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驾着滑翔机“飘”上平流层-Perlan project

已有 5717 次阅读 2016-3-1 19:22 |个人分类:浮空器|系统分类:科普集锦| 世界纪录, Project, 滑翔机, 平流层, perlan

     本文虽然介绍的不是浮空器,但是读完你就会感觉参加perlan project的这些人一定与浮空器领域的学者有着同样的情怀。



      滑翔机飞行员依靠山岳波(mountain wave)冲浪始于1932年。该过程就想在海上冲浪一样,唯一不同的是滑翔机冲浪是处于地形波之中,而不是像冲浪一样在海浪的表面运动。NASA的试飞员Einar Enevoldson曾发现证据表明:在冬天,接近极地的区域,地形波可以扩展到对流层以上直达平流层。以前从未有人研究过冬天里亚极地区域平流层的气流。1992年到1998年之间,他搜集了更多的证据表明这个气流是存在的,而且强大到足够将一架滑翔机提升到客观的高度。1998年,伊丽莎白.奥斯丁博士加入了研究的队伍。她发现极地气旋,和它的主要组成部分,平流层极夜急流,仅仅冬天才存在,可以提供高速的平流层气流以掀起难以置信的“巨浪”。普兰项目目标就是去研究这些气流,以及利用它们达到太空边缘。


      普兰计划可以分为三个阶段:



第一阶段

   史蒂夫·福塞特和艾纳Enevoldson在2012年9月驾驶普兰1号,利用地形波创造了50722的英尺的滑翔机飞行高度记录,地点是在阿根廷的埃尔卡拉法特。

      普兰1号目前在西雅图的飞行博物馆永久展出。


第二阶段 2016 6月

    空客的普兰2号任务将会设计和建造一个加压的滑翔机达到太空边缘90000英尺的飞行高度。这将打破由U-2和SR-71创造的固定翼飞行飞行高度的世界纪录。

第三阶段 2019 5月

    该阶段的目标是达到100000英尺的平流层顶部的飞行高度。由于飞行速度的增加,需要设计一款全新的近音速机翼,飞行的目标也将扩展到探索北半球的极地漩涡。



       空客的普兰2号是一款座舱加压的滑翔机,专门设计用来在空气密度只有海平面2%的太空边缘飞行的。它将搭载两名乘员以及科学设备以探索平流层地形波。该滑翔机总重约1800磅,翼展84英尺。在90000英尺高度,它的真实飞行速度可以达到403mph。机舱内将会加压到8.5PSI,相当于14500英尺高度的气压。乘员将会利用氧气呼吸器系统呼吸纯氧。


      所有的飞行器都是妥协设计的结果。一些飞行器在低空表现优异,但是无法达到高空持续飞行。一些飞行器对高空飞行进行了优化设计,但是在低空表现却不佳。一些飞行器设计用来搭载相当重的载荷,而有一些除了飞行员别的什么也装不了。普兰2号设计为可在50000英尺高度高效飞行,但是在海平面和90000英尺高度的飞行表现也可以接受。它有84英尺长的翼展,可以搭载2名飞行员,科学仪器,生命支持系统,2个安全降落伞,总重相当于1967年款的大众甲壳虫轿车。


  普兰2号吸取了普兰1号在上升过程中的教训,设计了增压舱以改善飞行员的舒适度,增加了全控操纵杆及舵,以及许多小开关。机舱压力设计到8.5psi,相当于14000英尺高度的大气压力,整机空重1100磅,机翼面积262平方英尺,翼展84英尺,在满足平流层飞行强度要求的情况下,重量轻得惊人。由于比常规滑翔机用用更多的翼面面积,它可以保持飞行高度,但是绝不要将它与低空飞行的滑翔机相提并论。在大气密度只有海平面的2%的90000英尺高空滑翔将会是无与伦比的。因为它将两名乘员带到了非常危险的境地,所以装备了一些特殊的安全设备:双冗余氧气呼吸器,紧急情况飞机减速伞,低空意外降落的乘员降落伞。



需要使用有动力固定翼飞机将其牵引到一定高度,然后释放滑翔。


普兰2号技术指标  

 


乘员2
座舱压力8.5 PSID
空重1265 lbs
起飞重量1800 lbs
翼展84 ft
翼面尺寸263 sq ft
纵横比27
翼面迎角1.5 °
平尾倾角-0.5 °



设备


为了进行太空边缘的科学研究以及保证成员安全,普兰2号装备了如下设备:


  • 机舱加压氧气瓶      

  • 用于生命支持的氧气呼吸系统

  • 尾部整机减速伞以及乘员降落伞

  • Sandia Aerospace高空雷达应答机

  • I Whelen Engineering   夜间飞行的照明设备  

  • LX-9000数据记录仪,用以确认世界纪录

  • 科学仪器

  • 摄像机用以纪录气象条件

  • 可充电锂离子电池

  • 测控设备用于与地面任务控制中心和科学家们通信



滑翔机基础知识


     滑翔是简单而又优雅的飞行方式。它们在大气中和谐飞行而不是使用发动机与重力和天气抗争。滑翔机利用自然的气流和复杂气象产生升力来克服自然的下降率。滑翔飞行既安静又优雅。自从我们人来有了飞行的梦想,我们就憧憬着像鸟儿一样,仅仅依靠智慧和翅膀,在云端自由飞翔。有三种主要的上升气流,或者说升力,可以被滑翔机飞行员用来在地球上空飞翔。


      波动升力

      波动升力与山脊上升气流类似,也是当风遇到山脉后产生的。但是,波动力是由气流吹过被风一面的高峰时产生的,而不是迎风面。波动力的产生需要的条件是一个好的风岭和一个稳定的气流。只要山脊之上的风随着海拔的升高不断地加速,波就会向上传播。普兰2号将会使用波动升力达到90000英尺的高度。


       上升暖气流

上升暖气流是空气加热地球表面产生的上升空气的集合。当近地面空气被太阳加热,它将会扩散并上升。飞行员关注着那些比周边环境吸收阳光更快的地形之上的云层,因为这样的云层更容易产生上升暖气流,滑翔机可以依靠这些螺旋上升的空气飞上云端。


      山脊上升气流

山脊上升气流是当风吹过山脉,丘陵和其他山脊的时候产生的。当空气从山脊流过,它向上偏移,沿着斜坡的迎风面形成一组升力。




   本文笔者手工翻译自perlan project的官方主页,欢迎转载,烦请注明译文出处,谢谢支持。


 

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