1. 加州理工学院喷气推进实验室 简介: Gregory Allen 是加州理工学院喷气推进实验室的高级辐射效应工程师。 过去 20 年,他一直从事辐射效应领域的工作,专注于单粒子效应和技术融合。 Greg 是喷气推进实验室空间辐射中心的联合负责人,也是辐射效应组的组长。 摘要: 2021 年 4 月 19 日,在火星的耶泽罗陨石坑,Ingenuity 旋翼机在另一颗星球上进行了首次动力飞行,标志着行星际探索的一个里程碑。 它被设计为 NASA 火星 2020 任务的技术演示器和次要有效载荷,主要目的是证明在极稀薄的火星大气中实现动力飞行是可能的。 它并非用于运输,而是为了测试在火星上进行空中探索的概念。然而,火星机智号的成功展示了在火星上进行空中探索的潜力,为未来使用直升机和无人机在其他星球上进行科学探索、测绘和侦察的任务铺平了道路。我们庆祝机智号的成功,探索它实现这一目标的途径,并展望火星自主飞行的未来。
《航空发动机设计》第二版的出版恰逢其时,因为它出版于 1903 年莱特兄弟首次动力飞行 100 周年前夕,这为我们进一步开发和创新航空推进系统铺平了道路。这条道路导致了喷气发动机的发明,并使航空旅行成为标准交通工具成为可能。这本新书的三位作者 Jack Mattingly 博士、William Heiser 博士和 David Pratt 博士编写了一本出色的教科书,不仅可以用作教学辅助工具,还可以作为执业推进工程师的设计信息来源。他们在学术机构教授该主题以及在美国空军实验室和航空航天制造公司进行研发方面都拥有丰富的经验。他们在完善和扩展原版方面的共同才能,产生了教育系列中最好的教学文本之一。
动力飞行曾经是动物独有的能力,但通过识别动物飞行的有用属性并在此基础上进行技术进步,工程师们已经将飞行的前沿推向了我们前辈最疯狂的想象之外。然而,生物飞行仍有许多关键特征尚未被当前的飞机设计所掌握,这促使我们仔细重新分析我们已经从动物身上学到的东西,以及这些知识是如何通过实验揭示出来的,并特别关注识别未知的东西。在这里,我们回顾文献,以确定始于生物学并已转化为航空设备或能力的关键贡献。我们确定了未来研究的核心领域,并强调了在生物学家和工程师之间保持开放的双向沟通渠道的重要性。这种跨学科、生物信息分析继续推动航空学和实验生物学的前沿发展。
国家空域系统简史 在动力飞行问世约二十年后,航空业领导人认为,如果联邦政府不采取行动改善和维护安全标准,飞机将无法充分发挥其商业潜力。针对他们的担忧,美国国会于 1926 年 5 月 20 日通过了《航空商务法》,标志着政府开始介入民航监管。该法案责成商务部长促进航空商务,颁布和执行空中交通规则,为飞行员颁发执照,认证飞机,建立航线,以及操作和维护空中导航辅助设备。随着商业飞行的增加,商务部下属的航空商务局鼓励一些航空公司在航线上建立首批三个空中交通管制 (ATC) 中心。1936 年,该局接管了这些中心并开始扩展空中交通管制系统。[图 1-2] 先驱空中交通管制员使用地图、黑板和心算来确保沿城市间指定路线飞行的飞机安全分离。
这是《数量级》的第三版,简明扼要地介绍了美国国家航空咨询委员会 (NACA) 及其继任机构美国国家航空航天局 (NASA) 的历史。在航天飞机重返太空、重振美国自豪感的时代,这一版让我们回想起我们第一次离开地球表面的情景,并纪念 NACA 成立 75 周年——这是我们第一个推动人类动力飞行发展的国家机构。在不到半个世纪的时间里,美国从大西洋沿岸基蒂霍克的沙丘发展到广阔的“新海洋”——太空。这种航行所需的技术变革速度如此之快,尤其是在过去的四分之一世纪里,以至于我们很容易忘记航空研究和开发——无论是在推进、结构、材料还是控制系统方面——为高效可靠的民用和军用飞行能力提供了根本基础。因此,美国国家航空航天局 (NASA) 的《数量级》这一版本不仅更新了历史记录,而且使航空学在该机构的历史和人类最迷人和最持续的航行中恢复了应有的地位,这是非常恰当的。
所有类型航空的进步都依赖于为飞行员提供足够的信息,使他或她能够安全控制飞机并将其导航到目的地。自 1903 年起,速度、航程、高度和多功能性的每一次进步都必须有相应的仪器,以使机组人员能够最大限度地发挥飞机的潜力。一开始,即 1903 年的莱特“飞行者”,仪器很简陋,仅包括一个测量空速的风速计、一个秒表和一个发动机转速计数器。也许系在飞行员前方鸭翼结构上的一根绳子也可以归类为一种仪器,用于指示飞机相对于气流的姿态。有限的仪器是重于空气的动力飞行第一个十年的飞机的一个特点。然而,战时飞行的需求加速了仪器的发展,1918 年,典型的驾驶舱将配备空速指示器、高度计、倾角计、燃油压力表、油压指示器、转速指示器、指南针和时钟。直到 20 世纪 20 年代末,才有仪器可供飞行员在云层中飞行或地平线模糊时保持姿态和航向。在 20 世纪 30 年代和 40 年代,“盲飞”仪器取得了长足的进步。20 世纪 50 年代出现了“指挥仪”式姿态指示器,60 年代出现了越来越多的机电仪器。到 1970 年,固体 -
摘要。已经进行了一项系统研究,以调查使用现有的探空火箭技术、方法和实践来降低将小型轻型卫星送入低地球轨道的成本。利用此类技术节省的成本主要是由于助推器设计和操作的简化。将一颗 150 公斤的卫星发射到 200 海里的太阳同步轨道被选为目标要求。为桑迪亚国家实验室的 Strypi 级亚轨道探空火箭开发的设计和操作实践已应用于具有足够助推性能的车辆配置,以满足这一目标。“Super-Strypi”旋转助推器系统是轨道发射的,在大气层中飞行时会沿非制导、翼稳定弹道飞行。大气层外上级使用旋转稳定来在燃烧期间保持恒定的推力方向,从而消除了动力飞行期间主动推力矢量控制系统的复杂性。上级点火的“故障安全”指令启用理念消除了指令破坏飞行终止系统的需要。假设每年至少发射两次,预计本研究中提出的概念每次发射的经常性成本约为 500 万美元。
自从动力飞行问世以来,航空技术不断改进,使空中旅行速度更快、更可靠、更安全。在机械工程取得突飞猛进的同时,人们越来越了解人类的生理和心理局限性,以及如何通过飞机设计和飞行员培训来最好地缓解这些局限性。作为飞行员的主要信息来源,人类视觉系统必然推动了驾驶舱技术的大部分发展。与过去复杂的基于仪表的系统相比,当今现代客机的电子飞行显示器证明了人因工程的进步。飞行仪表的下一步,虽然已经在军事上使用了大约 50 年,但在民用运输机中才刚刚开始出现。平视显示器 (HUD) 允许飞行员在观察外部世界的同时看到关键的飞行仪表。HUD 消除了飞行员低头看飞行仪表的需要,从而提高了态势感知能力和飞机控制的精确度。虽然平视显示器是一项值得欢迎的进展,与许多人机技术界面一样,HUD 带来的好处并非没有潜在的缺点。本报告分为两部分。第一部分全面介绍了 HUD 系统开发和运行的关键领域。具体来说,这包括