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NASA资助5家外部团队研究航空领域的创新设计方案
点击次数:更新时间:2015-07-30 11:07:24【打印】【关闭】

NASA资助5家外部团队研究航空领域的创新设计方案

 

  [据美国《国家航空航天局网站》2015年7月9日报道]最近,美国国家航空航天局(NASA)启动了NASA前沿航空研究(LEARN)项目,支持5家不属于NASA的研究团队,每家可得到50万美元的研究经费。NASA资助这些团队的原因是看中了他们各自拥有光明应用前景的创新概念,通过在早期阶段进行支持确保能够成功转化为实际应用。LEARN项目类似于NASA的航空集中解决(CAS)项目,不同的是CAS项目为NASA内部研究团队提供资金。目前NASA已经选择6家内部团队支持他们实现各自的航空创新概念。
  
  空中编队飞行
  
  研究发现,大雁在飞行时采用V形编队可使雁群节省14%的能量。受此启发,来自西弗吉尼亚大学和堪萨斯大学的研究团队正在研究飞机采用编队飞行是否可以提高燃油效率的问题。 该团队将使用无人机进行试验,研究近距编队飞行的三维风速剖面和机间的湍流。另外还将试验通过无人机的自主控制飞行,是否可以避免或抑制不必要的湍流。研究团队希望该技术能够在不远的将来在各种尺寸的飞机上获得应用,以在巡航飞行时节省研究。目前,飞机编队起飞和降落并不在研究团队未来的研究范围之内。
  
  使用等离子体提升喷气发动机性能
  
  燃烧室是喷气发动机的核心部件,压缩空气和燃油在其内部被点燃,产生炙热的燃气推进飞机前进。当前,如何降低燃烧室的油耗是航空业界面临的重大挑战之一。 目前,来自联合技术公司研究中心的团队正在NASA LEARN项目中寻求降低油耗的途径。他们所用的方法为在燃烧室中注入等离子体,在降低油耗的同时保持稳定的燃烧。 研究团队通过试验表明,通过平衡稳定燃烧、稳定火焰、噪声等级和低压震荡,注入等离子体已将燃烧室压力脉动降低了10倍以上。使用等离子体降低燃烧室的压力脉动可使喷气发动机结构更加紧凑和简洁,最终使发动机重量更低,油耗、排放和噪声更少。目前,在该概念在被用到未来发动机设计之前尚有较多工作需要完成。
  
  应用于航空结构的增长碳织物
  
  碳纳米管(CVTs)非常小,只有10亿分之1米。但是如果增长成大尺寸的碳织物后,将会体现出重量低、结构强的特点,用在未来飞机上将会带来众多好处。目前,来自阿拉巴马大学、奥本大学、北卡罗来纳大学和NASA的联合团队正在研究增长碳纳米管这种创新的工程技术。该技术在室温下使用简单的设备通过微波能量等级的射线照射碳织物15-30秒便可实现。目前,研究团队将在这种工艺过程中使用更强的能量和更高的效费比。研究团队在NASA之前的项目中已经演示了这种工艺的第一阶段工作,目前正聚焦于可生产出更加可靠的发动机复合材料风扇叶片的制造工艺。之后,他们希望把这种材料用于制造全尺寸飞机结构。
  
  分布式电推进飞机
  
  在未来飞机设计中使用电推进系统将会极大降低油耗和排放污染。这种概念看起来很有希望,但是应用到大型喷气客机上还需要很多技术需要攻克。来自Rolling Hills研究公司的团队目前正在设计小型试验飞机,评估对于保证分布式电推进系统(TeDP)成功十分重要的气动、动力和其他相关系统。研究团队之前改装了NASA TG-14A滑翔机当做电力试验飞机,该飞机装备18台商用电风扇发动机。另外,在伊利诺伊大学的风洞对该飞机典型的机翼截面进行了吹风试验。试验结果非常好,与电脑模拟的结果十分吻合。目前,研究团队正在进行更加详细的设计,对多风扇系统单台风扇推力的相互作用、机翼的气动、TeDP的升力和阻力开展试验。
  
  如何处理旋翼结冰
  
  结冰对于固定翼飞机来说十分危险,但是对于直升机来说,一旦旋翼结冰将迅速导致机毁人亡。大型直升机可以安装耗能很大的加热系统进行防冰,但是目前小型直升机在应对旋翼防冰问题上仍无有效对策。为此,目前来自滨州大学、Invercon公司、卡曼航宇公司和贝尔直升机公司的研究团队正在开发直升机旋翼的离心驱动压缩空气除冰系统。在旋翼开始结冰后,离心力将使旋翼金属前缘沿着长度方向发生微小形变,进而使结冰破裂,并以可控的方式脱落,避免对直升机造成危害。目前,研究团队在滨州大学危害环境旋翼地面设施测试了一款小尺寸压缩空气除冰系统。
  
  除此之外,研究团队还把一型半径7.32米的旋翼叶片上安装了压缩空气除冰系统,并利用卡曼旋转塔试验设施的便携式冰云产生器进行成功的除冰试验。未来,研究团队计划设计、制造和试验一型装有除冰系统的专门的叶片,该叶片将聚焦于鲁棒性、生存能力、气动性能和结冰保护能力。这种除冰方法将是允许小型直升机在结冰环境中安全运行的真正的使能技术,拓展多数直升机的安全飞行包线。

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