항공기, NASA 초음속 비행 기술 개발에 도움

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YF-12 전투기는 NASA 엔지니어들이 초음속으로 비행할 때 발생하는 엔진 정지 및 심각한 진동 문제를 극복하는 데 큰 도움이 되었습니다.

YF-12 전투기는 음속보다 3배 빠르게 비행할 수 있습니다. 사진: 위키피디아 — YF-12 전투기는 음속보다 3배 빠르게 비행할 수 있습니다. 사진: *위키피디아*

Interesting Engineering 에 따르면, 클리블랜드에 있는 NASA 루이스 연구 센터는 YF-12 전투기를 사용하여 초음속 비행 기술을 개발했습니다. 1940년대부터 항공 추진 연구 분야를 선도해 온 이 센터는 더 길고 빠른 초음속 비행을 위한 기술 향상을 추구했습니다.

로켓 추진 방식의 벨 X-1은 1947년 10월, 음속을 뛰어넘는 최초의 항공기로 기록되며 초음속 비행의 문을 열었습니다. 벨 X-1 이후 많은 군용기 가 등장했지만, 록히드 마틴의 블랙버드에 필적할 만한 기종은 없었습니다. A-12, YF-12 요격기, SR-71 정찰기 등 날렵한 스텔스 항공기들이 초음속으로 장시간 순항하는 데 성공한 최초의 항공기들이었습니다. 이 항공기들은 8만 피트(24,000m) 이상의 고도에서 음속의 세 배에 달하는 속도로 비행할 수 있었습니다. 그러나 이 기술을 대형 수송기로 업그레이드하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 초음속 비행 중 추진 시스템의 작동 방식을 파악하려면 더 많은 데이터가 필요하기 때문입니다.

블랙버드의 설계 및 시험 과정에서 발견되지 않은 문제를 해결하고 초음속 압축 혼합 입구로 알려진 핵심 기술을 발전시키기 위해 군은 1969년에 퇴역한 두 대의 YF-12를 NASA의 드라이덴(현재의 암스트롱) 비행 연구 센터에 임대했습니다. 이는 YF-12 비행 데이터를 NASA의 에임스, 랭글리, 루이스 연구 센터의 풍동 데이터와 비교하는 NASA-USAF 합동 프로젝트의 일환이었습니다.

루이스 팀은 1950년대 초부터 풍동에서 초음속 흡기구를 연구해 왔으며, 델타 다트 요격기의 초음속 노즐을 시험해 왔습니다. 이 새로운 프로젝트에서 루이스는 10x10 크기의 초음속 풍동에서 YF-12의 실물 크기 흡기구를 시험하고, 추진 시스템 연구소(PSL)에서 144,567뉴턴 추력의 프랫앤휘트니 J58 엔진을 분석하는 업무를 담당하고 있습니다.

혼합 압축 흡기 시스템은 엔진을 저속에서는 터보팬, 고속에서는 램젯으로 작동시킬 수 있도록 합니다. 이는 매우 효율적이지만 난류에 취약하여 종종 "시동 불량"이라는 현상을 유발합니다. 시동 불량은 공기 흐름의 급격한 변화로 인해 엄청난 항력이 발생하여 엔진이 정지하거나 항공기가 심하게 흔들리는 현상을 말합니다.

루이스 연구원들은 1971년 11월, 10x10 크기의 풍동에서 추락한 SR-71의 흡입구를 시험했습니다. 이듬해, 그들은 풍동의 다양한 조건에서 공기역학 데이터를 수집했습니다. 또한 루이스 엔지니어인 바비 샌더스와 글렌 미첼이 개발한 새로운 흡입구 제어 시스템도 시험했습니다. 이 시스템은 시동 불량을 방지하기 위해 여러 개의 기계식 밸브를 사용했습니다. 이 시스템이 실제 크기의 하드웨어에서 시험된 것은 이번이 처음이었습니다. 연구팀은 또한 정상 및 난류 조건에서 기체, 흡입구, 엔진, 그리고 제어 시스템 간의 상호 작용을 시험했습니다.

1973년 여름, 실물 크기의 J-58 엔진이 루이스에 있는 두 번째 PSL 압력 챔버에서 시험된 최초의 하드웨어가 되었습니다. 연구원들은 이듬해 정상 및 가변 조건에서 데이터를 수집했습니다. PSL 시험은 또한 초음속 비행의 고고도 배출가스를 평가하기 위한 노력의 일환으로 엔진 배기가스 측정에도 사용되었습니다.

YF-12 프로그램은 또한 소형 모형을 사용하여 실물 크기의 초음속 흡입구를 설계할 수 있음을 보여주었습니다. 비행 데이터는 소형 모형과 터널이 데이터에 미치는 영향을 더 잘 이해하는 데 사용되었습니다. 가장 중요한 것은 루이스 프로그램을 통해 초음속 흡입구의 유동 교란에 대한 응답성을 개선하여 엔진 재시동을 사실상 없앤 디지털 제어 시스템 개발로 이어졌다는 것입니다. 이 프로그램의 많은 아이디어는 1980년대 초 SR-71 설계에 사용되었으며, 수십 년 동안 NASA의 초음속 여객기 개발 노력에 기여했습니다.

YF-12 프로그램은 NASA가 다른 항공 분야에 집중하면서 1979년에 종료되었습니다. 당시 YF-12는 거의 300회의 연구 비행을 수행하며 NASA 풍동에서 1년간의 지상 시험을 완료했습니다.

안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)

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