الطائرات تساعد ناسا على تطوير تكنولوجيا الطيران الأسرع من الصوت

[إعلان 1]

لعبت المقاتلة YF-12 دورًا أساسيًا في مساعدة مهندسي ناسا في التغلب على مشكلة توقف المحرك والاهتزاز الشديد عند الطيران بسرعات تفوق سرعة الصوت.

تتمتع الطائرة المقاتلة YF-12 بالقدرة على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت بثلاثة أضعاف. الصورة: ويكيبيديا — تتمتع الطائرة المقاتلة YF-12 بالقدرة على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت بثلاثة أضعاف. الصورة: *ويكيبيديا*

استخدم مركز لويس للأبحاث التابع لوكالة ناسا في كليفلاند الطائرة المقاتلة YF-12 لتطوير تقنية الطيران الأسرع من الصوت، وفقًا لموقع Interesting Engineering . يسعى هذا المركز الرائد في مجال أبحاث الدفع الجوي منذ أربعينيات القرن العشرين إلى تحسين التكنولوجيا اللازمة للرحلات الأسرع من الصوت لفترة أطول وأسرع.

حققت طائرة بيل إكس-1 التي تعمل بالصواريخ تاريخًا في أكتوبر 1947 عندما أصبحت أول طائرة تطير بسرعة أكبر من سرعة الصوت، مما فتح الباب أمام الطيران الأسرع من الصوت. حققت العديد من الطائرات العسكرية بعد طائرة Bell X-1 سرعات تفوق سرعة الصوت، لكن لم تصل أي منها إلى مستوى سلسلة طائرات Lockheed Martin Blackbird. كانت الطائرات الشبحية الأنيقة بما في ذلك الطائرة A-12، والطائرة الاعتراضية YF-12، وطائرة الاستطلاع SR-71، أول من حلقت بسرعات تفوق سرعة الصوت لفترات طويلة. يمكنها الطيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت بثلاث مرات على ارتفاعات تزيد عن 24384 مترًا. ومع ذلك، فإن تحديث التكنولوجيا للطائرات النقل الكبيرة يمثل تحديًا كبيرًا، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى الحاجة إلى مزيد من البيانات للكشف عن كيفية عمل نظام الدفع أثناء الرحلات الأسرع من الصوت.

ولمعالجة المشاكل غير المكتشفة في تصميم واختبار طائرة بلاك بيرد، وتعزيز التكنولوجيا الرئيسية المعروفة باسم مدخل خلط الضغط الأسرع من الصوت، أقرضت القوات المسلحة طائرتين من طراز YF-12 تم إيقاف تشغيلهما في عام 1969 إلى مركز درايدن (أرمسترونج الآن) لأبحاث الطيران التابع لوكالة ناسا كجزء من مشروع مشترك بين وكالة ناسا والقوات الجوية الأمريكية لمقارنة البيانات من رحلات YF-12 مع بيانات نفق الرياح في مراكز أبحاث ناسا إيمز ولانغلي ولويس.

كان فريق لويس يقوم بأبحاث حول مداخل الهواء الأسرع من الصوت في أنفاق الرياح منذ أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، ويقوم باختبار فوهات الهواء الأسرع من الصوت على صواريخ دلتا دارت الاعتراضية. في المشروع الجديد، كان لويس مسؤولاً عن اختبار مدخل الهواء الكامل للطائرة YF-12 في نفق رياح أسرع من الصوت بمساحة 10 × 10 وتحليل محرك Pratt & Whitney J58 بقوة دفع 144,567 نيوتن في مختبر أنظمة الدفع (PSL).

يسمح مدخل الضغط المختلط للمحرك بالعمل كمروحة توربينية عند السرعات المنخفضة وكمحرك نفاث عند السرعات العالية، وهو ما يكون فعالاً للغاية ولكنه عرضة لاضطراب التدفق، مما يتسبب غالبًا في حالة تُعرف باسم "عدم التشغيل". إن عدم التشغيل هو تغيير مفاجئ في تدفق الهواء مما يخلق مقاومة هائلة، مما قد يتسبب في توقف المحرك أو اهتزاز الطائرة بعنف.

يقوم باحثو لويس بفحص مدخل الهواء من طائرة SR-71 المحطمة في نفق رياح 10 × 10 في نوفمبر 1971. وفي العام التالي، قاموا بجمع البيانات الديناميكية الهوائية في ظل ظروف مختلفة في نفق الرياح. كما قاموا باختبار نظام جديد للتحكم في السحب تم بناؤه بواسطة مهندسي لويس بوبي ساندرز وجلين ميتشل، والذي يستخدم صمامات ميكانيكية متعددة لمنع عدم بدء التشغيل. كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اختبار النظام على أجهزة كاملة الحجم. كما قام الفريق باختبار التفاعلات بين هيكل الطائرة، ومدخل الهواء، والمحرك، وأنظمة التحكم في ظل الظروف العادية والمضطربة.

في صيف عام 1973، أصبح محرك J-58 بالحجم الكامل أول قطعة من الأجهزة يتم اختبارها في غرفة الضغط الثانية في مختبر PSL في لويس. قام الباحثون بجمع البيانات في ظل ظروف طبيعية ومتغيرة في العام التالي. كما قامت اختبارات PSL بقياس انبعاثات المحرك في محاولة لتقييم الانبعاثات عالية الارتفاع للرحلات الأسرع من الصوت.

وأظهر برنامج YF-12 أيضًا أنه من الممكن استخدام النماذج صغيرة الحجم لتصميم مداخل أسرع من الصوت بالحجم الكامل. تم استخدام بيانات الرحلة لفهم تأثير النموذج الصغير والنفق على البيانات بشكل أفضل. والأمر الأكثر أهمية هو أن برنامج لويس أدى إلى تطوير نظام تحكم رقمي أدى إلى تحسين استجابة مدخل الهواء الأسرع من الصوت لاضطرابات التدفق، مما أدى إلى القضاء فعليًا على إعادة تشغيل المحرك. تم تطبيق العديد من أفكار البرنامج في تصميم طائرة SR-71 في أوائل الثمانينيات وساهمت في جهود وكالة ناسا لإنشاء طائرة ركاب تفوق سرعة الصوت لعدة عقود.

انتهى برنامج YF-12 في عام 1979 عندما حولت وكالة ناسا تركيزها إلى أولويات الطيران الأخرى. خلال ذلك الوقت، قامت طائرات YF-12 بنحو 300 رحلة بحثية، لتستكمل عامًا من الاختبارات الأرضية في نفق الرياح التابع لوكالة ناسا.

آن كانج (وفقًا للهندسة المثيرة للاهتمام )

[إعلان 2]
رابط المصدر