美國NASA蘭利研究中心的前50年（6）

杰森

在NASA蘭利研究中心的第五個十年里，人類進入了太空時代。

NASA機構(gòu)改組所帶來的混亂，也沒能阻止蘭利研究中心的進步。憑借在航空研究領域打下的基礎，蘭利研究中心在美國的“水星”、阿波羅、“雙子座”等一系列航天計劃中，都做出了很大貢獻。

在航天領域獲得成就的同時，蘭利研究中心還繼續(xù)保持了其在航空研究上的領導地位。可變后掠翼方案，超聲速運輸機計劃，高超聲速氣動構(gòu)型……

在這個十年里，航空航天技術(shù)進步的速度很快，讓蘭利研究中心付出很大努力，也僅僅只能稍微領先一點。

但這并不妨礙蘭利研究中心在許多領域進行的開創(chuàng)性研究工作。這些工作為美國航空科技實力和空中力量的強大奠定了基礎。

變革與進步的第五個十年——1958年—1967年

10年概述

在NACA蘭利實驗室第五個十年開始時，世界航空航天的現(xiàn)狀是這樣的。

蘇聯(lián)成功發(fā)射了人造衛(wèi)星；航空運輸領域里，采用活塞式發(fā)動機的飛機仍然是主流，只是其巡航速度已經(jīng)達到了二戰(zhàn)中戰(zhàn)斗機的飛行速度。

在1958年，噴氣式運輸機還未正式投入航線運營。不過，新型客機的載客量已經(jīng)達到了70人。橫跨大西洋的旅客大多選擇乘坐郵輪而不是飛機。

在航天領域，人類還未進入太空，觀察地球的高度最高也不過1萬多米。在一般人的心目中，月球到地球的距離與地球到太陽的距離差不多一樣遠。

當時的空間探索活動，還只能從地面將探空火箭發(fā)射到高空大氣層。倒是幾名深潛愛好者憑借便攜式氧氣設備開展了深海潛水活動，發(fā)現(xiàn)了海洋深處是一處新的探險圣地。

而在這個十年結(jié)束的1967年，世界各條空中航線上，噴氣式運輸機已經(jīng)牢牢占據(jù)了主流的地位。最先進的客機可以搭載超過250名乘客，以高亞聲速在接近同溫層的高度上飛行。

正在研制中的大型客機，設計載客人數(shù)是上個十年普通客機的10倍。在研的超聲速運輸機，其巡航速度是世界上第一架噴氣式飛機速度的3倍還多；與十年前采用活塞式發(fā)動機的運輸機相比，速度的差距就更大了。

與跨越大西洋空中航線的旅客運量相比，大西洋海上運輸?shù)目瓦\量幾乎可以忽略不計。

到了1967年，航天領域也得到了很大發(fā)展。

載人航天方面，航天員完成了環(huán)繞地球軌道的飛行、進行了太空行走、從事艙內(nèi)/艙外作業(yè)、從數(shù)百千米的高空拍攝地球照片。不載人的航天器成功完成了探月飛行、放出登月探測器、從月球軌道拍攝地球上永遠也看不到的月球背面、觀測和找尋月面上適合的著月登陸點。

人類對海洋世界的開展的科學的系統(tǒng)的探索，也有了收獲。在這個過程中采用的技術(shù)，很多都是人類征服天空進而探索宇宙空間所使用的同樣技術(shù)。

在這個十年開始時，噴氣發(fā)動機和后掠翼僅用于軍用飛機，和最初航空公司用于飛行訓練的幾架噴氣式運輸機上。

超聲速飛行僅限于部分空海軍飛行員才能完成，而且飛行速度大多都小于馬赫數(shù)2.0。

鈦這種航空航天材料還不為大眾所了解，在飛機結(jié)構(gòu)中的總重量只能用千克來計算，還用不到更大的計量單位。

但是，技術(shù)的進步逐漸變得明顯起來了。

1958年10月，英國海外航空公司開始在大西洋航線上使用噴氣式客機進行運營。也就是在那一年，跨越大西洋的空中客運量第一次超過了海上航線的客運量。

1960年，美國正式宣布開始阿波羅計劃，并于當年8月成功發(fā)射了“回聲”（Echo）氣球型衛(wèi)星，首次完成了有源延遲中繼通信。作為“水星”計劃的一部分，美國海軍中校艾倫·謝潑德完成了地球亞軌道飛行，他也是第一位進入地球亞軌道的美國航天員。

X-15研究機的4名試飛員榮獲1961年度科利爾獎。他們是：美國空軍的羅伯特·懷特少校，美國海軍的福雷德·彼得森中校，還有已經(jīng)改名為美國國家航空航天局（NASA）的兩名文職飛行員斯科特·克羅斯菲爾德和約瑟夫·沃爾克。

1963年6月，當時的美國總統(tǒng)約翰·肯尼迪宣布美國準備研制一種超聲速運輸機。在歐洲，由英國和法國的飛機制造商已經(jīng)開始聯(lián)合研制超聲速運輸機，并預計于1968年年初試飛。這就是后來的“協(xié)和”號超聲速客機。

1963年12月17日，正好在萊特兄弟完成航空史上首次載人動力飛行60周年的那一天，洛克希德公司（1995年與馬丁-瑪麗埃塔公司合并成為洛克希德-馬丁公司）最新型的C-141A重型運輸機進行了第一次試飛。到了1964年初，洛克希德公司又公布了一個新的研制計劃A-11，讓眾人不禁大跌眼鏡。A-11的飛行速度將達馬赫數(shù)3.0，其采用的很多技術(shù)都能用于超聲速運輸機的研制，也有助于了解以3倍聲速持續(xù)飛行時所面臨的問題。美國超聲速運輸機計劃（SST）的目標，也是要達到馬赫數(shù)3.0的飛行速度。

隨著防空導彈的進步，北美航空公司的XB-70超聲速戰(zhàn)略轟炸機剛完成原型機的制造就已經(jīng)過時了。但在1964年9月21日，XB-70的第一架原型機仍然進行了首飛。

除了XB-70，1964年還有兩種飛機進行了首次飛行。它們是通用動力公司的F-111可變后掠翼戰(zhàn)斗機，以及由林-坦姆柯-沃特公司、瑞安公司和希勒公司聯(lián)合研制的CX-142三軍通用垂直起降運輸機。蘭利研究中心為這兩種機型的方案設計和研發(fā)工作中做出了很大貢獻。

在蘭利研究中心的第五十周年剛開始時，美國航空界又傳出了重要的消息。1967年1月，美國政府與波音公司簽訂了研究和制造超聲速運輸機機體的合同，與通用電氣公司簽訂了發(fā)動機研制合同。

對蘭利研究中心的科研人員來說，第五個十年的經(jīng)歷像是《愛麗絲漫游奇境》里所描述的那樣，他們在這十年里努力開展各項研究工作，但并未像之前的幾個十年里那樣取得很大的進展。

盡管蘭利研究中心的研究工作僅僅是快了一點，但也足以他們航空科研領域處于稍稍領先的地位。1958年，國家航空諮詢委員會（NACA）和其他部分機構(gòu)改組成為國家航空航天局（NASA）。組織機構(gòu)的全面改組造成了一定的混亂局面，但美國航空航天領域最頂級科研機構(gòu)的重組工作依然順利完成了。

過去，蘭利實驗室/蘭利研究中心是NACA唯一的實驗室。到了現(xiàn)在，NASA已經(jīng)擁有了多家實驗室。其他的實驗室都是在這幾十年里從蘭利實驗室/蘭利研究中心衍生出來的。

從事動力裝置研究的劉易斯研究中心，是在蘭利實驗室于1920年成立的發(fā)動機實驗室的基礎上發(fā)展起來的。1999年，劉易斯研究中心更名為約翰·格倫研究中心，以紀念美國首位完成環(huán)球飛行的航天員約翰·格倫。

艾姆斯研究中心的前身森尼維爾實驗室，最初也抽調(diào)蘭利實驗室的研究人員組成的。在這個十年里，它承擔了空氣動力學和航天飛行的部分研究工作。

沃洛普斯島的無人駕駛飛機研究部最初進行的是輔助性工作。在第五個十年里，它已經(jīng)開始獨自進行研究工作了。研究項目包括火箭動力飛行器和用于試飛的飛機。

在穆羅克干湖床協(xié)助貝爾飛機公司進行X-1研究機試飛工作的NACA穆羅克飛行試驗隊，也是以蘭利實驗室的工作人員為核心建立起來的，此時已經(jīng)發(fā)展成為了飛行研究機構(gòu)。這就是現(xiàn)在的NASA德萊頓飛行研究中心。

1961年10月24日，在得克薩斯州休斯頓成立了一座新的研究中心，其規(guī)模讓NASA的其他研究機構(gòu)都相形見絀。當時它被命名為載人航天飛行中心，其前身是蘭利實驗室的航天任務小組。1973年，為紀念美國前總統(tǒng)林登·約翰遜，該中心改名為林登·約翰遜航天中心。

蘭利實驗室許多有經(jīng)驗的科研人員，陸續(xù)進入了后成立的這些研究機構(gòu)中。從蘭利實驗室的風洞和其他研究設施上獲得并發(fā)展起來的航空技術(shù)，被用于解決在航天飛行中遇到的那些難題。為以前的平直翼、活塞發(fā)動機飛機縮尺模型做試驗的風洞設施，現(xiàn)在被用于對載人軌道飛行器/航天器的升力體外形進行吹風試驗。

在這十年中，NASA各研究機構(gòu)，甚至整個美國航空航天領域的進步，可以說都是建立在當初NACA蘭利實驗室/蘭利研究中心堅實的基礎上的。

NACA蘭利實驗室的研究工作

蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，是美國空間探索計劃爆發(fā)式發(fā)展的最好的催化劑。

在蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星于1957年10月4日成功進入地球軌道后還不到一個月，當時的德懷特·艾森豪威爾總統(tǒng)就宣布任命麻省理工學院院長詹姆斯·基利安博士為白宮的特別科學顧問。

接著，美國國會對美國導彈和航天計劃進行了一次調(diào)查，并在國會的參眾兩院都成立了負責航天事務的特別委員會。

美國火箭協(xié)會和國家科學院聯(lián)合提議，創(chuàng)建美國國家航天局。

1958年1月，艾森豪威爾在提交國會的國情咨文中提到成立國防高級研究計劃局（即后來的DARPA），以便把國防部范圍內(nèi)所以的反導彈和發(fā)射衛(wèi)星等航天活動的工作都集中起來。

到1月下旬，美國參議院軍備調(diào)查小組委員會提交了一項一致通過的報告，要求成立獨立的航天局，并對國防部內(nèi)所以導彈和航天計劃進行一次組織機構(gòu)上的大調(diào)整。

艾森豪威爾的政府組織顧問委員會建議，把所以非軍事性的航天活動集中到一個民用航天局，這個局應以國家航空諮詢委員會（NACA）為基礎。

1958年3月5日，艾森豪威爾批準了上述建議，并于當年4月2日向國會提交了成立民用航天局的議案。

1958年4月2日至7月16日，國會制定了1958年國家航空與航天法案。1958年7月29日，國家航空與航天法案經(jīng)艾森豪威爾簽署生效。

艾森豪威爾在法案簽署生效的聲明中指出：“目前的國家航空諮詢委員會（NACA）連同其大量有才能的人員及設施精良的實驗室將成為國家航空航天局（NASA）的核心……把開發(fā)宇宙空間的職責與NACA傳統(tǒng)的航空研究職能協(xié)調(diào)起來是一種自然的發(fā)展……”

艾森豪威爾提名基斯·格倫南博士為國家航空航天局第一任局長，NACA主任休·德萊頓（德萊頓飛行研究中心就是以他的名字命名的）為副局長。他們的提名經(jīng)國會討論通過后得到批準，并于1958年8月19日宣誓就職。

兩天以后，他們參加了NACA的最后一次會議。從1958年10月1日起，新成立的國家航空航天局正式開始辦公。

NASA的時代開始了。

可以肯定，艾森豪威爾在簽署航空與航天法案的聲明提到的“自然的發(fā)展”是有所指的。在NASA成立前，NACA的科學家已經(jīng)開始考慮到載人航天器的問題。他們對載人航天器從地球軌道返回所面臨的問題進行了研究，并提出了3種方案：帶熱防護屏障的彈道式返回艙、高超聲速滑翔體和升力體。

NASA成立后，蘭利研究中心的研究人員繼續(xù)對航天飛行科學做出重大貢獻。他們開發(fā)出了用于進一步研究航天飛行有關問題的專用試驗設備，并改進現(xiàn)有的設備以適合當前新的用途。

1958年，NASA被指定負責美國的載人航天飛行計劃。在兩位局長宣誓就職一周后，NASA組建了以蘭利研究中心為基地的航天工作組。工作組成員包括來自蘭利研究中心和劉易斯研究中心的45名研究人員。

航天工作組中來自蘭利研究中心的成員對載人航天飛行的有關問題并不陌生。在小組成立前，他們已經(jīng)開始研發(fā)“小家伙”試驗飛行器。該飛行器后來成為了“水星”計劃的主要部分。蘭利的航天研究人員利用現(xiàn)有的洲際彈道導彈作為運載裝置、用導彈再入體構(gòu)型作為乘員艙，驗證了載人航天器計劃的可行性。蘭利研究中心還提出了用于航天飛行的“等體座椅”方案，并造出了樣品進而驗證了其可行性。后來的航天飛行中乘員艙內(nèi)都采用了這類座椅。

當時，蘭利的研究人員還草擬了航天飛行的初步技術(shù)要求，1958年6月為“水星”計劃所采用。到了當年8月份，NASA組建航天工作組的時候，他們已經(jīng)準備就緒了。

工作組成立后，研究人員設計了“大家伙”試驗飛行器，驗證了燒蝕熱防護屏障的可行性；為“水星”航天員研制了程序訓練器，這是后來航天飛行的各類綜合模擬器的基礎。蘭利研究中心也承擔了支持任務，為“水星”的跟蹤網(wǎng)制定計劃并負責管理有關合同。

蘭利研究中心的科學家還開展了一些與載人航天飛行有關的輔助項目。比如，“火燒項目”（研究再入段受熱及其對返回艙材料的影響）；“RAM”項目（集中研究如何克服再入段黑障現(xiàn)象導致的通信衰減/中斷問題。黑障現(xiàn)象是因再入段中高溫在返回艙周圍形成等離子區(qū)形成的）；研發(fā)各種紅外探測器，以便航天器中的乘員分辨哪一面是“上”。

可在太空自動膨脹的衛(wèi)星（類似“回聲”那樣的氣球型衛(wèi)星），最早是由蘭利研究中心提出設想并研制出來的。可膨脹航天器也是如此。這種航空器是解決空間站/軌道實驗室載人問題的一種途徑。

為了研究航天飛行中返回艙發(fā)生黑障現(xiàn)象那個特殊階段的問題，沃洛普斯無人駕駛飛機研究部采用多級火箭的方法，獲得了高達馬赫數(shù)26的再入段飛行速度。

蘭利研究中心的科學家還研究了空間對接和從最初確定的軌道實現(xiàn)分段飛行的問題，之前他們已經(jīng)確定了月球軌道對接的價值。由此奠定了阿波羅計劃的基礎，并完成了可用的各種尺寸的發(fā)射方式和乘員艙

在這個十年過去之后，為了發(fā)送有關月球表面的地貌信息，蘭利研究中心設計并成功實施了一系列的“月球軌道探測衛(wèi)星”計劃。

“水星”計劃發(fā)展成為了阿波羅計劃。該計劃最初公布的目標僅僅是搭載數(shù)名航天員繞地球或月球軌道持續(xù)飛行，后來擴大為解決載人登月探險所面臨的問題。“雙子座”計劃就是為了研究航天器軌道對接和停靠的問題而開展的。這些問題都是阿波羅計劃后續(xù)階段將要面對的。

從這里可以看出，蘭利研究中心對航天飛行和航天科技的發(fā)展做出了很大貢獻。這表明，蘭利實驗室/蘭利研究中心將多年來獲得的航空學的基礎知識，又進一步發(fā)展應用于解決航天飛行所遇到的問題。

蘭利研究中心在航天領域做出貢獻的同時，還繼續(xù)保持了其在航空研究上的領導地位。能夠完成這么多不同的科研工作（比如跟蹤在軌航天器的大規(guī)模無線電網(wǎng)絡的規(guī)劃、自動膨脹的氣球型衛(wèi)星/航天器的研制），也充分說明了蘭利研究中心的科研實力。

從事這些研究工作的科學家，經(jīng)常是這一周在研究航天問題，下一周就換成了航空學的課題，再下一周可能又去研究再入段的物理現(xiàn)象。這段時間，正是蘭利研究中心的全體人員忙著NASA成立后的改組工作，面臨著擴充人員、增添設備的壓力，同時還要兼顧與外部承包商簽訂合同，監(jiān)督與管理各個項目。

讓我們再回到蘭利研究中心在航空領域的工作上。

在上個十年中，蘭利研究中心曾開展過超聲速飛機氣動布局的基礎研究工作。在這個十年初期，該研究工作開始分成兩個重要的研究方向。

一個方向是研制可以執(zhí)行多種任務的飛機。這種飛機的設計思路，要求從低速到高速、從低空到高空的性能都比較突出。為了實現(xiàn)這個對常規(guī)布局飛機的來說難以兼顧的設想，最終采用了可變后掠翼的設計方案。

另一個方向是研究超聲速運輸機的各種構(gòu)型。研究成果應用到了波音公司于1967年中標的設計方案中。

通過在這兩個方向上的研究，解決了許多持續(xù)超聲速飛行中遇到的復雜問題。比如，在蘭利研究中心的風洞中開展的有關進氣道、尾噴管和進排氣口的實驗研究，所獲得的成果被航空工業(yè)界的多項軍用飛機設計方案所采用。底阻研究是作為TFX（Tactical Fighter Experimental，實驗性戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機）計劃的一部分開展起來的，后來在由TFX發(fā)展成的F-111戰(zhàn)斗機減阻設計中發(fā)揮了重大作用。當然，從開始進行研究，到獲得成果并最終在多個項目中得到應用，需要花費時間進行大量的研究工作。

在第五個十年的最初幾個月，與可變后掠翼有關的研究工作主要是討論、評估和實驗英國的“燕”式可變后掠翼方案。應邀參加評估的蘭利研究中心專家對“燕”式方案給予了不錯的評價，并以此為基礎開展了一項聯(lián)合研究計劃。蘭利研究中心在16英尺（4.8米）跨聲速風洞中開展了尾噴管噴氣試驗和其他一些相關試驗。通過這些實驗可以發(fā)現(xiàn)蘭利研究中心提出的“燕”式改型的某些特點。

在聯(lián)合研究中，蘭利研究中心承擔了制造試驗模型和進行風洞試驗的大部分工作。他們利用過氧化氫分解來模擬風洞試驗中的噴氣效應。在該計劃結(jié)束后相當長的時間內(nèi)，蘭利研究中心制造的“燕”式飛機模型和對它進行的風洞試驗，都認為是其風洞實驗室進行過的最復雜的試驗之一。

由于種種原因，“燕”式方案的研究工作被放棄，后續(xù)的研究采用了發(fā)動機置于機身內(nèi)的方案。研究變幾何特性的試驗工作仍在繼續(xù)進行。

在各種可變后掠翼飛機模型上所做的試驗表明，在機翼后掠時穩(wěn)定性變化很大。這也是貝爾飛機公司的X-5和格魯門公司的XF10F-1研究機的機翼在后掠時需要向前移動的原因。

后掠時機翼前移這種方案的最大問題，是機械結(jié)構(gòu)復雜，設計難度大。蘭利研究中心的工程師認為，只要機翼無需前移就可以解決這個難題。他們開展的試驗研究的目的之一，就是解決機翼后掠時穩(wěn)定性變化大的問題。

蘭利研究中心在開展試驗研究的同時，還進行了機翼展向載荷的分析研究。結(jié)果表明，如果將后掠翼的轉(zhuǎn)軸點向機身兩側(cè)外移，而不是放在中心線上，后掠時的穩(wěn)定性變化可以大大減小。對這種布局的模型進行的試驗，證實了這個結(jié)論。這一發(fā)現(xiàn)是可變后掠翼飛機獲得成功的關鍵。

外側(cè)翼軸使得機翼在后掠角變化很大時也無需前后移動。對外側(cè)翼軸進一步的試驗表明：超聲速巡航性能和之前超聲速飛行研究中最佳后掠角布局方案的性能一樣優(yōu)秀，最大飛行速度也與當時所能設計出來的最好的后掠翼飛機基本相同。

1959年年中，美國海軍計劃裝備一種執(zhí)行制空/截擊任務的戰(zhàn)斗機。NASA向海軍高層及其參謀人員簡要地介紹了可變后掠翼布局的研究成果。這些成果有望用于一種重50000磅（22.68噸）的多用途海軍戰(zhàn)斗機。該機能夠遂行空戰(zhàn)與截擊任務，同時還能用于高空攻擊或低空突防。按照當時在可變后掠翼研究中得到的資料，這類多用途飛機的設計方案應該能夠?qū)崿F(xiàn)。

盡管這種多用途戰(zhàn)機，當時還僅是根據(jù)有限的風洞試驗數(shù)據(jù)和尚在研制中的發(fā)動機完成的設計方案，但其表現(xiàn)出來的紙面性能卻極具潛力，以致完全超過了同時期正在研制或計劃中的任何武器系統(tǒng)。

可變后掠翼的研究成果，又向蘭利地區(qū)附近的美國戰(zhàn)術(shù)空軍司令部的總部官員介紹了一次。這次來旁聽的介紹的還包括戰(zhàn)術(shù)空軍的普通參謀人員。之后，NASA的一個小組又在航空工業(yè)界的系列技術(shù)報告會上介紹大致相同的內(nèi)容。在不到一個月的時間里，該小組與8家主要的航空航天企業(yè)進行了交流，讓后者了解可變后掠翼的設想，以及NASA正在開展的研究工作和取得的成果。

1959年8月中，蘭利研究中心接到一封信，信中表示美國空軍研究與發(fā)展司令部（后改稱空軍系統(tǒng)司令部）接到指示，將對蘭利研究中心可變后掠翼設計方案做進一步了解，以確定其能否滿足空軍的要求。

1959年9月至1960年1月，蘭利研究中心根據(jù)新的研究資料為航空工業(yè)界舉行了第二輪報告會。在為海軍舉行的一次報告會上，蘭利研究中心的科學家表示，如果可以根據(jù)一型全新的渦扇發(fā)動機來設計機體，才能充分發(fā)揮可變后掠翼設計方案的優(yōu)勢和全部潛力。

可變后掠翼方案的研究工作仍在加速進行，并主要圍繞戰(zhàn)術(shù)空軍司令部提出的一種航程很遠、低空性能優(yōu)異的戰(zhàn)斗機展開。蘭利研究中心提出了一系列的設計草圖，空軍也同時開展了類似的方案設計研究。

研究人員根據(jù)氣動布局的詳細要求設計了4種方案；由蘭利研究中心的車間里分別制造了縮尺模型；用8英尺（2.4米）跨聲速風洞進行了試驗；對得到的試驗數(shù)據(jù)進行分析后送交位于萊特·帕特森空軍基地的空軍研究與發(fā)展司令部下屬的航空發(fā)展部。所有這些工作都是在13天內(nèi)完成的。對于這項被稱為“趕快計劃”的任務，到也是名副其實。

之后進入到了“趕快計劃”的第二階段。蘭利研究中心為美國軍方做了情況介紹，繼續(xù)進行更深入的分析、研究和試驗。研究人員選取了為海軍設計的一種布局方案，制作模型并在全尺寸風洞中進行了自由飛試驗。這在可變后掠翼飛機的研究中還是第一次。風洞試驗中，機翼的后掠角從25度增大到75度，模型的穩(wěn)定性和操縱性都沒有出現(xiàn)問題。

到了1961年2月，蘭利研究中心的研究工作、空軍和海軍的需求，以及軍方/航空工業(yè)界進行的研究最后整合在了一起。時任國防部長的羅伯特·麥克納馬拉決定，根據(jù)陸軍、空軍和海軍的需求，聯(lián)合研制一種三軍通用的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機（后因陸軍退出，變?yōu)榱撕？諆蓚€軍種的通用戰(zhàn)斗機）。

這就是前面提到的最初稱為TFX計劃、后來獲得F-111編號的戰(zhàn)斗機。在這項計劃中，蘭利研究中心為之前的多用途飛機所做的可變后掠翼方案起了關鍵作用。之后，蘭利研究中心進行的工作為軍方和航空工業(yè)界相關部門的設計方案提供了更完美的計算數(shù)據(jù)。甚至到了原型機試飛階段，出現(xiàn)的一些問題還是交由蘭利研究中心的工程師來解決的。

在F-111戰(zhàn)斗機項目之后，可變后掠翼的研究工作仍在繼續(xù)。除了有關F-111戰(zhàn)斗機或其他軍用機型（比如著名的F-14“雄貓”艦載戰(zhàn)斗機）的問題外，還有一些研究工作是圍繞著超聲速運輸機展開的。

1959年年底，蘭利研究中心派出的一個小組在華盛頓向當時的美國聯(lián)邦航空局局長奎薩達介紹了超聲速運輸?shù)募夹g(shù)狀況。時間恰好在為軍方和航空工業(yè)界所做的一輪關于可變后掠翼方案的報告會之后。

在蘭利的超聲速運輸機報告的序言中寫道：“如果任務僅僅要求以設計速度（超聲速）和巡航高度飛行，沒有其他復雜的飛行狀態(tài)或突發(fā)情況發(fā)生，那么長距離洲際航線的經(jīng)濟性很容易讓運營商獲得商業(yè)利益。但是中程運輸機既要能在巡航高度以超聲速飛行，又要頻繁以較低速度爬升和下降，在氣動力設計上會帶來一些必須解決的問題。目前的研究表明，通過某種方式改變機體幾何形狀（比如采用可變后掠翼），加上先進的渦輪風扇發(fā)動機，可以很好地解決上述非設狀態(tài)中的計問題。根據(jù)現(xiàn)有航空研究水平，在非設計狀態(tài)中出現(xiàn)的重要問題，都可以采用集中力量進行研究的辦法來解決。”

后來以“超聲速運輸機——技術(shù)總結(jié)”為題、作為NASA技術(shù)報告D-423發(fā)表的這份劃時代的報告中，還繼續(xù)討論了性能、噪聲、結(jié)構(gòu)和材料、載荷、飛行品質(zhì)、跑道和剎車要求、空管、使用變幾何形狀設計及由此帶來的性能改進等方面的內(nèi)容。

這份報告的出現(xiàn)，標志著是時候開始設計和研制一種超聲速運輸機了。幾個星期后，NASA和聯(lián)邦航空局推出了一項聯(lián)合計劃，當年就簽署了動力裝置研發(fā)工作的第一批合同。因為在超聲速運輸機計劃中，合適的動力裝置是需要同時解決的問題。

就像在F-111戰(zhàn)斗機計劃中那樣，蘭利研究中心對美國超聲速運輸機的發(fā)展也做出了很多貢獻。蘭利的研究人員為計劃中遇到的很多問題提供了有價值的建議，對其進行了理論分析和試驗研究，在風洞中完成了靜態(tài)模型和模型自由飛試驗。

蘭利研究中心對超聲速運輸機計劃的主要貢獻，應該是所謂的“超聲速商業(yè)航空運輸”（SCAT）系列布局研究工作。

SCAT布局研究工作是在1962年隨著超聲速運輸機計劃的發(fā)展而開始的。目的是開發(fā)出一種在預定的性能范圍內(nèi)（起飛、爬升、巡航飛行、下降、著陸）符合商業(yè)航班要求的超聲速運輸機的特殊布局。比如，其中一個目標是找出比XB-70巡航飛行時大很多的升阻比。其他的目標包括提高布局方案在非設計狀態(tài)下經(jīng)濟而有效地工作的能力。

在超聲速運輸機計劃的早期階段，蘭利研究中心的工作集中在兩種不同的布局方案。一種采用可變后掠翼，被稱為SCAT-15，后來成為整個超聲速運輸機計劃的基石之一。另一種被稱為SCAT-4的，是機翼后掠角不可變的方案。該方案將機翼、機身、發(fā)動機和尾翼結(jié)合成一種大后掠角、有一定彎扭度的融合體飛機，目的是將由升力產(chǎn)生的波阻減小到最低。由此產(chǎn)生的一些設計思想，后來被推廣到其他飛機設計上，但在當時尚未在具體設計方案中得到應用。

1963年初，NASA選出了4種有價值的SCAT方案開展進一步的研究。在4中方案包括上述的SCAT-4和SCAT-15，從SCAT-15演變出來另一種可變后掠翼方案SCAT-16，以及三角翼鴨式布局方案SCAT-17。最后一種方案是艾姆斯研究中心搞出來的。航空工業(yè)界根據(jù)NASA的研究合同對4種布局進行的研究表明：SCAT-16和SCAT-17性能最好。后來，波音公司和洛克希德公司提出的兩個互相競爭的方案，就是以SCAT-16和SCAT-17為基礎發(fā)展來的。

科學家們從SCAT及其相關的布局研究中獲益良多。理論和試驗同步進行開展，并不斷在相互間交換新的資料。通過逐步的研究和修訂，理論已經(jīng)能夠估算真實氣流狀態(tài)了。隨著每種設計的氣動力參數(shù)開始改進，采用理論方法估算這類參數(shù)的能力也在提高。

理論分析和試驗數(shù)據(jù)之間的偏差日趨縮小，使得設計師們能夠讓各種飛機的氣動力特性最佳化，并預估這些氣動力特性。

1964年，人們開始估算這些參數(shù)的計算機程序。在應用到超聲速運輸機設計的過程時，進一步發(fā)展到能估算飛機的升力系數(shù)與阻力系數(shù)關系的曲線，誤差不超過3%。通過計算來預估性能，可以說是空氣動力學的重大變革，這意味著可以用比以前少得多的時間對多種氣動布局進行研究。方案設計中的細小修改對整體性能的影響，可以通過計算機程序在幾小時內(nèi)估算出來，而以前采用試驗的方法可能需要幾周的時間。

這種方法進一步發(fā)展后，能夠計算出因飛行載荷或不穩(wěn)定氣流的作用而產(chǎn)生變形的飛機的性能。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，這種方法最終發(fā)展成為了一門交叉學科——計算流體力學（CFD）。

但在50年前，計算機技術(shù)還不能與今天相比。在超聲速運輸機計劃進行方案設計時，計算機程序在描繪出試驗飛機氣動布局的幾何形狀后，其輸出結(jié)果先要記錄在穿孔紙帶上，再輸入到能讀取穿孔紙帶的數(shù)控機床，只需幾小時就能制造出試驗飛機的風洞模型。

但是，即便是最光滑、波阻最小的氣動布局，也會在超聲速飛行時產(chǎn)生聲爆。從超聲速運輸機計劃的早期階段，蘭利的研究人員就一直在以各種方法研究這個問題。

按照蘭利研究中心的慣例，他們的研究工作既有理論分析，也有試驗研究。研究人員對超聲速飛機在飛行中經(jīng)過指定地點的聲爆強度進行了測量，將測量結(jié)果與理論值進行了比較。在蘭利的超聲速風洞中，人們制作了幾個胸針大小的飛機模型進行了試驗，以確定聲爆的物理特性，和導致產(chǎn)生聲爆并引起其性質(zhì)變化的參數(shù)。

蘭利研究中心在技術(shù)上的創(chuàng)造性，使其在超聲速運輸機制造出來之前就能在試飛中體驗和研究超聲速運輸機的某些特性。用于研究邊界層控制的、由波音707-80原型機改裝的研究機，經(jīng)過進一步改裝成為了變穩(wěn)飛機，其操縱品質(zhì)可以進行改變，以模擬超聲速運輸機的進場和著陸特性。蘭利研究中心的試飛員駕駛經(jīng)過改裝的飛機，進行了一系列飛行試驗，以評估超聲速運輸機的各種參數(shù)，并為航空工業(yè)界分析了這些數(shù)據(jù)。

幾年來，NASA和聯(lián)邦航空局一直在聯(lián)合進行一項空中交通模擬計劃，目的是研究超聲速運輸機進入現(xiàn)有空中交通管制系統(tǒng)后會產(chǎn)生的問題。蘭利研究中心安裝了帶超聲速運輸機座艙的飛行模擬器，并與聯(lián)邦航空局位于新澤西州大西洋城的國家航空設備試驗中心的空管系統(tǒng)模擬器相連。

第一個試驗項目，是研究一架典型的超聲速運輸機（飛行特性按SCAT-16布局設定）到達和飛離約翰·肯尼迪國際機場時的飛行情況。

來自聯(lián)合航空公司和環(huán)球航空公司經(jīng)驗豐富的民航飛行員們擔任超聲速運輸機的模擬飛行任務，即駕駛超聲速運輸機在每小時高達148架次的飛行高峰時段做進場和離開飛行。這是前所未有的飛行，他們很快就體驗到了超聲速運輸機在機場附近區(qū)域飛行所遇到的短期和長期問題。

蘭利研究中心在結(jié)構(gòu)和材料方面長期的研究經(jīng)驗，在超聲速運輸機材料選擇上發(fā)揮了重要作用。研究人員使用了金屬試驗的標準技術(shù)：把部分試驗件加熱到運輸機以馬赫數(shù)3.0飛行時的溫度，使其承受交變或恒定溫度，按照一定的周期間隔進行試驗，以測定其物理特性的下降程度。

另一些試驗件根據(jù)超聲速運輸機的典型飛行狀態(tài)進行加熱循環(huán)試驗，然后在室溫下檢查其疲勞特性。

在亞聲速空氣動力學方面，蘭利研究中心開展的一些研究工作是為了開發(fā)先進的飛機氣動布局方案。比如，有一項研究是研發(fā)巡航速度高于現(xiàn)有噴氣式運輸機的新一代亞聲速運輸機。當時的噴氣式運輸機平均巡航速度還不到馬赫數(shù)0.80，而研究表明，新一代運輸機的巡航速度理論上應能達到馬赫數(shù)0.98。

采用超臨界翼型是大幅度提高亞聲速巡航速度有效方法之一。這種翼型剖面與正常翼型相似但是上下顛倒，機翼后緣還增加了一道開縫。它能把來自機翼下表面的高能氣流和上表面能量較低氣流相混合，從而保持邊界層附著在機翼上，防止由于邊界層分離而引起的的跨聲速阻力的急劇增加。

1964年，參加“蘭利研究中心外場測試”活動的人們發(fā)現(xiàn)當初的那架波音707-80研究機以148千米/時的驚人低速近乎水平地飛行（迎角很小），而噴氣式運輸機的正常進場速度大約為240千米/時。

這種低速性能是由于使用了邊界層控制系統(tǒng)。這是蘭利研究中心多年來一直研究的亞聲速空氣動力學的另一個方向。

各種形式的邊界層控制，多年來已經(jīng)存在，并不同程度地應用在很多地方。而最有效的邊界層控制應用，則需要平行于機翼表面，或越過襟翼前緣吹入大量空氣，以保持上翼面總有氣流并防止邊界層分離和升力降低。

蘭利的這架波音707-80研究機應用的就是上述的邊界層控制。

空氣順著導管沿機翼引入，向襟翼前緣吹出。襟翼偏轉(zhuǎn)角最大可達70度。要維持邊界層控制系統(tǒng)吹氣，需要發(fā)動機提供較大功率。而進場時發(fā)動機通常都是在低功率狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，所以有足夠的剩余推力可以利用。蘭利的波音707-80研究機使用了一個推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以迅速有效地控制下滑軌跡，并與速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連。

這個具體的邊界層控制方案，是由波音公司提出并安裝在波音707-80研究機上的。蘭利研究中心的試飛員對其進行了飛行鑒定，以評估和測定在動力-升力飛行狀態(tài)中工作的大飛機的操縱品質(zhì)。

蘭利研究中心的某些研究項目，在工作展開后幾年內(nèi)就收到了成效。比如為可變后掠翼飛機和超聲速運輸機所做的工作。但另一些研究項目，從證實其可行性到實際應用所花的時間則要長得多。

為減輕陣風的影響所進行的研究即屬于后一種情況。對任何飛機來說，平穩(wěn)飛行總比劇烈顛簸要好。平穩(wěn)飛行的飛機，機上乘員舒適性要好很多，機體結(jié)構(gòu)的受力也少，全機的疲勞壽命可以延長。對軍用飛機來說，平穩(wěn)飛行更易于構(gòu)成穩(wěn)定的射擊/武器發(fā)射平臺。

蘭利研究中心很早就對減輕陣風影響產(chǎn)生了興趣，在1950年就在這一領域展開了正式的研究工作。

蘭利的研究人員對減輕陣風影響的理論進行了探索研究，并研制出了一種試驗性的裝置，裝在一架比奇公司C-45雙發(fā)輕型運輸機上進行試飛。結(jié)果表明，該裝置確實有效，能減輕陣風的影響，使飛行更加平穩(wěn)。

這次飛行試驗報告于1961年發(fā)表在NASA的一份技術(shù)札記上。與此同時，航空工業(yè)界也開展了同類的研究，并提交了關于塞斯納310和北美XB-70這些不同類型飛機的陣風抑制系統(tǒng)的技術(shù)報告。

當時，美國空軍出資開展了一項研究計劃，將陣風抑制系統(tǒng)裝在波音B-52轟炸機上進行飛行評估。該計劃即將開始飛行試驗。空軍希望該系統(tǒng)能將B-52這種大型飛機的撓性機體的結(jié)構(gòu)壽命延長70%～100%。

NASA的科學家表示，這項技術(shù)同樣可以用于公務機或小型的私人飛機，技術(shù)水平也達到了實用的標準。

X-20戴納-索爾（Dyna-Soar）航天飛機發(fā)展計劃是由NASA和空軍聯(lián)合管理的。戴納-索爾航天飛機（或稱航天動力滑翔機）是研究機思想的發(fā)展，目的在于把飛行范圍從X-15的速度擴大到軌道速度。

戴納-索爾計劃的很多支持工作是在蘭利研究中心完成的，包括在全尺寸風洞進行模型自由飛試驗，以測定氣動穩(wěn)定性和操縱特性。

戴納-索爾計劃的其他技術(shù)支持工作包括：從直升機上投放無線電遙控的無動力模型試驗；在8英尺（2.4米）風洞進行的航天飛機/動力滑翔機與運載火箭組合體的跨聲速試驗；在16英尺（4.8米）跨聲速風洞進行的跨聲速穩(wěn)定性和操縱性試驗。戴納-索爾的高超聲速風洞試驗是在蘭利研究中心11英寸（28厘米）高超聲速風洞中完成的，試驗時馬赫數(shù)達9.6，目的是測定小迎角時的穩(wěn)定性和檢查機頭和座艙蓋形狀對穩(wěn)定性的影響。

戴納-索爾采用了一種特殊的滑橇式著陸裝置而不是常規(guī)的輪式起落架，因為輪胎無法承受再入段的高溫。戴納-索爾的著陸裝置是在蘭利研究中心的著陸載荷滑軌上進行試驗的。

戴納-索爾的熱傳導測量和顫振特性也屬于蘭利研究中心的研究范圍。

圍繞戴納-索爾和X-15所進行的工作，在結(jié)合那幾年開展的理論研究，為典型巡航速度為馬赫數(shù)7.0的高超聲速飛行器研究奠定了基礎。在這種飛行速度下，飛行器機頭罩位置的溫度超過2000華氏度（1093.3攝氏度），機翼前緣溫度達1600華氏度（871.1攝氏度）。

蘭利研究中心的基本工作集中在高超聲速飛行問題的3個方面。

首先是氣動構(gòu)型的研究。研究人員分析了能在馬赫數(shù)7.0的速度下有效飛行的外形方案，并在高超聲速風洞中進行了試驗。

其次是機體結(jié)構(gòu)方案。由于高超聲速飛行時因氣動加熱導致溫度極高，必須找到特殊的結(jié)構(gòu)方案，使飛行器的結(jié)構(gòu)保持完整，同時還能保護乘員不受高溫傷害。

蘭利研究中心設想了多種結(jié)構(gòu)方案，可以承受載荷、耐高溫、儲存燃料并保護乘客不受熱輻射傷害。其中一種方案類似熱水瓶的原理，采用了同心/同軸的兩層結(jié)構(gòu)：外層為主承力結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是液氫燃料箱。承受氣動載荷和高溫的外層結(jié)構(gòu)是用特種合金制造的。

第三方面工作是材料選擇和研發(fā)類似上述特殊用途的新材料。

加雷特公司為蘭利研究中心制造了一臺小高超聲速沖壓發(fā)動機。通過對這種發(fā)動機的試飛，極大地促進了高超聲速推進技術(shù)的發(fā)展。該發(fā)動機的使用速度范圍是馬赫數(shù)3.0～8.0，裝在X-15研究機上進行飛行試驗。發(fā)動機為軸對稱式，直徑46厘米，重量362千克。

蘭利研究中心設計這類發(fā)動機的指定方針是盡量減少發(fā)動機的活動部分，強調(diào)內(nèi)流和循環(huán)的空氣熱力學。重量限制其結(jié)構(gòu)必須精巧，再生式內(nèi)冷卻也要精心設計，以使用最少的液氫燃料。

蘭利研究中心還進行了飛行器氣動加熱方面的許多創(chuàng)造性的研究工作。這些工作是在蘭利的9英尺×6英尺（2.7米×1.8米）熱結(jié)構(gòu)風洞中進行的。該風洞于1958年投入使用，在試驗段使用熱空氣，能夠模擬馬赫數(shù)3.0的飛行環(huán)境。

1967年，為進行馬赫數(shù)7.0的飛行器結(jié)構(gòu)模擬，蘭利研究中心起用了一座名為“8英尺（2.4米）高溫結(jié)構(gòu)風洞”的新設備，可以進行高超聲速飛機的結(jié)構(gòu)方案和完整部件的試驗。在當時是世界上唯一能完成上述試驗的風洞設施。

在這個十年中，除高超聲速飛行外，蘭利研究中心的另一項重點工作是評估各類垂直/短距起降飛機和直升機的操縱品質(zhì)。驗證機、原型機和量產(chǎn)機型都曾出現(xiàn)在蘭利研究中心的試飛場，被裝上各種測量儀器，按一系列試飛大綱進行飛行測試，以獲得有關這些機型的飛行數(shù)據(jù)。

蘭利研究中心在垂直/短距起降飛機方面做出的貢獻之一，是提出了傾轉(zhuǎn)翼的設計方案。該方案后來應用于XC-142三軍聯(lián)合垂直/短距起降運輸機。

研究人員使用傾轉(zhuǎn)翼設計方案的模型，在17英尺（5.2米）低速風洞中進行了試驗研究。結(jié)果表明這種設想具有一定的可行性，該方案的模型可以懸停，能夠完成從垂直到水平狀態(tài)的過渡飛行。

NASA的這項研究工作分3個階段：用各種構(gòu)型的小比例模型做風洞試驗研究；在艾姆斯研究中心的40英尺×80英尺（12.2米×24.4米）風洞中對大比例模型開展試驗研究；用原型機或研究機進行飛行測試。

伏托爾公司的伏托爾76（又稱 VZ-2）在蘭利研究中心進行了廣泛的評估和改型。其飛行試驗為傾轉(zhuǎn)翼飛機的飛行操縱品質(zhì)、進場和懸停階段飛行參數(shù)提供了大量的數(shù)據(jù)。

當三軍聯(lián)合運輸機提出設計要求時，蘭利研究中心即開始進行技術(shù)支持工作。包括：在蘭利全尺寸風洞中用1∶9的縮尺模型做遙控飛行試驗；在風洞中進行從懸停到向前平飛的完整的過渡飛行，以檢驗真飛機的相關性能。

在同一時期，蘭利研究中心還試驗了傾轉(zhuǎn)涵道風扇垂直起降飛機的設想。之后貝爾飛機公司為美國海軍研制的X-22A就采用了這種設想。

另外，蘭利的研究人員使用通用電氣/瑞安公司的XV-5A垂直起降飛機（該機的升力風扇安裝在機翼上）進行了垂直起降研究，以測定壁面效應和其他限制對自由飛模型性能的影響。

蘭利研究中心將一架伏托爾公司的雙旋翼直升機進行了改裝，使之成為了變穩(wěn)定性直升機，用于開展一項飛行試驗計劃。目的是評估和測定不同特性的直升機和垂直起降飛機進行機動飛行時所需要的操縱力。

蘭利研究中心對飛行器與飛行中經(jīng)常出現(xiàn)的問題一直比較關注。通過對這些問題的研究，蘭利研究中心在航空安全領域也做出了不少重要貢獻。

蘭利研究中心最早對輪胎打滑現(xiàn)象進行了分析和評估，也第一個對向航空和汽車工業(yè)指出了這種現(xiàn)象的危害性。

飛行儀表的精度、特別是市面上高度表的精度的提高，也得益于蘭利研究中心的相關研究。在對空中防撞問題進行研究時，蘭利研究中心發(fā)現(xiàn)，如何讓飛行員在確定的高度保持穩(wěn)定飛行的能力是關鍵因素。而無論是手動操作還是使用自動駕駛儀，當前飛行儀表的精度對這個能力有很大影響。

尾流也是影響飛行安全的因素。當一架大型飛機進場降落后，其航跡上會留下可持續(xù)數(shù)分鐘的渦旋尾流，其強度足以讓緊隨其后降落的小型飛機失控。蘭利研究中心一直在研究這種尾流區(qū)域的大小，以及減小或躲避的方法。

跑道上存在半融化積雪的時候，飛機的起飛距離會加長。蘭利研究中心通過對半融雪問題的研究，找到了在1.27厘米厚度以上的半融雪跑道上起飛的方法。

蘭利研究中心開展的研究項目還有很多，幾乎覆蓋了航空領域的各個方面：飛機的日常運營階段，原型機的研制試飛階段，甚至是探索新的飛行領域的方案設計階段。

1967年，是蘭利實驗室建立并開始探索飛行的相關問題，最后將獲得的成果付諸實踐的第五十個年頭。

在這五十年中，蘭利實驗室/蘭利研究中心完成的工作，為美國航空科技實力和空中力量的強大奠定了堅實的基礎。

結(jié)束語

從1917年蘭利實驗室破土動工，到今年正好是100年。

美國航空科技的領先地位，就起始于100年前建立的美國國家航空諮詢委員會第一座實驗室。而蘭利實驗室/蘭利研究中心的前五十年在其中占有特殊的地位。

誕生于第一次世界大戰(zhàn)中的蘭利實驗室/蘭利研究中心，經(jīng)歷了兩次大戰(zhàn)中間的和平年代，經(jīng)歷了第二次世界大戰(zhàn)的殘酷血腥，經(jīng)歷了戰(zhàn)后東西方兩大集團長期對峙的冷戰(zhàn)時期。在這五十年里，飛機的飛行速度從不到100英里/時（160千米/時）發(fā)展到了4000英里/時（6440千米/時），航空航天領域的技術(shù)革命接連出現(xiàn)：噴氣發(fā)動機、火箭發(fā)動機、后掠翼、可變后掠翼、超聲速飛行、旋翼機、垂直飛行、導彈、衛(wèi)星、載人航天、登月、太空探索。許多原理被人們發(fā)現(xiàn)，航空知識進一步發(fā)展，成為了人們探索太空的技術(shù)基礎。這些成果，有很大一部分是由NACA蘭利實驗室/NASA蘭利研究中心的研究人員開創(chuàng)和發(fā)展起來的。

而這一切，起源于蘭利機場的奠基儀式，起源于最先被挖出的那幾鍬土。

“刨開弗吉尼亞溫暖土地的人們仰望天空。天氣晴朗，充滿陽光，但他們卻看到了滿天繁星。”