒子撞击速度。我们还发现，在 AD 中，粒子会经历与尺寸相关的惯性聚焦，即存在一个特定的粒子直径，其中粒子沉积线宽最小。小于此直径的粒子聚焦不足，大于此直径的粒子聚焦过度，因此在两种情况下都有较大的沉积线宽。使用轨迹模拟，我们还开发了一个框架，可用于评估喷嘴上游任何气溶胶尺寸分布函数的位置相关质量、动量和动能通量到沉积基质的通量。结果表明，对于实验室可达到的典型气溶胶浓度，动能通量可以接近在具有相变的对流传热中通常观察到的量级，因此 AD 中的平动能到热能的传递可能是形成致密涂层的关键因素。关键词：气溶胶沉积；收敛-发散喷嘴，惯性聚焦；惯性撞击；直接模拟蒙特卡罗