لعبت الطائرة المقاتلة YF-12 دورًا رئيسيًا في مساعدة مهندسي ناسا على التغلب على مشاكل توقف المحرك والاهتزاز الشديد عند الطيران بسرعات تفوق سرعة الصوت.
تستطيع طائرة YF-12 المقاتلة الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت بثلاثة أضعاف. الصورة: ويكيبيديا
بحسب موقع Interesting Engineering ، استخدم مركز لويس للأبحاث التابع لوكالة ناسا في كليفلاند طائرة YF-12 المقاتلة لتطوير تقنية الطيران الأسرع من الصوت. وقد سعى هذا المركز، الذي يُعدّ رائداً في أبحاث دفع الطائرات منذ أربعينيات القرن الماضي، إلى تحسين التكنولوجيا لتحقيق رحلات أسرع وأطول من الصوت.
صنعت طائرة بيل إكس-1 الصاروخية التاريخ في أكتوبر 1947 كأول طائرة تحلق بسرعة تفوق سرعة الصوت، فاتحةً بذلك الباب أمام الطيران الأسرع من الصوت. حققت العديد من الطائرات العسكرية بعد بيل إكس-1 سرعات تفوق سرعة الصوت، لكن لم تضاهِ أي منها طائرة بلاكبيرد من لوكهيد مارتن. كانت هذه الطائرات الشبحية الأنيقة، بما في ذلك إيه-12، وواي إف-12 الاعتراضية، وإس آر-71 الاستطلاعية، من أوائل الطائرات التي حلّقت بسرعات تفوق سرعة الصوت لفترات طويلة. إذ استطاعت التحليق بسرعات تصل إلى ثلاثة أضعاف سرعة الصوت على ارتفاعات تزيد عن 24,384 مترًا. مع ذلك، لا يزال تطوير هذه التقنية للطائرات النقل الكبيرة يُمثّل تحديًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحاجة إلى مزيد من البيانات التي تكشف كيفية عمل أنظمة الدفع أثناء الرحلات الأسرع من الصوت.
لمعالجة مشكلة غير مكتشفة في تصميم واختبار سلسلة طائرات بلاكبيرد، ولتطوير تقنية أساسية تُعرف باسم مداخل الضغط المختلط فوق الصوتي، أعار الجيش طائرتين من طراز YF-12 خارج الخدمة إلى مركز درايدن (أرمسترونغ حاليًا) لأبحاث الطيران التابع لناسا. كان هذا جزءًا من مشروع تعاوني بين ناسا والقوات الجوية الأمريكية لمقارنة بيانات الطيران من طائرات YF-12 مع بيانات من أنفاق الرياح في مراكز أبحاث ناسا في أميس ولانغلي ولويس.
درس فريق لويس مداخل الهواء فوق الصوتية في أنفاق الرياح منذ أوائل الخمسينيات، واختبروا فوهات فوق صوتية باستخدام صواريخ دلتا دارت الاعتراضية. في المشروع الجديد، تولى لويس مسؤولية اختبار مدخل الهواء YF-12 بالحجم الكامل في نفق رياح فوق صوتي بأبعاد 10 × 10، وتحليل محرك برات آند ويتني J58 بقوة دفع تبلغ 144,567 نيوتن في مختبر أنظمة الدفع (PSL).
يسمح منفذ السحب المدمج للمحرك بالعمل كمحرك توربيني نفاث عند السرعات المنخفضة، وكمحرك نفاث ذي تدفق مستقيم عند السرعات العالية، وهو ما يتميز بكفاءة عالية ولكنه عرضة لاضطرابات التدفق، مما يؤدي غالبًا إلى ما يُعرف بـ"عدم بدء التشغيل". وعدم بدء التشغيل هو تغير مفاجئ في تدفق الهواء، مما يُحدث مقاومة هائلة قد تتسبب في توقف المحرك أو اهتزاز الطائرة بعنف.
قام باحثون في معهد لويس بفحص مدخل هواء طائرة SR-71 محطمة في نفق هوائي بمساحة 10 × 10 أقدام في نوفمبر 1971. وفي العام التالي، جمعوا بيانات ديناميكية هوائية في ظروف مختلفة داخل النفق الهوائي. كما اختبروا نظامًا جديدًا للتحكم في مدخل الهواء، طوّره مهندسا معهد لويس، بوبي ساندرز وجلين ميتشل، والذي يستخدم صمامات ميكانيكية متعددة لمنع توقف المحرك عن العمل. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يُختبر فيها النظام على طائرة حقيقية بالحجم الكامل. ودرس فريق البحث أيضًا التفاعل بين هيكل الطائرة ومدخل الهواء والمحركات ونظام التحكم في ظل ظروف جوية عادية ومضطربة.
في صيف عام 1973، أصبح محرك J-58 كامل الحجم أول قطعة من المعدات التي تُختبر في غرفة الضغط الثانية التابعة لمختبر اختبار السرعات الفائقة (PSL) في لويس. وجمع الباحثون بيانات في ظل ظروف عادية ومتغيرة في العام التالي. كما قاس اختبار PSL انبعاثات المحرك في محاولة لتقييم الانبعاثات على الارتفاعات العالية للطيران الأسرع من الصوت.
أثبت برنامج YF-12 أيضًا إمكانية استخدام نماذج مصغرة لتصميم مداخل هواء أسرع من الصوت بالحجم الكامل. استُخدمت بيانات الرحلات الجوية لفهم تأثير النموذج المصغر والنفق على البيانات بشكل أفضل. والأهم من ذلك، أدى برنامج لويس إلى تطوير أنظمة تحكم رقمية حسّنت استجابة مدخل الهواء الأسرع من الصوت لاضطراب التدفق، مما قضى فعليًا على إعادة تشغيل المحرك. طُبقت العديد من أفكار البرنامج على تصميم SR-71 في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، وساهمت في جهود ناسا لإنشاء طائرة ركاب أسرع من الصوت لعدة عقود.
انتهى برنامج YF-12 في عام 1979 عندما حولت وكالة ناسا تركيزها إلى أولويات أخرى في مجال الطيران والفضاء. وبحلول ذلك الوقت، كانت طائرة YF-12 قد أجرت ما يقرب من 300 رحلة بحثية، وأكملت عامًا من الاختبارات الأرضية في نفق الرياح التابع لناسا.
آن خانغ (بحسب موقع Interesting Engineering )
رابط المصدر
تعليق (0)