طائرات تساعد ناسا على تطوير تقنية الطيران الأسرع من الصوت

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

تستطيع طائرة YF-12 المقاتلة الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت بثلاث مرات. الصورة: ويكيبيديا

استخدم مركز لويس للأبحاث التابع لناسا في كليفلاند طائرة YF-12 المقاتلة لتطوير تقنية الطيران الأسرع من الصوت، وفقًا لمجلة إنتريستينغ إنجينيرينغ . سعى المركز، الرائد في أبحاث دفع الطائرات منذ أربعينيات القرن الماضي، إلى تحسين التقنية اللازمة لرحلات أسرع من الصوت وأطول.

حققت طائرة بيل إكس-1، التي تعمل بالصواريخ، إنجازًا تاريخيًا في أكتوبر 1947 عندما أصبحت أول طائرة تحلق بسرعة تفوق سرعة الصوت، فاتحةً بذلك آفاق الطيران الأسرع من الصوت. وتبعتها العديد من الطائرات العسكرية ، لكن لم تُضاهِ أيٌّ منها طائرة بلاك بيرد من شركة لوكهيد مارتن. وكانت طائرات الشبح الأنيقة، بما في ذلك طائرات A-12 وYF-12 الاعتراضية وSR-71 الاستطلاعية، أول من حلّق بسرعات تفوق سرعة الصوت لفترات طويلة. وقد استطاعت هذه الطائرات التحليق بسرعة تفوق سرعة الصوت بثلاثة أضعاف على ارتفاعات تزيد عن 80,000 قدم. ومع ذلك، يُمثل تطوير هذه التكنولوجيا إلى طائرات نقل كبيرة تحديًا، ويعود ذلك أساسًا إلى الحاجة إلى مزيد من البيانات للكشف عن كيفية عمل أنظمة الدفع أثناء الطيران الأسرع من الصوت.

لمعالجة المشاكل غير المكتشفة في تصميم واختبار طائرة بلاك بيرد، وللارتقاء بتقنية رئيسية تُعرف بمدخل خلط الضغط الأسرع من الصوت، أعار الجيش طائرتين من طراز YF-12، كانتا قد أُخرجتا من الخدمة عام ١٩٦٩، إلى مركز درايدن لأبحاث الطيران التابع لناسا (المعروف الآن باسم أرمسترونغ). كان هذا جزءًا من مشروع مشترك بين ناسا والقوات الجوية الأمريكية لمقارنة بيانات طيران YF-12 ببيانات نفق الرياح في مراكز أبحاث أميس ولانغلي ولويس التابعة لناسا.

يُجري فريق لويس أبحاثًا حول مداخل الهواء الأسرع من الصوت في أنفاق الرياح منذ أوائل خمسينيات القرن الماضي، ويختبر فوهات الهواء الأسرع من الصوت على صواريخ دلتا دارت الاعتراضية. في المشروع الجديد، يتولى لويس مسؤولية اختبار مداخل الهواء الأسرع من الصوت للطائرة YF-12 بالحجم الكامل في نفق رياح أسرع من الصوت بمساحة 10 × 10، وتحليل محرك برات آند ويتني J58 بقوة دفع 144,567 نيوتن في مختبر أنظمة الدفع (PSL).

يسمح مدخل الضغط المختلط للمحرك بالعمل كمحرك توربيني مروحي بسرعات منخفضة، وكمحرك نفاث بسرعات عالية. وهو فعال للغاية، ولكنه عرضة للاضطرابات، مما يؤدي غالبًا إلى حالة تُسمى "عدم بدء التشغيل". عدم بدء التشغيل هو تغيرات مفاجئة في تدفق الهواء تُسبب مقاومة هائلة، مما قد يتسبب في توقف المحرك أو اهتزاز الطائرة بشدة.

اختبر باحثو لويس مدخل هواء من طائرة SR-71 المتحطمة في نفق هوائي 10 × 10 في نوفمبر 1971. وفي العام التالي، جمعوا بيانات ديناميكية هوائية في ظل ظروف مختلفة داخل نفق الرياح. كما اختبروا نظامًا جديدًا للتحكم في مدخل الهواء، طوره مهندسا لويس، بوبي ساندرز وجلين ميتشل، والذي استخدم صمامات ميكانيكية متعددة لمنع توقف الطائرة عن العمل. كانت هذه هي المرة الأولى التي يُختبر فيها النظام على نطاق واسع. كما اختبر الفريق التفاعلات بين هيكل الطائرة، ومداخل الهواء، والمحركات، وأنظمة التحكم في الظروف العادية والمضطربة.

في صيف عام ١٩٧٣، أصبح محرك J-58 بالحجم الطبيعي أول جهاز يُختبر في غرفة الضغط الثانية لمختبر PSL في لويس. جمع الباحثون البيانات في ظروف عادية ومتغيرة في العام التالي. كما قاست اختبارات PSL عادم المحرك في محاولة لتقييم انبعاثات الطيران الأسرع من الصوت على ارتفاعات عالية.

أظهر برنامج YF-12 أيضًا إمكانية استخدام نماذج صغيرة الحجم لتصميم مداخل هواء أسرع من الصوت بالحجم الكامل. واستُخدمت بيانات الرحلات الجوية لفهم تأثيرات النماذج والأنفاق صغيرة الحجم على البيانات بشكل أفضل. والأهم من ذلك، أدى برنامج لويس إلى تطوير نظام تحكم رقمي حسّن استجابة مداخل الهواء الأسرع من الصوت لاضطرابات التدفق، مما أدى إلى الاستغناء تقريبًا عن إعادة تشغيل المحرك. استُخدمت العديد من أفكار البرنامج في تصميم طائرة SR-71 في أوائل الثمانينيات، وساهمت في جهود ناسا في مجال طائرات الركاب الأسرع من الصوت لعقود.

انتهى برنامج YF-12 عام ١٩٧٩ مع تحول اهتمام ناسا نحو أولويات طيران أخرى. بحلول ذلك الوقت، كانت طائرات YF-12 قد حلقت قرابة ٣٠٠ رحلة بحثية، مُكملةً عامًا من الاختبارات الأرضية في نفق الرياح التابع لناسا.

آن كانج (وفقًا للهندسة المثيرة للاهتمام )

رابط المصدر: https://vnexpress.net/may-bay-giup-nasa-phat-trien-cong-nghe-bay-sieu-thanh-4714828.html