绿色飞行的绿灯 ： NASA 对环境负责的航空的贡献

彼得 · 梅林 彼得 · 梅林 国会图书馆在出版物中编目数据Names:Merlin, Peter W., 1964 - 作者。 | 美国。国家航空航天局, 发行机构。Title:绿色飞行的绿灯 ： NASA 对环保航空的贡献 / Peter W. Merlin 。其他标题 ：NASA 对环境责任航空的贡献 | NASA 航空 - 航海丛书。Description:华盛顿特区 ： NASA，[2020] 系列 ： NASA 航空学丛书 包括书目参考和索引。NASA 的环境责任航空 （ ERA ） 项目始于 2009 年，旨在探索和记录先进车辆概念的可行性，收益和技术风险，以减少航空对环境的整体影响。其目标包括减少社区噪音足迹，燃料燃烧和氮氧化物排放。本书回顾了 ERA 项目 “- 由出版商提供 ” 研究的先进飞机设计概念，建造技术和推进技术。标识符:LCCN 2020004753 （ 打印 ） | LCCN 2020004754 （ 电子书 ） | ISBN 9781626830554 （ 精装本 ） | ISBN 9781626830561 （ 平装本 ） | ISBN 9781626830578 （ epub ）受试者:LCSH ： NASA 对环境负责的航空项目 （ 美国 ） | 航空 - 环境方面 - 美国。 | 绿色技术 - 美国。 | 航空 - 研究 - 美国。 | 飞机 - 美国 - 测试。分类:LCC TD195. A27. M47 2020 （ 打印 ） | LCC TD195. A27 （ 电子书 ） | DDC629.1300286 - dc23 | SUDOC NAS 1.120: EN 8LC 记录可在 https: / / lccn. loc. gov / 2020004753LC 电子书记录可在 https: / / lccn. loc. gov / 2020004754版权所有 © 2020 由国家航空航天局提供。本卷中表达的观点是作者的观点 ， 不一定反映美国政府或国家航空航天局的官方立场。封面上 ： 波音公司的亚音速超绿色飞机研究 （ SUGAR ） 伏特先进飞机概念 （ NASA ）本出版物可在以下网站免费下载美国国家航空航天局华盛顿特区 目录第 1 章 ： 诞生对环境负责的航空倡议 1第 2 章 ： ERA 先进车辆概念研究 41第 3 章追求抗损伤复合结构 63第 4 章 ： 自适应兼容的后缘调查 93第五章 ： 降低机体噪声 121第 6 章综合推进系统技术 145第七章 ERA 与波音 757ecoDemonstrator...............................................................................177后记 ： 一个时代的终结 ： 结论和经验教训 197附录 ： 对环境负责的航空技术概述 203首字母缩略词和缩写 245致谢 249精选参考书目 251关于作者 281索引 283iii 主动流量控制系统在国家全尺寸空气动力学综合体 （ NFAC ） 的全尺寸尾部进行了测试。 （ NASA ）iv 1CHAPTER 1对环境负责的诞生航空倡议一个多世纪以来，NASA 及其前身国家航空咨询委员会 （ NACA ） 一直在进行研究和技术开发，这直接有助于将航空运输确立为我们生活方式的基石。这些努力导致了整个研究领域的进步，从对飞行科学的基本理解到将概念转化为现实的实际工程成就。虽然自 20 世纪 50 年代末以来，商用客机的形状和速度没有显著变化，但性能的许多方面 — — 比如航程和燃油效率，以及包括噪音和排放在内的环境影响 — — 都有了巨大的改善。然而，到 21 世纪初，很明显需要更多的工作。对航空对环境的影响的敏感性和理解的提高以及低成本能源可用性的降低直接将焦点放在飞机效率和减少环境影响上。这一认识催生了 NASA 迄今为止最雄心勃勃的航空项目之一。NASA 研究人员认为，在本世纪第二季度，商业航空公司可以节省多达 2500 亿美元，这要归功于该机构和 NASA 环境责任航空 （ ERA ） 计划下的行业合作伙伴开创的所谓 “绿色 ” 航空技术。这项为期 6 年的工作于 2015 年结束，重点是开发技术，通过提高发动机效率和改善飞机整体设计，帮助飞机制造商减少燃料消耗、废气排放和飞机噪音。该机构启动了 ERA 项目，以探索，成熟和记录车辆概念的可行性，收益和技术风险，并启用最初在该机构的基础航空计划 （ FAP ） 中确定的机身和推进技术，特别是亚音速固定翼 （ SFW ） 项目。 2绿色飞行的绿灯为了减轻航空对环境的影响。 NASA 最终为该项目贡献了超过 4 亿美元 ， 该项目还从包括波音和普惠在内的行业合作伙伴那里获得了约 2.5 亿美元。ERA 项目始于 2009 年，是 NASA 航空研究任务局集成系统研究计划的一部分。当前一代的飞机已经受益于 NASA 过去几十年对航空研究的投资。1970 年代初和 1980 年代初，数字电传飞行控制，超临界翼型和小翼的发展提高了飞行安全性，可控性和燃油效率，但最重要的是，它们成为许多现代飞机的标准功能。一旦完全成熟，通过 ERA 项目开发的技术有望成为未来几代商业航空运输的标准特征。预测要求国家的航空运输系统在 2035 年之前进行重大扩张。除非引入新技术，否则空中业务增加对环境的不利影响可能会削弱下一代航空运输系统 （ NextGe ） 适应航空运输需求增长的能力。为了抵消这些影响，NASA 实施了 ERA 项目，以开拓可能足够成熟的技术，以在前 5 至 10 年内实现中期目标，以减少社区噪音足迹，燃料燃烧和氮氧化物 （ NOx ） 排放。研究人员还将尝试确定各种先进飞机配置的潜在优势，这些优势超出了自最早的商业航空运输以来一直是标准的常规管和翼设计。NASA 的科学家认为，如果成功，这种新技术和配置可以将航空公司的燃油消耗减少一半，将污染减少多达 75 ％，并将噪音污染降低到当前水平的近八分之一。1同时，美国联邦航空管理局 （ FAA ） 正在努力在 2012 年至 2025 年之间对国家空域系统进行重大改进。NextGe 的出现正在将美国的空中交通管制系统从陆基雷达网络转变为使用全球定位系统 （ GPS ） 卫星技术的网络，并用数字数据传输代替无线电通信。美国联邦航空局官员预计这种方法将缩短航线，节省时间和燃料，减少交通延误，增加机场。1.Pia Bergqvist ， “NASA 的 ERA 项目可以拯救航空公司数十亿美元 ” ， 飞行 ， 2016 年 1 月 13 日。在 https: / / www. flyingmag. com / nasas - era - project - could - save - airlines - billions / （ 2019 年 8 月 21 日访问 ） 。 诞生对环境负责的航空倡议3容量 ， 并允许管制员以更大的安全裕度监控和管理飞机。2项目目标和相关性出于计划目的，ERA 项目经理定义了第一代技术 （ i 。Procedres.大约在 2015 年) 为 N + 1，第二代 (即大约在 2020 年) 为 N + 2，第三代 (目标日期约为 2035 年) 为 N + 3 。研究人员面临的挑战是要成熟各种有前途的新技术，并研究车辆概念，这些概念可能同时满足 NASA 亚音速运输系统水平在 N + 2 时间框架内的噪声，排放和燃料燃烧指标。为此，ERA 项目要求研究人员专注于四个研究领域的技术。其中包括用于减少阻力的创新空气动力学流量控制概念，用于减少飞机结构重量的复合材料改进，用于提高燃油效率和降低噪音的先进超高旁路 （ UHB ） 发动机设计以及用于减少 NOx 排放的先进燃烧器设计。到 2020 年，机身和推进技术已经足够成熟，可以在 2025 年投入使用。航空研究任务局 （ ARMD ） 专注于长期，前沿的研究，以扩大航空知识的界限，为广大航空界的利益直接支持 NASA 的使命，以开拓科学发现，航空研究和太空探索。当时，原子能机构的航空航天研究和技术活动都集中在轻型集成结构和环保高性能推进系统上。此外，诸如空中交通量的持续增长，空中运输对全球经济的重要作用以及对航空的整体环境影响的担忧等因素增加了乔治 · W · 总统制定的国家航空研究与发展政策的重点。2006 年布什为了在该政策的背景下解决这些问题，NASA 为减少噪音，排放和能源消耗设定了积极的目标。这些目标最初是在 SFW 项目下制定的，与 ERA 项目共同更新，以符合国家航空研究与发展计划的目标，该计划也在 2007 年得到布什总统的批准。因此，ERA 项目研究将对以下方面产生深远的影响。2.美国众议院关于科学 ， 空间和技术的通讯 ， 第 112 丛书。 （ 2011 年 ） （ Peter H. Appel 的声明 ， 研究和创新技术管理 ，美国运输部 ） 。 https: / / www. hq. nasa. gov / legislative / hearings / 2011 ％ 20hearings / 9 - 8 - 11 _ APPEL. pdf （ 2019 年 8 月 21 日访问 ） 。 4绿色飞行的绿灯ERA 目标、目标和系统级指标ERA 目标N + 1 = 2015 * *相对于单个通道参考配置的技术优势N + 2 = 2020 * *相对于大型双通道参考配置的技术优势N + 3 = 2025 * *技术优势第 4 阶段以下噪音- 32 dB- 42 dB- 71 dBLTO NOx 排放低于 CAEP 6–60%–75%优于 - 75%性能 ： 飞机燃油燃烧–33%–50%优于 - 70%性能 ： 字段长度–33%–50%利用 metro - plex * 概念* * 关键技术的技术准备水平 = 4 - 6 。 ERA 采用了时间分阶段的方法 ， 到 2015 年 TRL 6 用于 “长极 ” 技术* 概念 ， 使在大都市区域内的多个机场的跑道的最佳使用ERA 项目的目标主要集中在成熟的技术上 ， 这些技术可以在 2020 年之前投入使用。民用和军用航空 ， 重点是能源效率、国家安全、航空安全和增强机动性。3ERA 项目及其合作伙伴，包括空军研究实验室和 FAA，商用飞机工业和学术界，共同致力于减少航空对环境的影响。这在很大程度上是由于军事和民用运输能力要求的相似性，为利用和在可能的情况下分摊费用的技术开发提供了重要机会。事实上，国防部 （ DOD ），FAA 以及机身和发动机公司已经在积极追求节能，环保的技术。例如，FAA 持续降低能源排放和噪声 （ CLEEN ） 计划侧重于集成技术演示，以促进 N + 1 技术过渡到商业航空机队。国防部将能源效率确定为实现有效移动的近期战略举措。3.Fayette Collier 和 Gaudy Bezos - O 'Connor ， “技术开发项目计划 ： 对环境负责的航空项目 ” ， ERA - 01 - 0001 ， B ， NASA 航空研究任务局 ， 2013 年 9 月 30 日 ， 9 - 14 。 5诞生对环境负责的航空倡议尽管行业通常会像 ERA 项目一样着眼于近期 ， 中期和远期 ， 但重点通常是针对生产和销售下一代飞机。 ERA 项目的重点提供了一种技术 ， 远远超出了下一代车辆系统。4技术挑战管理在制定过程中，规划者围绕四个主要子项目组织和管理了 ERA 第一阶段港口 - 作品集。机身技术子项目专注于研究轻质结构，飞行动力学和控制，减阻和降噪。推进技术子项目包括研究改进喷气发动机燃烧器，推进器概念和气体发生器核心 （ 包含压缩机，燃烧器和涡轮机的发动机部分 ） 。车辆系统集成 （ VSI ） 子项目专注于研究系统分析，机身 - 推进集成，推进器 - 机身气动声学和先进的车辆概念。第四个子项目涉及 ERA 项目的总