مساهمات مركز أبحاث أميس في طائرة X-59 الأسرع من الصوت

ترجمة وإعداد/ م. عبد المجيد أمين الجندي Abdul-Majid Elgendy .

 

لم يتغير الكثير في تصميم وتكنولوجيا الطائرات التجارية خلال الخمسين عامًا الماضية. هذا على وشك أن … حسنًا … يتغير بفضل الجهود المبذولة لتصميم الطائرات التجارية المستقبلية القادرة على إسكات وتخفيض صدمة اختراق حاجز الصوت Sonic Booms لأنها تطير أسرع من سرعة الصوت.

 

السفر الأسرع من الصوت رائع كما يبدو. تخيل أنك تحلق على متن طائرة تطير أسرع من سرعة الصوت ، مما يقلل وقت السفر من الساحل إلى الساحل إلى النصف. هذا الشيء موجود حاليًا فقط في أحلام مصممي الطائرات. وبينما لن يركب أي راكب على متن الطائرة X-59 Quiet SuperSonic Technology أو اختصارا QueSST التابعة لناسا ، فإن الطائرة التجريبية تقرب الوكالة أكثر من أي وقت مضى لجعل السفر التجاري الهادئ والفوق صوتي Supersonic Travel فوق الأرض حقيقة واقعة.

 

يمتلك مركز أبحاث أميس Ames Research Center التابع لوكالة ناسا في وادي السيليكون Silicon Valley بكاليفورنيا California عقودًا من الخبرة في البحث العلمي حول الطيران الأسرع من الصوت Supersonic Flight ، بما في ذلك الجهود العديدة في إطار مشروع التكنولوجيا التجارية الأسرع من الصوت Commercial Supersonic Technology project أو اختصار CST – وقد ذهب الكثير منها إلى التصميم الفريد لـلطائرة X-59 . تغطي هذه الجهود العديد من المجالات المتعلقة بالبحوث العلمية الأسرع من الصوت Supersonic Research ، بما في ذلك استخدام تقنية التصوير أو التمثيلات المرئية Visualization Technology المتطورة لدراسة موجات الصدمة Shockwaves ، واستخدام أنفاق الرياح Wind Tunnels الفريدة ، ومرافق الحوسبة الفائقة أو السوبركومبيوتر Supercomputing Facilities ، وخبرة هندسة الأنظمة Systems Engineering . هذه ليست سوى عدد قليل من مجالات البحث العديدة لتحقيق هدف التكنولوجيا التجارية الأسرع من الصوت CST والطائرة X-59 QueSST ، والذي يتضمن أيضا العرض النهائي Demonstration للتحليق الأسرع من الصوت فوق الأرض.

.

ديناميكا الموائع الحاسوبية Computational Fluid Dynamics

 

عندما انتهت شركة لوكهيد مارتن سكونك ووركس Lockheed Martin Skunk Works في بالمديل Palmdale بكاليفورنيا من تصميم طائرة X-59 ، قاموا بتشغيل أفكارهم باستخدام برنامج محاكاة ثلاثي الأبعاد 3D Simulation Software عالي الدقة من تطوير مركز أميس Ames على أجهزة كمبيوتر سوبر/عملاقة Supercomputers متعددة في أميس Ames (بلاياديس/الثريا Pleiades وإليكترا Electra وإنديفور/السعي Endeavour). التحسينات الأخيرة في البرنامج مكّنت المهندسين من الحصول على بيانات محاكاة حول خصائص الرحلة ومستويات الضوضاء Noise Levels وبشكل أسرع – وأحيانًا أسرع بخمس مرات.

 

مع عدم وجود بيانات طيران X-59 – حتى الآن – تعد محاكاة الكمبيوتر هي ثاني أفضل شيء لبناء الثقة في التنبؤات الخاصة بأدائها الأسرع من الصوت. عملت الفرق في أميس Ames ومركز لانجلي للأبحاث Langley Research Center التابع لناسا في هامبتون Hampton ، فيرجينيا Virginia ، معًا لضمان أن تؤدي أكواد البرامج Software Codes المتعددة إلى تنبؤات متشابهة حول مدى ارتفاع صوت X-59 في بيئات مختلفة. على سبيل المثال ، فهم يعرفون أن التغيرات في قوة الصدمة الصوتية Boom تكون بناءً على الغطاء السحابي ورطوبة المناطق الواقعة أسفل مسار الرحلة ، ويمكنهم تقديم المعلومات إلي الطيار في قمرة القيادة والتي يمكن أن تساعد في توجيه الطائرة إلى المناطق التي قد يكون فيها الصدمة الصوتية Boom أكثر هدوءًا. تُنشئ المحاكاة الحاسوبية لديناميكيات الموائع Computational Fluid Dynamics Simulations أيضًا تصورات لمفهوم الطائرة X-59 وتساعد الباحثين على تحديد أجزاء الطائرة التي تولد موجات الصدمة Shockwaves التي تساهم في الفرقعة الصوتية أسفل الطائرة.

 

تعمل ناسا عن كثب مع شركة لوكهيد مارتن Lockheed Martin لإنشاء قاعدة بيانات كبيرة للمحاكاة الحسابية لديناميكيات السوائل للتحقق من الأداء الأسرع من الصوت Supersonic Performance للطائرة. تتضمن قاعدة البيانات عمليات محاكاة لجميع التركيبات Combinations الممكنة من الإعدادات والمتغيرات Settings التي يستخدمها الطيار للتحكم في الطائرة و تتضمن ظروف الطيران التي قد تواجهها. تعد قاعدة البيانات هذه ضرورية لتوفير البيانات لأداة تخطيط الطيران Flight-Planning Tool التي يتم استخدامها لمساعدة الطيارين وتعليمهم كيفية قيادة الطائرة X-59 ، حتي قبل أن تطير الطائرة فعليا. من هناك ، يمكن للباحثين تحديد ظروف الطيران Flight Conditions الأفضل لتقليل الضوضاء عند بدء رحلات تجريبية تجريبية فوق مدن أمريكية مختارة. ستوفر هذه الرحلات أيضًا فرصًا لجمع البيانات حول استجابات المجتمع ومراجعتها والتحقق منها. ستشارك ناسا البيانات مع المنظمين Regulators الأمريكيين والدوليين الذين سيستخدمونها عند النظر في القواعد الصوتية Sound-Based Rules الجديدة للطيران الأسرع من الصوت Supersonic Flight فوق الأرض. يمكن للقواعد الجديدة أن تمكن أسواق البضائع التجارية والركاب الجديدة من السفر الجوي بشكل أسرع من الصوت.

.

اختبار نفق الرياح Wind Tunnel Testing

 

يعتقد بعض الباحثين أن ديناميكيات السوائل الحاسوبية Computational Fluid Dynamics بمثابة اختبار افتراضي لنفق الرياح Wind Tunnel Test . لحسن الحظ ، أجرى أميس Ames آلاف الساعات من الاختبارات الأسرع من الصوت باستخدام أنفاق الرياح الفعلية منذ الخمسينيات. تعتبر منشأة نفق الرياح الأسرع من الصوت Supersonic Wind Tunnel بمقاس 9 × 7 أقدام جزءًا من مجمع نفق الرياح الموحد Unitary Plan Wind Tunnel complex في أميس Ames حيث تم تصميم واختبار أجيال من الطائرات التجارية والعسكرية ومركبات الفضاء التابعة لناسا ، بما في ذلك مكوك الفضاء Space Shuttle .

 

إحدى الطرق للتأكد من أن الطائرة X-59 ستعمل على النحو المنشود هي “الطيران Fly” بنسخ أصغر من الحجم الحقيقي في نفق الرياح. وبينما يتدفق الهواء الأسرع من الصوت فوق النماذج الصغيرة المصممة بدقة ، يمكن للمهندسين أخذ قياسات لموجات الضغط Pressure Waves والتأكد من أن الطائرة تتصرف بالشكل المتوقع ، فبعض النماذج يبلغ طولها أقل من خمس بوصات ، بينما يمتد البعض الآخر إلى أكثر من ستة أقدام.

 

ولكن حتى في القرن الحادي والعشرين ، مع كل خبرتنا التقنية ، فإن قياس التدفق الأسرع من الصوت للهواء Supersonic Airflow فوق نموذج طائرة في نفق هوائي هو عملية غير مؤكدة. حتى إجراء نفس الاختبار بنفس النموذج يمكن أن يؤدي إلى نتائج مختلفة قليلاً في أيام مختلفة لأن تدفقات الهواء في الأنفاق ليست مثالية. ضع النموذج في نفق هوائي آخر وستحصل على نسخة مختلفة قليلاً من البيانات.

 

هذا هو السبب في أن مركز أميس Ames يواصل المساهمة بخبرته في عمليات نفق الرياح لدعم الطائرة X-59 . تعاقد مركز أميس Ames مع شركة بناء نماذج تسمي (Tri Models, Inc.) في هنتنجتون بيتش Huntington Beach ، كاليفورنيا ، لتصميم وتصنيع نموذج صغير بطول 19 بوصة للطائرة X-59 لاختباره في نفق الرياح والصدمة الصوتية Sonic Boom Wind Tunnel . تم إجراء الاختبار الأول لهذا النموذج في عام 2021 م، في نفق الرياح الأسرع من الصوت Supersonic Wind Tunnel (بمقاس 8 × 6 أقدام) الخاص بمركز أبحاث جلين Glenn Research Center التابع لناسا في كليفلاند Cleveland .سيتم الاختبار الثاني في عام 2022 م في أنفاق الرياح الأسرع من الصوت في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية جاكسا JAXA ، بموجب تعاون أُعلن عنه مؤخرًا ، مما سيسمح للباحثين بمقارنة نتائج اختبارات نفس النموذج صغير الحجم.

.

هندسة النظم Systems Engineering

 

مهندسو النظم Systems Engineers مسؤولون عن النظر في جميع أجزاء النظام المعقد ثم معرفة كيفية ربط هذه الأجزاء ببعضها البعض. باختصار ، إنهم ينظرون إلى الصورة الكبيرة. مهندسو النظم مسؤولون عن تصميم وإعداد وتتبع المتطلبات والتنفيذ والتقييم والإدارة الفنية والعمليات وانتهاء العمر الافتراضي للنظام. بدونهم ، مشروع مثل الطائرة X-59 لن يترك الأرض ، ناهيك عن أن يترك لوحة الرسم.

 

في أميس Ames ، يركز مهندسو الأنظمة على ضمان أن الأنظمة المختلفة مثل النظام الفرعي لدعم الحياة Life Support Subsystem – الذي يزود الطيار بالأكسجين – ونظام هروب الطاقم Crew Escape System – الذي من شأنه إخراج مقعد الطيار في حالة الطوارئ – وكذلك أنظمة التحكم في توزيع الطاقة و أنظمة تسجيل البيانات “يتحدثون” مع بعضهم البعض ويعملون على النحو المنشود. بالإضافة إلى ذلك ، تتم إدارة وتعقب كتلة Mass مكونات الرحلة وصلاحيتها للطيران Airworthiness وتأهيلها من قبل مهندسي الأنظمة في أميس.

.

اختبار تصنيع المكونات Test Component Manufacturing

 

قام المهندسون في أميس بتصنيع حوامل Mounts متخصصة لاختبار بعض مكونات الطيران لأنظمة دعم الحياة Life Support Systems للطائرة X-59 واحدًا تلو الآخر في غرف اختبار متخصصة في المختبر البيئي Environmental Laboratory في مركز أرمسترونج لأبحاث الطيران Armstrong Flight Research Center التابع لوكالة ناسا في إدواردز Edwards ، كاليفورنيا. مكنت الحوامل المهندسين من اختبار مدى جودة أداء مكونات نظام دعم الحياة في ظل الاهتزازات والضغوط ودرجات الحرارة التي يمكن أن تتعرض لها الطائرة. هذه الأجزاء ليست موجودة على متن الطائرة النهائية ، لكنها مكنت المهندسين من تأهيل المكونات للطيران.

.

مراحل فارقة Milestones

 

  • تخطط ناسا لتقديم نتائج رحلات الطيران فوق المجتمعات إلى منظمة الطيران المدني الدولي International Civil Aviation Organization وإدارة الطيران الفيدرالية Federal Aviation Administration في عام 2027 م. وبوجود هذه المعلومات في متناول اليد ، سيكون المنظمون Regulators قادرين على تحديد ما إذا كان ينبغي إجراء تغيير في القواعد التي تحظر الطيران الأسرع من الصوت فوق الأرض – القرار المتوقع في عام 2028 م.

 

  • تخطط ناسا لتحليق الطائرة X-59 QueSST فوق مجتمعات محددة لجمع معلومات حول كيفية إدراك الجمهور للضوضاء الهادئة التي تم تصميم X-59 لإنتاجها (أوائل عام 2024 م).

 

  • ناسا ستجري رحلات تحقق صوتية Acoustic Validation Flights (عام 2023 م).

 

  • ستنتهي الاختبارات الأرضية Ground Testing الرئيسية في أوائل عام 2022 م، مما سيحدد التاريخ المستهدف للرحلة الأولى (في أواخر عام 2022 م).

 

  • وافقت وكالة ناسا وجاكسا على إجراء قياسات مستقلة لنفق الرياح علي نفس النموذج الصغير من X-59 ، ومقارنة النتائج (2022 م).

 

  • أكملت ناسا ولوكهيد مارتن تجميع الطائرة X-59 (عام 2021 م).

 

  • اختبار نفق الرياح في مركز جلين (سبتمبر 2021 م).

 

  • استمر البناء بجدية حيث اجتاز المشروع مراجعة التصميم الحرجة Critical Design Review في أكتوبر 2019 م، و اجتاز مراجعة رئيسية أخرى لإدارة البرنامج (ديسمبر 2019 م).

 

  • تم تسليم الأجزاء الأولية المصنعة إلى شركة Lockheed Martin Skunk Works (نوفمبر 2018 م).

 

  • أجريت حملة بحثية لسلسلة رحلات الطيران الأسرع من الصوت الهادئة Quiet Supersonic Flight فوق جالفيستون Galveston ، تكساس Texas (نوفمبر 2018 م).

 

  • أكملت وكالة ناسا مراجعة التصميم الأولية Preliminary Design Review لتصميم طائرتها QueSST . والطائرة QueSST هي مرحلة التصميم الأولية للطائرة التجريبية X-59 المخطط لها والتابعة لناسا (يونيو 2017 م).

 

  • اختارت ناسا فريقًا بقيادة شركة لوكهيد مارتن للملاحة الجوية Lockheed Martin Aeronautics Company في بالمديل ، كاليفورنيا ، لإكمال التصميم الأولي Preliminary Design لـلطائرة QueSST. تم تنفيذ العمل بموجب أمر مهمة Task Order وفقًا لعقد أبحاث وتكنولوجيا الفضاء الأساسي والتطبيقي Basic and Applied Aerospace Research and Technology (BAART) في لانجلي. يضم فريق لوكهيد مارتن Lockheed Martin مقاولين من الباطن وهم شركة GE Aviation of Cincinnati وشركة Tri Models Inc. في هنتنجتون بيتش ، كاليفورنيا. (فبراير 2016 م).

 

  • بدأت ناسا سلسلة من اختبارات نفق الرياح الأسرع من الصوت Supersonic Wind Tunnel Tests لمفاهيم الطائرات الأسرع من الصوت Supersonic Aircraft Concepts في المرحلة الأولى Phase I لشركة لوكهيد مارتن وبوينج باستخدام نفق الرياح الأسرع من الصوت 9 × 7 أقدام في أميس كجزء من عمليات التحقق من الأنظمة التجريبية للمشروع الذي يطلق عليه: جهود عمليات التحقق من صحة الأنظمة التجريبية لطائرات النقل التجاري N + 2 الأسرع من الصوت Experimental Systems Validations for N+2 Supersonic Commercial Transport Aircraft (من 2010 إلي 2013 م).

.

الجهات المتعاونة Collaborators

 

مجتمعة ، تنتشر هذه المهمة عبر ثلاثة مشاريع داخل مديرية مهام أبحاث الطيران Aeronautics Research Mission Directorate التابعة لناسا. وهي تشمل مشروع التكنولوجيا التجارية الأسرع من الصوت Commercial Supersonic Technology والذي تتم إدارته بواسطة مركز لانجلي في ناسا ، ومشروع عروض وقدرات الطيران Flight Demonstrations and Capabilities والذي تتم إدارته بواسطة مركز أرمسترونج ، ومشروع عرض الطيران بالفرقعة المنخفضة Low Boom Flight Demonstrator ، المسؤول عن الطائرة X-59 نفسها ، التي تتم إدارته من مقر ناسا في واشنطن.

 

يتم تنظيم عناصر مهمة عرض الطيران بالفرقعة المنخفضة Low Boom Flight Demonstrator التابعة لناسا ضمن اثنين من برامج الطيران التابعة للوكالة – برنامج المركبات الجوية المتقدمة Advanced Air Vehicles Program وبرنامج أنظمة الطيران المتكامل Integrated Aviation Systems Program – ويشرف عليها مكتب تكامل المهام Mission Integration Office الذي يشمل أعضاؤه كلا البرنامجين وجميع برامج ناسا الأربعة التابعة للمراكز الميدانية لبحوث الطيران Aeronautical Research Field Centers وهي : لانجلي Langley ، جلين Glenn ، أميس Ames ، وأرمسترونج Armstrong .

 

تعتمد الطائرة X-59 أيضًا على خبرة المتعاونين الدوليين في جاكسا JAXA والمقاولين هنا الولايات المتحدة ، بما في ذلك لوكهيد مارتن Lockheed Martin ، التي تقوم ببناء الطائرة في منشأة Skunk Works في بالمديل ، كاليفورنيا ، وفريق من المقاولين من الباطن وهما شركة GE Aviation of Cincinnati وشركة TriModels Inc. في هنتنجتون بيتش ، كاليفورنيا.

.

مرجع

 

1- Ames’ Contributions to the X-59 Quiet SuperSonic Technology Aircraft – NASA – Mar 21, 2022.

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

 

مواضيع ذات صلة

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

  1. كتاب : مركبة التنين الفضائية (دراجون) المأهولة Crew Dragon

.

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق