喷气大水牛——NASA的AWJSRA和QSRA实验机

军心安营扎寨 2024-09-02 01:24:50

冷门飞行器136

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QSRA航母降落

DHC-5 水牛

DHC-5

加拿大德哈维兰 DHC-5 水牛( Buffalo )是一种短途起降 (STOL) 涡轮螺旋桨运输机,由早期的活塞动力 DHC-4 驯鹿(Caribou )发展而来。该飞机具有非凡的 STOL 性能,能够在比大多数轻型飞机短得多的距离内起飞。

DHC-5

DHC-5

DHC-5源于 1962 年美国陆军对能够携带与 CH-47A 支奴干直升机相同有效载荷的 STOL 运输机的要求,1963年加拿大德哈维兰方案获胜,1964年首飞。水牛携带的有效载荷几乎是驯鹿的两倍,同时具有更好的 STOL 性能。陆军非常满意,但1967年陆军的运输机任务被重新分配给空军,而空军认为已经拥有了足够的C-123运输,不需要水牛,因此没有大量在美军服役。水牛在美军的编号最初为CV-7A,后来改为C-8A。

陆军的CV-7A

NASA的两架水牛研究机

这架优秀的短距起降运输机虽然错过了空军,但没有被NASA的法眼漏掉。NASA的埃姆斯实验室一共改造了两架水牛,用于新型短距起降技术的开发。

水牛和研究机的三视图

AWJSRA

NASA和加拿大政府于 1965 年开始了一项关于增强机翼概念的合作研究计划,随后准备建造一架技术验证机。

1972 年,NASA选择了 C-8A 水牛(后来在 1976 年更名为野牛 Bisontennial)改装用于增强翼喷气式 STOL 研究,称为AWJSRA(Augmented Wing Jet-flap STOL Research Aircraft)。修改由波音、德哈维兰加拿大和罗尔斯罗伊斯加拿大公司合作完成。AWJSRA是世界上第一架喷气式 STOL 实验运输机。

NASA减少了机翼的跨度,以对应预期的机翼载荷。它还具有全跨度前缘缝翼、气吹副翼和双表面襟翼,包围着一个文丘里形通道。原有的涡轮螺旋桨发动机被罗-罗斯佩 801 SF(分流)旁路发动机所取代,这个发动机带有一个新的旁路管道,该管道将热流和冷流分开,为动力升力系统提供推进和增强气流。

起飞,发动机喷嘴向后

降落,发动机喷嘴向下

热流通过类似鹞式的发动机的旋转喷嘴喷出,发动机的喷气排气可以从水平线以下 6 度到 104 度进行矢量变化。在襟翼下冲洗偏转。冷流被引导到襟翼文丘里管,喷出后可携带额外的气流。两侧襟翼的管道是互通的,以在单发失效情况下维持升力平衡。阿姆斯中心在 40 x 80 英尺的风洞和先进飞机飞行模拟器上进行了广泛的测试,以开发这种增强器襟翼。

AWJSRA于1972 年完成首飞,随后开始飞行测试,这架飞机被 NASA 艾姆斯研究中心和加拿大工业、贸易和商业部联合用于 STOL 研究。AWJSRA的短距起降能力是成功的,标准进近速度是 60 节,也尝试了低至 50 节的速度。 1000 英尺高的障碍物上起飞和着陆的距离小于 50 英尺!

在飞行测试证明动力升力设计后,在 机翼安装了数字控制和显示系统 (STOLAND),以提供高级控制能力,以及为 STOL 操作提供控制和导航研究的能力。该系统中俯仰、滚动和偏航以及推力和推力偏转均由计算机控制,以及用于精确引导的电子低头显示器反馈状态。

改进后的 AWJSRA 用于评估飞行质量标准、增强控制和飞行指挥概念。这些测试得出了飞行质量 着陆进近和着陆复飞期间飞行路径和速度控制的设计标准。这些标准被用于空军制定 STOL 运输机的规范,并最终应用于 C-17 军用运输的设计。

QSRA

QSRA

埃姆斯第二个水牛研究项目在AWJSRA 首飞六年之后开始,称为QSRA安静短途研究飞机 (Quiet Short-Haul Research Aircraft) 是 STOL 运输机研究的最后一架实验机。

QSRA试飞中

这架改进水牛的一个主要目标是在尽可能低的噪声水平下实现 STOL 性能。这在STOL飞机获得适航批准方面非常重要。

QSRA

这架飞机使用了上表面吹气 (USB)提升短距离起飞着陆性能,最终超过了所有竞争设计。QSRA 由波音公司从C-8A水牛运输机改造。采用四个喷气发动机,其排气口直接通过机翼的上表面和弯曲的襟翼。通过 Coanda 效应,一部分推进力被偏转为推进升力,而与流经机翼的高速排气相关的循环则进一步增强了升力。

QSRA实现方式

QSRA

在埃姆斯40 x 80 英尺风洞和高级飞机飞行模拟器的测试中,波音再次优化了USB设计。 1978 年中期QSRA完成首次飞行。约翰·科克伦(John Cochrane) 领导了该项目,并与他的团队提前完成了概念验证阶段。

埃姆斯中心的QSRA实验团队

在初始性能和稳定性与控制测试阶段,飞机在升力水平上实现了稳定飞行,升力水平是传统飞机的三倍,尽管获得的升力水平略低于风洞测试中达到的升力水平。在 500 英尺高度的边线下获得了 90 EPNdB(随机感知噪声)的噪声水平,这是所有喷气式 STOL 运输设计中达到的最低水平。

QSRA

航母起降实验

“这架飞机的噪音足迹比同类传统喷气式运输机要小得多。QSRA 进一步展示了其 STOL能力。NASA还在小鹰号( U.S.S. Kitty Hawk) 航空母舰上进行了起降测试,不需要弹射器和着陆拦阻装置即可完成航母起降。

QSRA展示了这种高升力 USB 技术对未来运输机的适用性。测试的结果表明,与目前的机翼/襟翼设计相比,在较低的推重比下,有效载荷大幅增加或减少跑道长度。波音为了向潜在用户展示,开展了一项飞行演示计划,向军方和民间用户介绍高性能、安静的 STOL 运输机技术。

QSRA驾驶舱

后来,QSRA作为与日本国家航空航天实验室技术交流计划的一部分,日本飞行员参与了 QSRA,NASA的飞行员则试飞了日本 STOL 运输机 ASKA,ASKA同样是是一种四引擎、上表面气吹的襟翼设计。QSRA 后来配备了数字电传操纵系统以及平视显示器。

QSRA

铺路者

QSRA和NSSA的研究机群

此后波音将高升力 USB 技术应用在YC-14短距起降运输机,以及随后投标了C-X重型运输机的方案上,但波音的C-X最终没有中标,麦道的C-17赢得了合同。

YC-14

空军此后根据AWJSRA和 QSRA 的研究飞行的结果为 C-17 运输机制定了飞行质量规格。来自空军和麦道的 C-17 联合测试小组的飞行员在试飞了 QSRA,以评估飞行路径控制增强和平视显示器。这些测试的结果最终被纳入 C-17 设计中。@nordland 今日头条 原创首发

C-17

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