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空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)和空軍科學(xué)研究辦公室 (AFOSR) 計(jì)劃今晚在弗吉尼亞州直播火箭發(fā)射，以高達(dá) 6 馬赫的速度對(duì) Bolt II 飛行系統(tǒng)進(jìn)行高超音速測(cè)試。
博爾特實(shí)驗(yàn)旨在更好地了解邊界層過(guò)渡和湍流，它們是導(dǎo)致高超音速下大量熱量積聚的原因——這是在風(fēng)洞中研究的一個(gè)眾所周知的難題。結(jié)果可能會(huì)極大地影響未來(lái)高超音速飛行器的設(shè)計(jì)，從高超音速武器到潛在的高超音速客機(jī)。
正如昆士蘭大學(xué)高超音速研究員克里斯詹姆斯向The Conversation解釋的那樣，當(dāng)飛機(jī)在空中移動(dòng)時(shí)，表面周圍會(huì)形成一層薄薄的空氣“邊界層”，并被拖到飛機(jī)上。在飛機(jī)的前緣，這個(gè)邊界層會(huì)呈現(xiàn)出一種平滑的“層流”流動(dòng)，但隨著邊界層向后延伸，它會(huì)退化成一種劇烈的、混亂的湍流。
這種湍流在高超音速下會(huì)產(chǎn)生巨大的阻力和熱量，事實(shí)證明，工程師很難預(yù)測(cè)飛機(jī)表面的層流和湍流之間的這些過(guò)渡將發(fā)生在哪里。因此，很難知道如何在設(shè)計(jì)中減少阻力和發(fā)熱，也很難知道在哪里放置最嚴(yán)重的熱屏蔽，或者在哪里放置最敏感的組件。
AFOSR 負(fù)責(zé)高速空氣動(dòng)力學(xué)的項(xiàng)目官員 Sarah Popkin 博士在一份新聞稿中說(shuō)：“湍流會(huì)增加車輛大部分區(qū)域的熱量。” “在最前沿發(fā)生了很多熱量，但這一切都發(fā)生在一個(gè)非常集中的區(qū)域。湍流會(huì)導(dǎo)致幾乎整個(gè)車輛表面產(chǎn)生熱量，因此現(xiàn)在您不得不擔(dān)心保護(hù)內(nèi)部電子設(shè)備和類似的東西免受熱量影響，并且能夠理解和預(yù)測(cè)與加熱相關(guān)的湍流將有所幫助我們?cè)O(shè)計(jì)更好的高超音速飛行器。熱量是高超音速所有問(wèn)題的根源。”
Bolt 的第一次試飛失敗了 600 萬(wàn)美元。其火箭發(fā)射機(jī)制的問(wèn)題使其無(wú)法達(dá)到高超音速。那次飛行已經(jīng)過(guò)詳盡的分析，團(tuán)隊(duì)相信 Bolt II 不會(huì)有同樣的問(wèn)題。
Bolt II 將使用兩級(jí)探空火箭從 NASA 位于弗吉尼亞州的 Wallops 飛行設(shè)施發(fā)射，搭載 400 多個(gè)傳感器和儀器。車輛設(shè)計(jì)有凹面和掃過(guò)的前緣。一側(cè)是光滑的，旨在研究光滑的表面過(guò)渡和湍流。另一方使用“離散粗糙度行程”來(lái)研究強(qiáng)制過(guò)渡和湍流。將部署大氣和平流層氣球，以收集有關(guān)車輛將飛過(guò)的確切條件的數(shù)據(jù)。
Bolt II 的飛行時(shí)間不到 10 分鐘。它將在一次實(shí)驗(yàn)中達(dá)到 6 馬赫，達(dá)到 281 公里(175 英里)的最高高度，然后翻轉(zhuǎn)并返回地球，在下降過(guò)程中達(dá)到 5.5 馬赫進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)。
研發(fā)公司 CUBRC 的 Aaron Dufrene 博士說(shuō)：“我們有獨(dú)特的機(jī)會(huì)使用飛行儀表飛行硬件在幾個(gè)不同條件下在風(fēng)洞中測(cè)試飛行器，然后出去飛行。” “我們?cè)谒淼乐蝎@取數(shù)據(jù)的傳感器，我們將能夠與飛行中的傳感器進(jìn)行比較。這是第一次發(fā)生這樣的事情。”
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