NASA 对航空学的贡献 ， 第 2 卷

NASA 对 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。 NASA 对第二卷飞行环境操作飞行测试和研究理查德 · P · 哈里森博士 ， 编辑国家航空航天局总部300 E St SW华盛顿特区 205462010NASA / SP - 2010 - 570 - Vol 2 国会图书馆在出版物中编目数据NASA 对航空学的贡献 ： 空气动力学 ， 结构 ， 推进和控制 / Richard P. Hallion ， 编辑。v. cm.包括书目参考和索引。 “NASA / SP - 2010 - 570 ” 。1. 美国。美国国家航空航天局 - 历史。 2. 航空研究 - 美国 - 历史。 I. Hallion ， Richard 。TL521.312. N3825 2010 629.130973 -- dc222009044645 Contents前言驱除风神 ： 湍流 ， 阵风和风的剪切克里斯汀斯塔尔应对闪电 ： 对飞行的致命威胁巴雷特 · 蒂尔曼和约翰 · L · 蒂尔曼在拥挤的天空中寻求安全amesBanke122人为因素研究 ： 与飞机啮合的飞行员史蒂文 A · 鲁芬 ·动态缩放自由飞行模型测试Joseph RNASA 和风洞的演变eemyKnney现代复合材料飞机的发展SephenTmbeNACA - NASA 对通用航空的贡献Weneth D - Painter - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -远程驾驶研究车辆的演变彼得 · W · 梅林CASECASECASE3CASE4CASE5CASE6CASE7CASE8CASE9 NASA 和超音速巡航威廉弗拉纳根562在驾驶舱中引入合成视觉罗伯特 · A - Rivers - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -飞机结冰 ： 温度的暴政James Banke高攻角时的免维护机动性Joseph R Chambers上一篇 ： NASA 接受 V / STOLG? Warren HallNASA 对俄罗斯 Tu - 144 SST 的飞行测试罗伯特 · A - Rivers - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -索引CASE10CASE11CASE12CASE13CASE14CASE15 页面\ * 罗马7 A前言这本书要出版 ，美国国家航空航天局 （ NASA ） 已经超过了一半的 con - tury 标记 ， 它的长寿是对连续至关重要的致敬总统政府 - 以及他们所服务的美国人民 - 已经开始重视其科学和技术专长。在那半个世纪里，飞行已经从超音速发展到轨道速度，喷气式客机已经成为洲际机动的主要手段，宇航员已经降落在月球上，原子能机构开发的机器人航天器已经探索了太阳系的偏远角落，甚至进入星际空间。出生于危机 - 苏联与人造卫星取得太空胜利的混乱后果 - NASA 在新兴太空时代的挑战中取得了辉煌的胜利。在 NASA 成立的十年内，宇航员团队将计划进行首次登月，并于 1969 年 7 月 20 日完成尼尔 · 阿姆斯特朗的 “一小步 ” 。很少有事件如此情绪化，没有一个如此公开可见或充满进口，因为他谨慎地从细长的 Lar Modle Eagle 下降，将他的历史性靴子印留在尘土飞扬的 Traqillity Base 平原上。在阿波罗之后，美国国家航空航天局开始了一系列太空计划，如果他们可能缺乏阿波罗的情感和注意力影响，那么他们的成就和勇气仍然是非凡的。航天飞机，国际空间站，哈勃太空望远镜以及各种行星探测器，着陆器，漫游器和飞越都体现了原子能机构的创造力，技术人员的卓越表现以及对空间科学和探索的奉献精神。但是 NASA 还有另一个方面 ， 这个方面经常隐藏在一个时代 ， 当时该机构被广泛称为美国航天局 ， 而其最引人注目的员工是勇敢的宇航员 页面\ * 罗马8 NASA 对航空的贡献火箭进入太空，继续人类对未知的探索。这个隐藏的方面是航空学 ： 在大气层内的升力飞行，不同于航天的弹道飞行，进入太空。这是原子能机构名称中的第一个 “A ”，也是原子能机构技术能力的最古老根源，可追溯到 1915 年 NASA 的前身国家航空咨询委员会 （ NACA ） 的成立。正是 NACA 在 1918 年后的两次世界大战中在很大程度上恢复了美国的航空首要地位，得出了机翼轮廓和构造概念，随着美国从亚音速活塞时代进入跨音速和超音速喷气式时代，定义了连续几代能力更强的飞机。在人造卫星的冲击之后，美国国家航空航天局 （ NASA ） 继 NACA 之后，将美国航空带入了超音速前沿，并进入了复合结构，电子飞行控制和节能飞行的时代。与本系列的第一卷一样 ， 第二卷追溯了 NASA 和第二次世界大战后的 NACA 对航空学的贡献。这项工作中提出的调查 ， 案例和传记检查仅提供了 NACA 和 NASA 产生的丰富的航空航海研究遗产的样本。这些包括•大气湍流 ， 风切变和阵风研究 ， 从轻型通用航空飞机到大型商用和超音速车辆的操作 ， 对整个飞行范围内的空中安全至关重要。•研究了解和减轻航空航天器和设施遭受闪电袭击的危险。•寻求通过技术进步 ， 跨学科整合开发 ， 设计创新以及创建新的运营架构来增强航空运输 ， 从而实现更安全 ， 更高效的天空。•通过人为因素的新兴科学 ， 为人类和机器的融合做出贡献 ， 以提高飞行的安全性 ， 实用性 ， 效率和舒适性。•改进自由飞行模型测试 ， 以进行空气动力学研究 ， 对飞机行为进行预测 ， 并进行设计验证和验证 ， 以补充传统的风洞和全尺寸飞机测试。 页面\ * 罗马9 前言•风洞的演变及其能力的扩展 ， 从滑尺和亚音速飞行时代到计算机和计算流体力学时代的高超声速飞行进入跨大气层。•复合结构的出现 ， 当与计算机化飞行控制系统结合时 ， 给飞机设计者一个以前未知的自由 ， 使他们能够设计具有优化的空气动力学和结构行为的航空航天飞行器。•通过更好地了解通用航空飞机的独特要求和操作环境以及新的分析和技术方法的应用 ， 为提高通用航空飞机的安全性和效率做出了贡献。•对持续超音速巡航飞机进行全面的飞行研究 - 特别关注其空气动力学特性 ， 机身加热 ， 集成飞行和推进控制的使用 ， 以及评估诸如进气道 “未启动 ” ， 机组人员工作量之类的运营挑战 - 并将它们融合到国家的亚音速和跨音速空中交通网络中。•合成视觉系统的开发和演示 ， 可提高机场利用率 ， 更高效的飞行甲板性能以及更安全的空中和地面飞机运营。•面对大气结冰的持续挑战及其对飞机运营和安全的影响。•分析飞机在高迎角下的性能 ， 并经常进行高风险飞行测试 ， 以研究其行为特征 ， 并评估飞机设计和飞行控制技术发展的价值 ， 以减少其偏离受控飞行的趋势。•对 VTOL 和 V / STOL 飞机系统进行突破性飞行研究 ， 以提高其进入航空发展主流的能力。•开展合作的国际飞行试验计划 ， 以互惠互利地了解大型超音速巡航飞机的潜力 ， 性能和性能。 NASA 对航空的贡献 页面\ * 罗马10 正如这次采样 - 远非完整的 - NASA 在航空领域的工作所表明的那样，该机构及其遍布全国的航空工作人员对飞行的未来保持着浓厚的兴趣 ，受益于 NASA 自 1958 年以来作为国家航空卓越研究的国家声誉及其在 1915 年至 1958 年国家航空咨询委员会 43 年历史中的成就遗产。随着美国进入有翼飞行第二世纪的第二个十年 ， 这项工作 ， 就像它之前的体积一样 ， 以感情和尊重的方式致力于 NASA 的男女 ， 以及 NACA 。Richard P. Hallion 博士 2010 年 8 月 25 日 此页面故意为空白 PAGE2 兰利研究中心的波音 737 试验台 NASA 515 即将进入微爆风切变。该图像是实际的测试镜头 ， 反映了风切变的阴暗和威胁。 NASA. PAGE3 BCASE避开风神:湍流,11阵风和风剪切克里斯汀 · 斯塔尔自从美国航空研究的早期以来，NASA 就研究了大气及其对飞行的影响。湍流，阵风和刮风对航空旅客构成了严重的危险，迫使富有想象力的研究和创造性的解决方案。NASA 研究人员了解大气行为的工作以及 NASA 对可以安装在飞机上的先进检测和传感器系统的衍生，大大促进了航空运输的安全性和实用性。在第二次世界大战之前,美国国家航空咨询委员会 （ NACA ） 成立于 1915 年，执行了美国大部分制度化和系统化的航空研究。NACA 的任务是 “监督和指导飞行问题的科学研究，以期找到切实可行的解决方案。“它研究的最严重的问题之一是大气湍流，这一领域与原子能机构对流体力学和一般空气动力学的极大兴趣有关。从 1930 年代到现在，NACA 及其继任者 - 美国国家航空航天局 （ NASA ） 成立于 1958 年 - 严格关注湍流，阵风和风切变的问题。中世纪计划主要集中在阵风载荷和边界层湍流研究上。到了 20 世纪 80 年代和 90 年代，NASA 的大气湍流和风切变程序达到了一定程度的复杂性，使它们能够对飞行性能和飞机可靠性做出重大贡献。航空业将这项 NASA 技术集成到航空公司购买的飞机中。这项研究导致的航空运输系统比早期空气时代的先驱者所设想的安全指数。一个不安的天空当外行人一起想到 “湍流 ” 和“ 航空 ” 这两个词时 ， 他们可能会想到乘客经常会遇到的 “颠簸空气 ” 。 NASA 对航空的贡献 PAGE4 1受到长时间飞机飞行的影响。但是术语 “湍流 ” 具有特定的技术含义。湍流描述了流体的运动 （ 就我们的目的而言，空气 ），其特征是混沌的，看似随机的性质变化。湍流包括扩散、对流、压力和速度的波动。当飞机在经历这些变化的空中旅行时，其乘客会感到湍流在飞机上晃动。工程师和科学家用雷诺数来表征湍流程度，雷诺数是曼彻斯特大学奥斯本 · 雷诺兹在 1880 年代确定的缩放参数。较低的数字表示层流 (平滑) 流, 中间值表示过渡流, 较高的数字是湍流的特征。1一种湍流气流会对包括汽车在内的所有物体产生阻力 ，高尔夫球和飞机在空中移动。边界层是 “飞机 [或导弹] 与其外部环境之间的薄反应区。“边界层与飞机机翼或机翼部分的轮廓仅相差千分之几英寸。空气颗粒从前缘附近的平滑层流变为朝向机翼后部的湍流。2 湍流增加了飞机蒙皮上的摩擦 ， 因此增加了表面热量 ， 同时由于飞机产生的阻力而减慢了飞机的速度。地球上的大多数大气环流都会引起某种湍流。飞机乘客所引起的大气湍流的更常见形式之一是晴空湍流 （ CAT ），它是由风在大气中混合的冷暖空气引起的，通常是通过风切变的过程。风切变是地球大气中相对较短距离内风速和风向的差异。一位工程师将其描述为 “风速从点到点急剧变化的任何情况。. "3 风切变可以同时具有水平和垂直分量。水平风切变通常在海岸线附近和前沿遇到 ， 而垂直风切变似乎更靠近地球表面 ， 有时在大气 ， 额叶附近和高层喷流中处于较高水平。1.James R. Hansen, Engineer in Charge: a