NASA X-59超聲速噪聲認證飛行計劃積極推進

超聲速低聲爆技術(shù)是美國高超聲速飛行器研制中面臨的關(guān)鍵技術(shù)之一。NASA的X系列飛機X-59是美國正在研制的超聲速飛行驗證機之一，正積極驗證低聲爆技術(shù)，開展噪聲驗證計劃。其驗證計劃值得關(guān)注。

NASA的X系列飛機X-59 Quesst超聲速低聲爆飛行驗證機面臨很大的進度壓力。如果想要走入正軌，建立期待已久的允許超聲速飛越陸地的噪聲標準，工業(yè)界必須在2024年前拿到該飛機的首次社區(qū)接受飛行的數(shù)據(jù)。

如果拿不到關(guān)于公眾能接受何種程度聲爆水平的數(shù)據(jù)，民用超聲速飛機將繼續(xù)被禁止在地面上以高于Ma1的速度飛行，這將限制下一代超聲速運輸行業(yè)在未來5～10年內(nèi)的經(jīng)濟可行性。

目前進度非常緊張。NASA希望洛·馬臭鼬工廠2021年底從加州棕櫚谷起飛X-59，但有可能會推遲到2022年初。按計劃之后將在加州愛德華茲空軍基地進行包線擴展、聲學(xué)驗證和公眾反應(yīng)初步數(shù)據(jù)收集的飛行。

如果NASA履行2024年底前向國際民用航空組織（ICAO）交付初始數(shù)據(jù)集的承諾，NASA需要2023年時在愛德華茲空軍試驗之外的場所開展第一次社區(qū)接受度飛行，可能在南加州某處。

制定這一時限是為了在2025年初國際民航組織（ICAO）的航空環(huán)境保護委員會（CAEP）第13次會議之前收集到數(shù)據(jù)并分析。CAEP正在制定使飛機通過陸地超聲速飛行認證的途中噪聲標準。

這條路徑已經(jīng)走了很多年。民航組織已經(jīng)致力于聲爆研究15年了，雖然飛機設(shè)計的技術(shù)進步使聲爆（現(xiàn)在稱之為途中噪聲）減輕為重擊聲，但最終認證標準還需要十年才能制定出來。

耗時如此長的原因在于該問題的復(fù)雜性。現(xiàn)有的飛機起降噪聲認證規(guī)定包括測量地面的聲級，再通過分析，恢復(fù)源噪聲，通過基準大氣進行傳播，從而生成認證機構(gòu)所要求的數(shù)據(jù)。

但灣流公司超聲速技術(shù)開發(fā)主管羅比·考阿特（Robbie Cowart）表示這一方法對聲爆不起作用，在6月達拉斯舉行的美國航空航天學(xué)會的航空會議上他說：“隨著爆炸在大氣中傳播，它就失去了特征，不能回溯到噪聲源，也不能在基準條件下傳播這些噪聲。然而，認證程序要求在基準條件下測量。”

在超聲速巡航的飛機附近，聲波信號特征混合了沖擊波和膨脹波。在離飛機越遠的中場和遠場，聲波信號特征開始融合，越來越少，隨后聲爆進入地球邊界層，在邊界層低空湍流將高頻內(nèi)容重新引入聲波特征中，甚至導(dǎo)致聲爆局部集中強化。

羅比·考阿特說：“在湍流的作用下，在20ft外就能得到一個完全不同的聲波信號。”這就提出了一個問題：應(yīng)該在哪一位置測量聲爆？地面還是湍流層之上，還是在中場高度處？還有一個問題是，應(yīng)該鑒定哪種噪聲？應(yīng)鑒定NASA計劃減少的巡航聲爆還是鑒定當飛機加速、減速或機動時產(chǎn)生的集中聲爆？僅測量飛機航之下的噪聲還是測量整個20nm寬的聲爆范圍的噪聲？

當一架飛機被設(shè)計成使航跡下的聲爆最小，可能會增加偏離軌道的噪聲和偏離設(shè)計的噪聲。“我們?nèi)绾我越y(tǒng)一、穩(wěn)健和一致的方式做到這一點？我們應(yīng)如何測量聲爆并使其成本合理？我們必須考慮經(jīng)濟合理性。把飛行測試預(yù)算的20%花在測量途中噪聲上是不合理的。”

上述只是在制定首個聲爆認證標準時CAEP專家需要解決的部分問題。但為了使超聲速航空旅行得以繼續(xù)，最關(guān)鍵的一步仍然是確定公眾能接受何種程度的途中噪聲水平。

為此，NASA正全力以赴爭取在2023年之前收集到足夠的社區(qū)反饋數(shù)據(jù)，到2025年底前完成全美范圍內(nèi)的4～6次飛行任務(wù)。技術(shù)項目副經(jīng)理戴夫·里奇溫（Dave Richwine）承認進度表非常緊張。X-59是一個有截止日期的X系列飛機計劃。