阿波罗航空 ： NASA 的飞机能源效率计划 ， 1973 - 1987

THE“APOLLO”OF航空 国家航空航天局版权所有 © 2010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。 THE“APOLLO”OF航空NASA 的飞机能源效率Program1973–1987马克 · D · 鲍尔斯国家航空航天局总部300 E St SW华盛顿特区 205462010SP - 2009 - 574 关于封面 ：封面 ： 经过一天的飞行测试后 ， NASA 兰利研究中心的波音 737 测试飞机在奥兰多国际机场的坡道上。 （ NASA 兰利研究中心 [NASA LaRC] 。 ） Janine Wise 的封面设计。国会图书馆出版物编目数据鲍尔斯 ， 马克 · D 。航空学的 “阿波罗 ” ： NASA 的飞机能源效率计划 ， 1973 - 1987 / Mark D. Bowles 。p. cm.包括书目参考和索引。1. 飞机能源效率计划 （ 美国 ） - 历史。 2. 飞机 - 燃料消耗 -- 研究 - 美国 - 历史 - 20 世纪。 3. 空气动力学 - 研究 - 美国 - 历史 - 20 世纪。 4. 喷气发动机 - 研究 - 美国 - 历史 - 20 世纪。一、标题。TL704.7. B634 2009 629.134 '35 -- dc222009046465 南希 ， 伊莎贝尔 ， 艾玛和莎拉 目录Introduction.......................................................................................IX石油作为武器...............................................................................1兰利的螺纹和帆.........................................................................27刘易斯的旧引擎和新引擎...........................................................61NASA 的航空战争......................................................................91先进的涡轮螺旋桨和层流.........................................................113从震惊到恍惚...........................................................................1关于作者...................................................................................155索引..........................................................................................157vii 9IIntroduction1975 年秋天 ， 来自航空和空间科学委员会的 10 位杰出的美国参议员召集了一个小组到华盛顿特区的精英航空专家。参议员们正在就美国航空业的状况举行听证会，该行业在 1973 年阿拉伯石油禁运和燃料成本的草案性上涨之后陷入困境。提供证词的是联合航空，波音，普惠和通用电气的总裁或副总裁。其他证人包括美国国家航空航天局 （ NASA ） 的高级官员，美国S.空军和美国航空航天学会。他们在国会山的证词描绘了一幅黯淡的经济图景，用 “眼前的危机状况 ” ，“ 长期的麻烦 ”，“严重的危险 ” 和“ 经济混乱 ” 来描述。“1 燃料成本最近从上升。每桶石油 2.59 美元至 11.65 美元，每加仑汽油从 38.5 美分至 55.1 美分。虽然每个人都知道填充自己的汽车的成本不断增加，但对商业航空的影响却造成了更大的损失。1974 年 1 月，航空业解雇了 25, 000 多名员工。当时是美国最大的商业航空公司的泛美航空暂停了对 12 个城市的服务。 2 联合航空总裁总结说 ： “该行业的经济活力正在枯竭。“3.石油正在推动美国的工业和军事力量 ， 而世界上大多数的储备都不在美国的土地下。 1970 年代的燃料危机不仅威胁到航空业 ， 而且还威胁到1. 1975 年 11 月 4 日 ， 参议院航空和空间科学委员会的各种参与者的声明 ， 第 179 号信箱 ， 8000 部 ， NASA Glenn 档案。2. “由于燃料危机 ， 航空公司将在 1 月之前关闭 25, 000 ； 泛美寻求削减 ， ”《华尔街日报》 ， 1973 年 12 月 11 日 ， 第 12 页。3. Charles F. McErlean 向参议院航空和空间科学委员会发表的声明 ， 1975 年 11 月 4 日 ， 邮箱 179 ， 8000 部门 ， NASA Glenn 档案。 10THE“APOLLO”航空美国繁荣本身的未来，这种情况造成了所有美国人的恐慌和紧迫感，从国会山的政客到在更长的天然气管线中等待更昂贵燃料的普通公民。但是，这场危机也是 NASA 的一群科学家和工程师的技术创造力和创新的起源，他们发起了探索新的节油技术的规划工作。出现的是一系列技术大胆的航空计划，有可能将国家商用和军用飞机的燃料使用量减少惊人的 50 ％ 。尽管这项努力是一项耗资 10 年，价值 5 亿美元的研发 （ R ＆ D ） 计划，但参与其中的美国参议员宣称他们不能 “让这项技术休耕 ” 。“4 飞机能源效率 （ ACEE ） 项目诞生了。1970 年代的能源危机标志着美国在许多方面的转折点，其中之一是它从根本上改变了 NASA 航空研究的重点。自 1915 年成立以来 （ 作为国家航空咨询委员会 ），并通过其在 1958 年转变为 NASA，该组织的航空重点一直是如何研究和制造可以飞得更高的飞机 ，5 “更高，更快，更远 ” 都是可见的飞行目标，非常适合设置记录并突破工程和驾驶技能的界限。 6 根据一位航空工程师的说法 ，“ 飞得更高，更快，更远的梦想驱使我们最优秀的工程和科学人才实现了许多人认为不可能实现的目标。“7.4.“飞机燃油效率计划 ” ， 美国参议院航空和空间科学委员会的报告 ， 1976 年 2 月 17 日。5. L.W.Reithmaier, Mach 1 ad beyod: The Illstrated Gide to High - Speed Flight (New Yor: TAB Boos, 1995), p.189.杰弗里 L.Ethell，“航空中的燃油经济性 ” （ 华盛顿特区 ： NASA SP - 462，1983 年 ），第 1 页。1.斯蒂芬 · L麦克法兰，“更高，更快，更远 ： 推动航空革命，1919 - 45 ”，创新和飞行的发展，罗杰 · D 。Lais Ed.（ 德克萨斯州 ： 德克萨斯农工大学出版社，1999 年 ），pp 。100 - 131.6.在 1960 年代和 1970 年代的速度以及机翼 ， 复合结构和机载计算机的进步之后 ， “飞行记录更高 ， 更快 ， 更远的时代已经结束 ” 。 Donald M. Pattilo ， 推动信封 ： 美国飞机工业 （ 密歇根大学出版社 ， 1998 年 ） ， 第 267 页。7. Brian H. Rowe 与 Martin Ducheny ， “飞行的力量 ： 工程师的一生 ” （ 弗吉尼亚州雷斯顿 ： 美国航空航天研究所 ， 2005 年 ） ， 第 v. Introduction11第一个 SST 时代的结束 （ 1973 年 7 月 1 日 ） 。超音速运输 （ SST ） 可变扫描版本的模型 ， 机翼处于低速位置 ， 在全尺寸风洞测试之前安装。 （ NASA Langley 研究中心 [NASA LaRC] 。 ）这些目标一旦实现，就可以由公众庆祝，由工业发展，并纳入军事和商业航空事业。在大约 75 年的航空史上，牺牲其中一些能力来支持燃油经济性是不可想象的，也是不必要的。燃油经济性没有启发年轻的工程师梦想不可能的梦想，因为燃料太丰富和便宜，成为飞机设计的一个因素。兰利工程师约瑟夫 · 钱伯斯所说的 “对速度的需求 ” 的一个例子是努力制造一种可行的超音速民用飞机。商务和休闲旅客希望快速舒适地到达目的地。他们乘坐的飞机的燃油效率很少进入他们的脑海。因此，当超音速喷射技术在 20 世纪 50 年代出现在军事应用中时，商业航空运输系统的管理人员梦想着为商业旅行者提供类似的模式 ： 超音速运输 （ SST ） 。然而，这些早期和匆忙的尝试导致了失败的程序。钱伯斯说这是 “命运多空 ” 。 THE“APOLLO”航空12美国国内为 SST 所做的国家努力 “， 该努力于 1971.8 年终止1973 年的石油禁运突然为航空议程增加了新的重点，并导致美国重新考虑其航空优先事项。“更高，更快，更远 ” 的口头禅开始退居新的不那么迷人但更重要的目标，例如保护和效率。到 1976 年，ACEE 获得了全部资金。研究立即开始，它成为对国家在天空中的危机的主要反应。ACEE 由六个航空项目组成，分为两个 NASA 中心。其中三个项目集中在推进系统上，NASA 将其管理分配给俄亥俄州克利夫兰的刘易斯研究中心 （ 现为格伦研究中心 ） 。其中包括发动机部件改进项目，将增量和短期更改纳入现有发动机，使其更高效。节能发动机 （ E.3） 项目更加大胆 ； 刘易斯工程师致力于开发一种全新的发动机，该发动机比现有的涡轮动力喷气发动机具有显着的燃油经济性。刘易斯所有项目中最激进的是开创性的先进涡轮螺旋桨项目 （ ATP ），试图用更高效的螺旋桨代替涡轮喷气发动机。尽管高级涡轮螺旋桨飞机的飞行速度不及其喷气式飞机的飞行速度或速度，但它可以大大提高燃油效率。这是刘易斯最危险的计划，在燃油效率方面也是最重要的。它代表了老式和尖端技术的奇怪融合。NASA 将其他三个 ACEE 项目分配给兰利研究位于弗吉尼亚州汉普顿的中心。首先是节能运输，这是一个空气动力学和主动控制项目，其中包括各种减少阻力和提高飞行效率的举措。第二个项目是复合材料主飞机结构，它使用新材料 （ 如玻璃纤维增强塑料和石墨 ） 代替金属和铝部件。这大大减轻了飞机的重量。8. Joseph R. Chambers ， 《飞行中的创新 ： NASA 兰利航空革命先进概念研究中心的研究》 （ 华盛顿特区 ： NASA 历史部 ， 2005 年 ） ， 第 6 页。 Erik Conway in 巧妙地讲述了这个故事。康威 ， 《高速梦想 ： NASA 和超音速运输的技术政治》 ， 1945 - 1999 年 （ 巴尔的摩 ： 约翰霍普金斯大学出版社 ， 2005 年 ） 。 Introduction13并提高了燃油效率。第三个项目 Laminar 流量控制也承诺减少阻力 ， 这是兰利三个项目中最具挑战性的项目。 NASA 接受了这种风险 ， 就像先进的涡轮螺旋桨一样 ， 因为如果实现了 Laminar 流量控制 ， 则代表了任何 ACEE 计划中最重要的潜在燃油节省。NASA 进行了两种不同类型的研发计划。第一个是 “基础 ” 或“ 基础 ” 研究，其中工程师概念化，开发和测试了最初的想法，这些想法后来可能导致成功的商业或军事技术。一旦这些基础计划达到一定的成熟度和技术成功水平，它们就为下一个研发阶段做好了准备。这第二个，或 “重点 ”，研发计划典型地需要分配大量的资金，以创建一个全面的演示。ACEE 是 “聚焦 ” 计划的一个例子，该计划利用了现有“ 基础 ” 计划 （ 例如层流控制，小翼和超临界机翼 ）