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
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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
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第 3 阶段 - 社区响应测试准备 2020-24,执行 2024-26 • 飞机运营和支持、部署 • 地面测量能力 • 地勤人员操作 • 噪声暴露设计 • 社区响应调查 • 数据分析和数据库交付
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
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。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分源于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限值。
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