เครื่องบินช่วย NASA พัฒนาเทคโนโลยีการบินความเร็วเหนือเสียง

เครื่องบินรบ YF-12 มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้วิศวกรของ NASA เอาชนะปัญหาเครื่องยนต์ดับและแรงสั่นสะเทือนรุนแรงเมื่อบินด้วยความเร็วเหนือเสียง

เครื่องบินรบ YF-12 สามารถบินได้เร็วเกินกว่าความเร็วเสียงถึง 3 เท่า ภาพ: วิกิพีเดีย — เครื่องบินรบ YF-12 สามารถบินได้เร็วเกินกว่าความเร็วเสียงถึง 3 เท่า ภาพ: *วิกิพีเดีย*

ศูนย์วิจัย Lewis ของ NASA ในเมืองคลีฟแลนด์ใช้เครื่องบินขับไล่ YF-12 เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการบินความเร็วเหนือเสียง ตามรายงานของ Interesting Engineering ศูนย์แห่งนี้ถือเป็นแนวหน้าของการวิจัยระบบขับเคลื่อนการบินมาตั้งแต่ทศวรรษ 1940 โดยมุ่งหวังที่จะปรับปรุงเทคโนโลยีเพื่อให้เที่ยวบินความเร็วเหนือเสียงยาวนานขึ้นและเร็วขึ้น

Bell X-1 ที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดสร้างประวัติศาสตร์ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2490 เมื่อกลายเป็นเครื่องบินลำแรกที่บินได้เร็วกว่าเสียง นับเป็นการเปิดประตูสู่การบินที่ความเร็วเหนือเสียง เครื่องบิน ทหาร หลายลำหลังจาก Bell X-1 สามารถทำความเร็วได้เหนือเสียง แต่ไม่มีลำใดเทียบได้กับเครื่องบินรุ่น Lockheed Martin Blackbird เครื่องบินสเตลท์อันล้ำสมัยรวมถึง A-12 เครื่องบินสกัดกั้น YF-12 และเครื่องบินลาดตระเวน SR-71 เป็นเครื่องบินรุ่นแรกที่สามารถบินด้วยความเร็วเหนือเสียงได้เป็นระยะเวลานาน พวกมันสามารถบินได้เร็วกว่าความเร็วเสียงถึง 3 เท่า ที่ระดับความสูงเหนือ 24,384 เมตร อย่างไรก็ตาม การยกระดับเทคโนโลยีสำหรับเครื่องบินขนส่งขนาดใหญ่เป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากจำเป็นต้องมีข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อเปิดเผยว่าระบบขับเคลื่อนทำงานอย่างไรในระหว่างการบินที่ความเร็วเหนือเสียง

เพื่อแก้ไขปัญหาที่ตรวจไม่พบในการออกแบบและทดสอบ Blackbird และผลักดันเทคโนโลยีสำคัญที่เรียกว่าทางเข้าผสมการบีบอัดความเร็วเหนือเสียง กองทัพได้ให้ยืม YF-12 สองลำที่ปลดประจำการในปี 2512 ให้กับศูนย์วิจัยการบินดรายเดน (ปัจจุบันคืออาร์มสตรอง) ของ NASA ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการร่วมระหว่าง NASA-USAF เพื่อเปรียบเทียบข้อมูลจากเที่ยวบินของ YF-12 กับข้อมูลในอุโมงค์ลมที่ศูนย์วิจัย Ames, Langley และ Lewis ของ NASA

ทีม Lewis ได้ทำการวิจัยช่องรับอากาศความเร็วเหนือเสียงในอุโมงค์ลมมาตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1950 และทดสอบหัวฉีดอากาศความเร็วเหนือเสียงบนเครื่องดักจับ Delta Dart ในโครงการใหม่นี้ ลูอิสมีหน้าที่รับผิดชอบในการทดสอบท่อไอดีขนาดเต็มรูปแบบของ YF-12 ในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง 10 x 10 และวิเคราะห์เครื่องยนต์ Pratt & Whitney J58 ที่มีแรงขับ 144,567 นิวตันที่ห้องปฏิบัติการระบบขับเคลื่อน (PSL)

การดูดอากาศแบบผสมทำให้เครื่องยนต์ทำงานเป็นเทอร์โบแฟนที่ความเร็วต่ำและแรมเจ็ตที่ความเร็วสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็อาจเกิดการปั่นป่วนของกระแสได้ ซึ่งมักทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่า "สตาร์ทไม่ติด" อาการ Unstart คือการเปลี่ยนแปลงกะทันหันของการไหลของอากาศซึ่งก่อให้เกิดแรงต้านอย่างมหาศาล ซึ่งอาจทำให้เครื่องยนต์ดับหรือทำให้เครื่องบินสั่นอย่างรุนแรงได้

นักวิจัยของ Lewis ตรวจสอบช่องรับอากาศจาก SR-71 ที่ตกในอุโมงค์ลม 10 x 10 ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2514 ในปีต่อมา พวกเขาได้รวบรวมข้อมูลอากาศพลศาสตร์ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ในอุโมงค์ลม พวกเขายังได้ทดสอบระบบควบคุมไอดีใหม่ที่สร้างขึ้นโดยวิศวกรของ Lewis Bobby Sanders และ Glenn Mitchell ซึ่งใช้ลิ้นกลหลายตัวเพื่อป้องกันไม่ให้สตาร์ทไม่ได้ เป็นครั้งแรกที่มีการทดสอบระบบบนฮาร์ดแวร์ขนาดเต็ม ทีมยังได้ทดสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงเครื่องบิน ระบบไอดี เครื่องยนต์ และระบบควบคุมภายใต้สภาวะปกติและสภาวะปั่นป่วน

ในช่วงฤดูร้อนของปีพ.ศ. 2516 เครื่องยนต์ J-58 ขนาดเท่าจริงกลายเป็นฮาร์ดแวร์ชิ้นแรกที่ได้รับการทดสอบในห้องแรงดัน PSL ที่สองที่เมืองลูอิส นักวิจัยรวบรวมข้อมูลภายใต้เงื่อนไขปกติและผันแปรในปีถัดไป การทดสอบ PSL ยังได้วัดการปล่อยมลพิษจากเครื่องยนต์อีกด้วย เพื่อประเมินการปล่อยมลพิษที่ระดับความสูงจากการบินเหนือเสียง

โปรแกรม YF-12 ยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่าโมเดลขนาดเล็กสามารถนำมาใช้เพื่อออกแบบช่องทางเข้าความเร็วเหนือเสียงขนาดเต็มรูปแบบได้ ข้อมูลการบินถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจถึงผลกระทบของแบบจำลองขนาดเล็กและอุโมงค์ต่อข้อมูลได้ดีขึ้น ที่สำคัญที่สุด โปรแกรม Lewis นำไปสู่การพัฒนาระบบควบคุมดิจิทัลที่ปรับปรุงการตอบสนองของไอดีที่ความเร็วเหนือเสียงต่อการรบกวนการไหล ทำให้เครื่องยนต์แทบจะไม่ต้องสตาร์ทใหม่เลย แนวคิดหลายประการของโครงการถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการออกแบบเครื่องบิน SR-71 ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 และมีส่วนสนับสนุนความพยายามของ NASA ในการสร้างเครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ

โครงการ YF-12 สิ้นสุดลงในปีพ.ศ. 2522 เนื่องจาก NASA เปลี่ยนการมุ่งเน้นไปที่ความสำคัญด้านการบินอื่นๆ ในช่วงเวลานั้น YF-12 ได้ทำการบินวิจัยเกือบ 300 เที่ยวบิน นับเป็นการทดสอบภาคพื้นดินในอุโมงค์ลมของ NASA เป็นเวลา 1 ปี

อัน คัง (ตาม หลักวิศวกรรมที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา