NASA X-59实验飞机在超音速飞行领域掀起一场静悄悄的革命

美国国家航空航天局（NASA）X-59 飞机的地面测试表明，在记录静音音爆方面取得了可喜的进步，为更安静的超音速飞行奠定了基础。X-59 试验飞机是独一无二的--它的设计飞行速度超过音速，但不会产生巨大的音爆。为了证实 X-59 的超音速飞行能力，同时只产生安静的声波"砰砰"声，NASA 需要能够从地面记录这些声音。该机构最近完成了旨在了解进行这些录音所需的设备和程序的测试。

美国国家航空航天局（NASA）的 X-59 静音超音速研究飞机在 2024 年 1 月 12 日在洛克希德-马丁公司位于帕姆代尔（Palmdale）的"臭鼬工厂"（Skunk Works）下线前拍摄的"迷人照片"。图片来源：洛克希德-马丁公司/迈克尔-杰克逊

开创性的地面记录系统

美国国家航空航天局（NASA）的"地毯整体测量"（CarpetDIEM）飞行考察了新一代地面记录系统的质量和坚固性，重点是如何部署这些系统进行 X-59 测试，以及如何检索它们收集到的数据。研究人员在美国宇航局位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心附近的一片 30 英里长的沙漠中总共设立了 10 个麦克风站。

NASA最近完成的一系列测试是希望降低Quesst任务第二阶段之前的风险，该任务将测试X-59实验飞机使音爆更安静的能力。图片来源：NASA/史蒂夫-帕瑟尔

准备和测试阶段

第三次系列飞行（即 CarpetDIEM III）的首席研究员福雷斯特-卡彭特博士说："我们正试图回答一些问题，比如每天需要多少人出去为这些仪器提供服务，如何把数据传回来，需要多少运载工具--所有这些都关系到我们如何运作。我们现在正在学习如何跳舞，这样当我们进入大舞会时，我们就已经准备好了"。

X-59 本身还不能飞行，因此使用美国宇航局阿姆斯特朗分局的一架 F-15 和一架 F-18进行了 20 次超音速飞行测试，速度从 1.15 马赫到 1.4 马赫不等，高度从 40000 英尺到 53000 英尺不等。其中三次测试中，F-18 进行了特殊的倒转俯冲机动，以模拟静音音爆，其中一次测试的静音程度达到了 67 分贝，这是地面观察者对喷气机噪音的感知度量。

Quesst 第二阶段子项目经理兼 Quesst 任务声学验证阶段技术负责人、航空航天工程师 Larry Cliatt 在加利福尼亚沙漠安装地面记录系统。Quesst 任务最近完成了用于记录 X-59 声波的操作和设备测试。这次测试是"地毯整体测定"飞行的第三阶段，简称"地毯测定"（CarpetDIEM）。美国国家航空航天局位于加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心的一架 F-15 和一架 F-18 制造了响亮和柔和的音爆，以验证分布在 30 英里开阔沙漠中的地面记录系统的运行情况。图片来源：NASA/史蒂夫-弗里曼

降低音爆响度

Quesst 声学验证阶段的子项目经理 Larry Cliatt 说："我们预计 X-59 的声震会低至约 75 感知响度分贝。这比协和飞机安静得多，协和式飞机的感知响度分贝超过 100。"

为了测量这些非常安静的砰砰声，"CarpetDIEM"飞行中使用的地面记录系统经过校准，可以测量低至约 50 分贝的感知响度--相当于房间里有一台正在运转的冰箱。

CarpetDIEM III 还验证了自动监控广播的使用，这是所有商用飞机和大多数私人飞机上报告速度和位置的现有技术。该系统可触发地面记录系统开始记录。

Cliatt 说："我们不能让 70 个不同的人在每个仪器箱前工作。我们必须找到一种方法，使这一过程自动化。"

位于加利福尼亚州爱德华兹的美国国家航空航天局阿姆斯特朗飞行研究中心的一个控制室里，CarpetDIEM（整体测量飞行中的地毯测定）第三阶段的首席研究员福雷斯特-卡彭特博士（左）正在监控一项测试。卡彭特旁边是商业超音速技术公司的首席工程师布莱恩-斯特劳夫。第三阶段的 CarpetDIEM 测试了后勤和升级的地面记录系统，为 Quesst 任务的声学验证阶段做准备。图片来源：NASA/史蒂夫-弗里曼

耐用性和效率

记录系统的设计能够抵御沙漠中的各种因素、夏季的酷热和冬季的严寒，并能抵御野生动物的破坏，如啮齿动物、郊狼和狐狸的啃咬。

"当我们进入 Quesst 任务的第二阶段时，我们预计将在长达九个月的时间里进行这些音爆记录，"Cliatt 说。"我们需要能够为如此长时间的部署提供便利的仪器和操作"。

另一个经验教训是，记录站的设置时间仅用了不到一个小时，而预期时间为 2 个半小时。考虑到系统的性能，团队将评估是否需要在第二阶段测试中每天访问所有站点。

合作与协调

该团队还了解了此类研究需要的协调和文件编制程序，既包括与 NASA 阿姆斯特朗环境和安全办公室等内部组织的协调，也包括与外部各方的协调：

美国土地管理局批准使用公共土地进行测试

帮助确保试验场安全的执法部门

美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration）批准 NASA 喷气式飞机在爱德华兹空军基地限制空域外飞行，以进行部分 CarpetDIEM 试验

展望未来

为筹备 Quesst 第二阶段，研究人员预计将于 2024 年举行实践会议，纳入 CarpetDIEM 所有三个阶段的所有经验教训和最佳做法。