NASA完成新翼型比例模型高速滑行测试

NASA研究人员近日成功完成一款新型翼型比例模型的高速滑行测试。这一设计通过改善机翼表面的气流状态，增加层流、减少阻力，被寄望于提升未来飞机的整体效率，从而节省燃料和运营成本。

CATNLF比例模型达到关键速度里程碑

1月12日，名为“交叉流衰减自然层流”（CATNLF）的测试样机在地面滑行中达到了约 144 英里/小时的速度，标志着项目取得首个重要里程碑。

该比例模型高度约 3 英尺，从外观上看像是安装在 NASA 一架 F-15B 试验机机腹下的一块鳍状结构。实际上，它是一个垂直安装的翼型比例模型，而非传统的水平机翼。通过这种布置，NASA可以利用现有的试验机平台，在真实飞行环境中验证新翼型设计。

通过增加层流来减少阻力

CATNLF概念的核心目标，是在机翼表面尽可能延长“层流”区域，从而降低空气阻力（阻力）。

在飞机飞行时，紧贴机体表面会形成一层极薄的空气区域，被称为“边界层”。在大多数常规飞机上，这一边界层很容易从平滑的层流状态转变为湍流状态，气流方向突然改变，导致摩擦增大、阻力上升，进而增加燃油消耗。

CATNLF通过设计特殊的翼型和表面特征，抑制边界层中的湍流生成，延长层流范围，从而改善空气动力效率，减少摩擦和燃料消耗。

NASA在2014年至2017年间进行的一项计算研究显示，如果将CATNLF翼型设计应用于类似波音777的大型远程客机，年燃油消耗有望减少约10%。虽然具体节省量会因机队构成和运营情况而有所不同，但研究表明，每架飞机每年可能节省数百万美元的燃料成本。

NASA加利福尼亚州爱德华兹的阿姆斯特朗飞行研究中心CATNLF项目首席研究员迈克·弗雷德里克指出：“即便只是效率上的小幅提升，也能为商业航空公司带来显著的燃料消耗和排放减少。”

解决交叉流问题，突破层流应用限制

CATNLF测试属于NASA“飞行演示与能力”项目，是航空研究任务局综合航空系统计划的一部分。该概念最初由NASA先进航空运输技术项目提出，2019年阿姆斯特朗研究人员完成了模型的初始外形和关键参数设计，随后在弗吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心进一步优化，以提升气动效率。

兰利CATNLF首席研究员米歇尔·班奇表示：“层流技术几十年来一直被研究并在飞机上有限应用，用于降低阻力，但其应用范围一直受到限制。”

其中一个主要限制因素是“交叉流”——这是一种在后掠、倾斜表面上出现的空气动力学现象，会导致层流过早转变为湍流。尽管大多数商用客机采用大后掠翼以提高巡航效率，但交叉流问题始终存在。

2018年，NASA在兰利风洞中对CATNLF设计进行了试验，结果证实该设计能够显著延长机翼表面的层流区域。

班奇表示：“风洞试验结果非常积极，因此NASA认为这项技术具备足够潜力，值得推进到飞行试验阶段。飞行试验可以使用更大尺寸的模型，并在比风洞更平稳、湍流更少的真实大气环境中飞行，这对研究层流非常关键。”

利用F-15B试验机开展飞行验证

NASA阿姆斯特朗中心的F-15B试验机为层流研究提供了理想的飞行平台。通过在机腹下安装CATNLF比例模型，研究人员可以在不更换整机机翼、也无需制造专用验证机的前提下，验证关键技术原理，从而显著降低试验成本。

CATNLF目前主要面向商用航空领域。过去20年，全球商用航空运输持续增长，国际民航组织预计未来20年旅客数量将再翻一番。商用客机通常以亚音速飞行，即低于音速的速度范围。

弗雷德里克指出：“我们大多数人乘坐的都是亚音速客机，因此这项技术在这一速度范围内的应用，将在近期产生最大的实际影响。”NASA此前的计算研究也表明，CATNLF等技术在经过适配后，同样有潜力用于超音速飞行器。

即将开展飞行试验，面向未来应用

在接下来的数周内，CATNLF预计将进行首次实际飞行，随后展开一系列飞行测试，以评估该设计在真实飞行条件下的性能和能力。

从更长远的角度看，NASA在CATNLF项目上的研究，有望为更高效的商用航空奠定技术基础，并推动类似的层流控制技术扩展到超音速飞行领域，在更高飞行速度下继续提升燃油效率。

班奇总结道：“NASA阿姆斯特朗的CATNLF飞行测试，将使层流技术更接近于在下一代飞机上实现工程化应用。”