เครื่องบินช่วย NASA พัฒนาเทคโนโลยีการบินความเร็วเหนือเสียง

เครื่องบินขับไล่ YF-12 มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้วิศวกรของ NASA เอาชนะปัญหาเครื่องยนต์ดับและแรงสั่นสะเทือนรุนแรงเมื่อบินด้วยความเร็วเหนือเสียง

เครื่องบินขับไล่ YF-12 สามารถบินได้เร็วกว่าความเร็วเสียงถึงสามเท่า ภาพ: Wikipedia — เครื่องบินขับไล่ YF-12 สามารถบินได้เร็วกว่าความเร็วเสียงถึงสามเท่า ภาพ: *Wikipedia*

ศูนย์วิจัยลูอิสของนาซาในคลีฟแลนด์ใช้เครื่องบินขับไล่ YF-12 เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการบินเหนือเสียง ตามรายงานของ Interesting Engineering ศูนย์วิจัยแห่งนี้ซึ่งเป็นผู้นำด้านการวิจัยระบบขับเคลื่อนการบินมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1940 มุ่งมั่นที่จะพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการบินเหนือเสียงที่ไกลขึ้นและเร็วขึ้น

เครื่องบินเบลล์ เอ็กซ์-1 ที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดสร้างประวัติศาสตร์ในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1947 เมื่อกลายเป็นเครื่องบินลำแรกที่บินได้เร็วกว่าเสียง เปิดประตูสู่การบินเหนือเสียง เครื่องบิน ทหาร หลายลำทำตามแบบอย่างของเบลล์ เอ็กซ์-1 แต่ไม่มีลำใดเทียบได้กับแบล็กเบิร์ดของล็อกฮีด มาร์ติน เครื่องบินล่องหนอันทันสมัย อาทิ เครื่องบินเอ-12 เครื่องบินสกัดกั้นวายเอฟ-12 และเครื่องบินลาดตระเวนเอสอาร์-71 เป็นเครื่องบินรุ่นแรกที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียงได้เป็นระยะเวลานาน พวกมันสามารถบินได้เร็วกว่าเสียงถึงสามเท่าในระดับความสูงเหนือ 80,000 ฟุต อย่างไรก็ตาม การยกระดับเทคโนโลยีนี้ให้เป็นเครื่องบินขนส่งขนาดใหญ่ถือเป็นความท้าทาย เนื่องจากจำเป็นต้องมีข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อเปิดเผยวิธีการทำงานของระบบขับเคลื่อนในระหว่างการบินเหนือเสียง

เพื่อแก้ไขปัญหาที่ตรวจไม่พบในการออกแบบและทดสอบ Blackbird และเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีสำคัญที่เรียกว่าทางเข้าผสมการบีบอัดความเร็วเหนือเสียง กองทัพได้ให้ยืม YF-12 สองลำที่ปลดประจำการในปี 1969 ให้กับศูนย์วิจัยการบิน Dryden (ปัจจุบันคือ Armstrong) ของ NASA ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการร่วมระหว่าง NASA และ USAF เพื่อเปรียบเทียบข้อมูลจากเที่ยวบิน YF-12 กับข้อมูลในอุโมงค์ลมที่ศูนย์วิจัย Ames, Langley และ Lewis ของ NASA

ทีมวิจัยของ Lewis ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับช่องรับอากาศเหนือเสียงในอุโมงค์ลมมาตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1950 และทดสอบหัวฉีดอากาศเหนือเสียงของเครื่องบินสกัดกั้นเดลต้า ดาร์ต ในโครงการใหม่นี้ Lewis รับผิดชอบการทดสอบช่องรับอากาศขนาดเต็มของ YF-12 ในอุโมงค์ลมเหนือเสียงขนาด 10 x 10 และวิเคราะห์เครื่องยนต์ Pratt & Whitney J58 ที่มีแรงขับ 144,567 นิวตัน ณ ห้องปฏิบัติการระบบขับเคลื่อน (Propulsion Systems Laboratory: PSL)

ช่องรับอากาศแบบผสมอัดอากาศช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานเป็นเทอร์โบแฟนที่ความเร็วต่ำและแรมเจ็ตที่ความเร็วสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงแต่ก็อาจเกิดการปั่นป่วนได้ ซึ่งมักทำให้เกิดภาวะที่เรียกว่า "Unstart" (การสตาร์ทเครื่องยนต์ไม่ได้) การสตาร์ทเครื่องยนต์ไม่ได้คือการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของกระแสลมที่ก่อให้เกิดแรงต้านมหาศาล ซึ่งอาจทำให้เครื่องยนต์ดับหรือเครื่องบินสั่นอย่างรุนแรง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยลูอิสได้ทดสอบทางเข้าของเครื่องบิน SR-71 ที่ตกในอุโมงค์ลมขนาด 10 x 10 ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2514 ปีต่อมา พวกเขาได้รวบรวมข้อมูลอากาศพลศาสตร์ภายใต้สภาวะต่างๆ ในอุโมงค์ลม พวกเขายังได้ทดสอบระบบควบคุมทางเข้าแบบใหม่ที่พัฒนาโดยวิศวกรของมหาวิทยาลัยลูอิส บ็อบบี้ แซนเดอร์ส และเกล็นน์ มิตเชลล์ ซึ่งใช้วาล์วเชิงกลหลายตัวเพื่อป้องกันการสตาร์ทไม่ติด นี่เป็นครั้งแรกที่มีการทดสอบระบบด้วยฮาร์ดแวร์เต็มรูปแบบ ทีมวิจัยยังได้ทดสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงเครื่องบิน ทางเข้า เครื่องยนต์ และระบบควบคุมทั้งในสภาวะปกติและสภาวะปั่นป่วน

ในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2516 เครื่องยนต์ J-58 ขนาดเท่าของจริงกลายเป็นฮาร์ดแวร์ชิ้นแรกที่ได้รับการทดสอบในห้องความดัน PSL แห่งที่สองที่สนามบินลูอิส นักวิจัยได้รวบรวมข้อมูลภายใต้สภาวะปกติและสภาวะที่แปรผันในปีถัดมา การทดสอบ PSL ยังได้วัดไอเสียของเครื่องยนต์เพื่อประเมินการปล่อยไอเสียจากการบินเหนือเสียงที่ระดับความสูงมาก

โครงการ YF-12 ยังแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองขนาดเล็กสามารถนำมาใช้ในการออกแบบช่องรับอากาศเหนือเสียงขนาดเต็มรูปแบบได้ ข้อมูลการบินถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของแบบจำลองและอุโมงค์ขนาดเล็กที่มีต่อข้อมูลได้ดียิ่งขึ้น ที่สำคัญที่สุด โครงการของ Lewis นำไปสู่การพัฒนาระบบควบคุมดิจิทัลที่ปรับปรุงการตอบสนองของช่องรับอากาศเหนือเสียงต่อสิ่งรบกวนจากกระแสลม แทบจะขจัดปัญหาเครื่องยนต์สตาร์ทไม่ติด แนวคิดหลายอย่างจากโครงการนี้ถูกนำมาใช้ในการออกแบบ SR-71 ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 และมีส่วนช่วยในการพัฒนาเครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงของ NASA ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา

โครงการ YF-12 สิ้นสุดลงในปี พ.ศ. 2522 ขณะที่ NASA หันไปให้ความสำคัญกับภารกิจการบินอื่นๆ แทน ณ เวลานั้น YF-12 ได้บินวิจัยไปแล้วเกือบ 300 เที่ยวบิน และทำการทดสอบภาคพื้นดินในอุโมงค์ลมของ NASA เสร็จสิ้นไปหนึ่งปีแล้ว

อัน คัง (ตาม วิศวกรรมที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา