NASA X-59實驗飛機在超音速飛行領域掀起一場靜悄悄的革命
美國國家航空暨太空總署（NASA）X-59 飛機的地面測試表明，在記錄靜音音爆方面取得了可喜的進步，為更安靜的超音速飛行奠定了基礎。X-59 試驗飛機是獨一無二的–它的設計飛行速度超過音速，但不會產生巨大的音爆。為了證實X-59 的超音速飛行能力，同時只產生安靜的聲波”砰砰”聲，NASA 需要能夠從地面記錄這些聲音。該機構最近完成了旨在了解進行這些錄音所需的設備和程序的測試。
美國國家航空暨太空總署（NASA）的X-59 靜音超音速研究飛機在2024 年1 月12 日在洛克希德-馬丁公司位於帕姆代爾（Palmdale）的”臭鼬工廠”（Skunk Works）下線前拍攝的”迷人照片”。圖片來源：洛克希德-馬丁公司/麥可-傑克遜
開創性的地面記錄系統
美國國家航空暨太空總署（NASA）的”地毯整體測量”（CarpetDIEM）飛行考察了新一代地面記錄系統的品質和堅固性，重點是如何部署這些系統進行X-59 測試，以及如何檢索它們收集到的數據。研究人員在美國太空總署位於加州愛德華茲的阿姆斯壯飛行研究中心附近的一片30 英里長的沙漠中總共設立了10 個麥克風站。
NASA最近完成的一系列測試是希望降低Quesst任務第二階段之前的風險，該任務將測試X-59實驗飛機使音爆更安靜的能力。圖片來源：NASA/史蒂夫-帕瑟爾
準備和測試階段
第三次系列飛行（即CarpetDIEM III）的首席研究員福雷斯特-卡彭特博士說：”我們正試圖回答一些問題，例如每天需要多少人出去為這些儀器提供服務，如何把數據傳回來，需要多少運載工具–所有這些都關係到我們如何運作。我們現在正在學習如何跳舞，這樣當我們進入大舞會時，我們就已經準備好了”。
X-59 本身還不能飛行，因此使用美國宇航局阿姆斯特朗分局的一架F-15 和一架F-18進行了20 次超音速飛行測試，速度從1.15 馬赫到1.4 馬赫不等，高度從40000 英尺到53000 英尺不等。在其中三次測試中，F-18 進行了特殊的倒轉俯衝機動，以模擬靜音音爆，其中一次測試的靜音程度達到了67 分貝，這是地面觀察者對噴氣機噪音的感知度量。
Quesst 第二階段子專案經理兼Quesst 任務聲學驗證階段技術負責人、航空工程師Larry Cliatt 在加州沙漠安裝地面記錄系統。Quesst 任務最近完成了用於記錄X-59 聲波的操作和裝置測試。這次測試是”地毯整體測定”飛行的第三階段，簡稱”地毯測定”（CarpetDIEM）。美國國家航空暨太空總署位於加州愛德華茲的阿姆斯壯飛行研究中心的一架F-15 和一架F-18 製造了響亮和柔和的音爆，以驗證分佈在30 英里開闊沙漠中的地面記錄系統的運行情況。圖片來源：NASA/史蒂夫-弗里曼
降低音爆響度
Quesst 聲學驗證階段的子項目經理Larry Cliatt 說：”我們預計X-59 的聲震會低至約75 感知響度分貝。這比協和飛機安靜得多，協和式飛機的感知響度分貝超過100。”
為了測量這些非常安靜的砰砰聲，”CarpetDIEM”飛行中使用的地面記錄系統經過校準，可以測量低至約50 分貝的感知響度–相當於房間裡有一台正在運轉的冰箱。
CarpetDIEM III 還驗證了自動監控廣播的使用，這是所有商用飛機和大多數私人飛機上報告速度和位置的現有技術。此系統可觸發地面記錄系統開始記錄。
Cliatt 說：”我們不能讓70 個不同的人在每個儀器箱前工作。我們必須找到一種方法，使這一過程自動化。”
位於加州愛德華茲的美國國家航空暨太空總署阿姆斯壯飛行研究中心的一個控制室裡，CarpetDIEM（整體測量飛行中的地毯測定）第三階段的首席研究員福雷斯特-卡彭特博士（左）正在監控一項測試。卡本特旁邊是商業超音速技術公司的首席工程師布萊恩-斯特勞夫。第三階段的CarpetDIEM 測試了後勤和升級的地面記錄系統，為Quesst 任務的聲學驗證階段做準備。圖片來源：NASA/史蒂夫-弗里曼
耐用性和效率
記錄系統的設計能夠抵禦沙漠中的各種因素、夏季的酷熱和冬季的嚴寒，並能抵禦野生動物的破壞，如囓齒動物、郊狼和狐狸的啃咬。
“當我們進入Quesst 任務的第二階段時，我們預計將在長達九個月的時間裡進行這些音爆記錄，”Cliatt 說。”我們需要能夠為如此長時間的部署提供便利的儀器和操作”。
另一個經驗教訓是，記錄站的設定時間僅花了不到一個小時，而預期時間為2 個半小時。考慮到系統的效能，團隊將評估是否需要在第二階段測試中每天造訪所有網站。
合作與協調
團隊也了解了此類研究所需的協調和文件編製程序，既包括與NASA 阿姆斯壯環境和安全辦公室等內部組織的協調，也包括與外部各方的協調：
- 美國土地管理局批准使用公共土地進行測試
- 幫助確保試驗場安全的執法部門
- 美國聯邦航空管理局（Federal Aviation Administration）批准NASA 噴射機在愛德華茲空軍基地限制空域外飛行，以進行部分CarpetDIEM 試驗
展望未來
為籌備Quesst 第二階段，研究人員預計將於2024 年舉行實務會議，納入CarpetDIEM 所有三個階段的所有經驗教訓和最佳做法。
編譯來源：ScitechDaily