NASA Langley Research Center: Pionier in luchtvaartinnovatie

Het faciliteit nu bekend als Langley Research Center werd opgericht onder NASA's voorganger — het National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) — in 1917, wat het het eerste civiele luchtvaartlaboratorium in de Verenigde Staten maakte. De constructie begon later dat jaar bij Hampton, VA op Langley Field.

In 1931 werd het werk voltooid aan wat toen de grootste windtunnel ter wereld was met een 30 × 60-voet testsectie bekend als de Langley Full Scale Tunnel. De tunnel kon volledige vliegtuigen van die tijd bestuderen en was instrumentieel in het doen van wrijving-opruimstudies voor bijna elk VS-jachtvliegtuigontwerp in de Tweede Wereldoorlog. De Full Scale Tunnel testte later de Mercury-ruimtecapsule, het maanlander-testvoertuig, F-16, concepten voor supersonische transporten, en de ruimteshuttle.

Langley's National Transonic Facility gebruikt vloeibare stikstof om vluchtomstandigheden nauwkeuriger te modelleren en levert een van de meest nauwkeurige windtunneldata ter wereld. Sinds de tunnel in de vroege jaren 80 in bedrijf ging, heeft het data geleverd voor Boeing 777 en 767, de ruimteshuttle-lanceringconfiguratie, businessjet-concepten, en Orion-lancering afbreek-systeem.

Als NASA begon te worstelen met de uitdagingen van mensen in de ruimte te brengen, droeg Langley bij aan de inspanning. De Space Task Group, gevestigd bij Langley tot een verhuizing naar Houston in de vroege jaren 60, zette zich de planning van de VS-vroege ruimteprogramma's ten doel. Langley-personeel ontwierp de Lunar Landing Facility, een 250 × 400-voet lange truss-werk grijskonstruksie met een maanlander die door een kabelsysteem werd opgehangen dat alle behalve 1/6 van het gewicht van de lander ondersteunde en werd gebruikt om alle Apollo-astronauten te trainen om op de maan te landen. Toen het Apollo-programma afvlakte, werd de faciliteit omgebouwd om geïnstrumenteerde full-size vliegtuigen en helikopters op te hangen, die werden losgelaten om crash-omstandigheden te simuleren om de crashweerstand van vliegtuigen te verbeteren. Met de ontwikkeling van het Orion-concept, werd de faciliteit gebruikt om de stressen bij het landen van Orion eerst op grond en met de toevoeging van een hydro-impact basin, om een waterlanding te begrijpen.

In de midden jaren 60 ontwierp Langley een Rendezvous and Docking Simulator om Gemini- en Apollo-astronauten te trainen. Het systeem hing een full-size Gemini- en later Apollo-capsule van het plafond van de Langley Research Hangar. De simulator is inmiddels gedemonteerd, maar het ophangingsysteem blijft in het plafond van de hangar.

Langley ondersteunt vandaag de dag NASA-doelstellingen voor luchtvaartverkenning, wetenschap en ruimtetechnologie, met een verscheidenheid aan vluchtsimulatoren, windtunnels, labs en computationele software.

Luchtvaart

Of het nu gaat om het mogelijk maken van supersonische commerciële vluchten van kust tot kust of het helpen om vliegtuigen veiliger, stilter en brandstofzuiniger te maken, leiden Langley's luchtvaartexperts ideeën van het tekenbord naar de realiteit.

In samenwerking met de Federal Aviation Administration (FAA) voerden Langley-onderzoekers een test uit die experts zal helpen de crashveiligheid van vliegtuigen te beoordelen. Met het oog op het verminderen van dodelijke slachtoffers, lieten onderzoekers een full-size F-28 Fokker transportvliegtuig vallen op Langley's Landing and Impact Research Facility om data te genereren voor computermodellen die crashweerstand meten. De data zal helpen standaarden te stellen voor innovatieve vliegtuigen van morgen.

NASA opende mogelijkheden voor toekomstige stille supersonische vlucht door zijn Low-Boom Flight Demonstration Mission. Voor deze missie deelt Langley de managementverantwoordelijkheid voor de ontwikkeling van het X-59 Quiet SuperSonic Technology vliegtuig en leidt plannen om de reactie op het geluid van de X-59 over diverse VS-gemeenschappen te evalueren, een stap richting het opheffen van huidige verboden op supersonische overlandvluchten.

Langley-onderzoekers testten met succes de X-59's eXternal Vision System. Het vervangt een voorwaarts gericht cockpitraam door een combinatie van sensoren, camera's en computerschermen, wat de piloot een augmented-reality zicht naar voren geeft. Het zal klaar zijn voor de eerste vlucht van de X-59 gepland voor dit jaar.

Langley test ook nieuwe efficiënte vliegtuigconcepten en bestudeert all-elektrische technologieën om vliegen zowel schoner als stilte te maken. Met Boeing ontwierpen, bouwden en testten Langley-onderzoekers een transsonische truss-gebogen vleugelmodel dat kan leiden tot brandstofzuinigere vliegtuigen. Ze droegen ook ontwerpmethoden en analyses bij aan de X-57 Maxwell, NASA's eerste all-elektrische experimentele vliegtuig.

Met betaalbare elektrische drones die de markt overspoelen en bedrijven die geld investeren in concepten zoals luchttaxi's en autonome persoonlijke vliegtuigen, lijkt een nieuwe luchtvaarttijd aan te breken. Drone-veiligheidstools ontwikkeld bij Langley adresseren de praktijk van pilootloze vluchten: Hoe onbemande luchtvaartuigen (UAV's) te voorkomen dat ze vliegen waar ze niet horen, hoe ze te voorkomen dat ze in elkaar botsen, en hoe ze veilig te helpen landen in een noodgeval.

Om te begrijpen hoe nieuwe luchtvaartuigen in steden en steden zullen opereren, creëerde een team van onderzoekers Langley Aerodrome No. 8, een elektrisch vliegtuig dat als een helikopter opstijgt. Het onbemande voertuig, gemaakt met 3D-geprinte onderdelen, werd getest in Langley's 12-voet Low Speed Wind Tunnel. Naast autonomie verkent Langley een reeks andere kwesties vitaal voor nieuwe luchtvaartuigen: luchtvaartverkeersbeheer, no-fly zones, communicatie- en navigatiesystemen, veilige vliegprocedures en geluidsdemping.

Langley ontwikkelde ook twee nieuwe implementaties van akoestische liners voor vliegtuiggeluidsreductie waarbij gebogen kanalen in kleine ruimtes uitgerust kunnen worden om geluidsreductie te bieden. De twee implementaties zijn flap-zijde liners en landingsgestelte-deur liners voor airframe-geluidsreductie. In deze toepassingen is de akoestische liner primair ontworpen om vliegtuiggeluid dat tijdens de landing optreedt te verminderen, wat vliegtuigen helpt te voldoen aan steeds strengere luchthavengeluidsbeperkingen.

Ruimte

Langley brengt actief innovators, architecten, wetenschappers en ingenieurs samen om kleine payloads snel en efficiënt in de ruimte te brengen. Kleine satellieten (smallsats) — gedefinieerd door NASA als ruimtevaartuigen van 180 kilogram (397 pond) of minder — kunnen de instantie helpen wetenschap en menselijke verkenning te verbeteren door nieuwe opties te bieden voor het verlagen van kosten van ruimtemissies en het uitbreiden van toegang tot de ruimte.

Shields-1, een stralingsbeschermingsdemonstratie, werd Langley's eerste succesvolle vrij-vliegende smallsat-project. Meegetrokken op een 2018 lancering door Rocket Lab, schoot het naar de baan samen met een set andere demonstraties en experimenten. Shields-1 testte nieuw schermmateriaal ontwikkeld bij Langley.

De krachtige Space Launch System raket zal banaanbrekende NASA-missies initieren. Langley's aeroscience-team testte configuraties in het centrum's Unitary Plan Wind Tunnel, 14 × 22-voet Subsonic Tunnel, en National Transonic Facility windtunnel.

NASA's succesvolle Ascent Abort-2 testvlucht was een belangrijke stap naar het beschermen van de astronauten die binnenkort op missies naar de maan en, eens, Mars zullen uitkomen. Het Orion Launch Abort System programma, gemanaged bij Langley, zal ervoor zorgen dat het afbreek-systeem klaar is indien nodig.

Ongeveer half de grootte van een computermuis, zal de Stereo Camera for Lunar Plume Surface Studies (SCALPSS) dit jaar naar de maan reizen als payload aan boord van een Intuitive Machines Nova-C maanlander ruimtevaartuig. Vier van de kleine camera's zullen NASA-onderzoekers laten zien wat er gebeurt onder een ruimtevaartuig als het op de maan landt. SCALPSS zal belangrijke data leveren over de krater gevormd door de raketpluim van de lander tijdens de finale daling en landing op het maanoppervlak.

Data van SCALPSS zal computermodellen leveren die opvolgende landingen informeren. De SCALPSS-camera's, die rond de basis van de lander geplaatst zullen worden, zullen beginnen met het monitoren van kraterformatie vanaf het precieze moment dat de hete motorpluim van de lander begint te interacteren met het maanoppervlak. De camera's zullen doorgaan met het vastleggen van beelden tot na de landing compleet is. Die finale stereo-beelden, die op een kleine onboard data-opslagunit worden opgeslagen voordat ze naar de lander worden gestuurd voor downlink terug naar de aarde, zullen onderzoekers in staat stellen de uiteindelijke vorm en volume van de krater te reconstrueren.

Langley vormt ook technologieën voor robotische constructie in de ruimte, wat langere, meer afgelegen missies toelaat. Het Lightweight Surface Manipulation System zal gebruikt worden door bedrijven geselecteerd om payloads op de maan te landen. Door een set On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing projecten zullen onderzoekers leren hoe robotica en autonomie gebruikt kunnen worden om infrastructuur op de maan en in de ruimte te bouwen.

LiDAR

Light detection and ranging (LiDAR) heeft zich ontwikkeld tot een krachtig en veelzijdig hulpmiddel voor NASA. Langley ontwikkelde Flash LiDAR voor real-time terreinmapping en synthetische visie-gebaseerde navigatie. Om voordeel te halen uit de informatie inherent in een reeks 3D-beelden verkregen op video-snelheden, ontwikkelde Langley ook een embedded image processing algoritme dat simultaan kan corrigeren, verbeteren, en relatieve beweging afleiden door deze beeldreeks te verwerken tot een hoge-resolutie 3D synthetische afbeelding.

Traditionele scanning LiDAR-technieken genereren een beeld frame door een beeld te raster-scannen één laserpuls per pixel tegelijk, terwijl Flash LiDAR een beeld verkrijgt veel zoals een gewone camera, een beeld genererend met een enkele laserpuls. De voordelen van Flash LiDAR maken autonome visie-gebaseerde begeleiding en controle voor robotische systemen mogelijk.

Navigation Doppler LiDAR (NDL) wordt overwogen om veilige en nauwkeurige landingen op planeetlijken te verzekeren. NDL, dat voertuigsnelheid en -positie nauwkeurig meet, kan NASA helpen de eerste vrouw en volgende man op de maan te landen.

Technologieën

• Remote, Noninvasive, Cardiac Activity Tracer (RENCAT) — Deze laser vibrometer sensor monitort hartaactiviteiten op afstand en non-invasief; specifiek, hartfuncties van klep/kamer openen en sluiten cycli (cardiale cycli). Het apparaat biedt nauwkeurige magnitude en timing informatie weg van het hartgebied zonder interferentie door patiëntenkleding.

• Hydrofobe epoxy coating voor insectenhafting mitigatie — Fluorinated alkyl ether-bevattende epoxy's dienen als anti-insect coating. De robuuste en duurzame coating werd ontwikkeld om vliegtuigefficiëntie te verbeteren, maar kan nuttig zijn in diverse toepassingen waar reductie van insectenresidue-aanhechting gewenst is, zoals in de auto- en windenergie-industrie.

• Bliksemschicht mitigatie en schadedetectie — De gepatenteerde SansEC Sensor Technologie is een bewezen draadloos sensplatform capabel van het meten van de elektrische impedantie van fysieke materie in de buurt van de sensor gebaseerd op een verandering in zijn resonantierespons. De sensor vertoont een unieke eigenschap om de bliksemschichtstroom te disperseren om bliksemschade te mitigeren. In een toepassing op een turbijnblad, zal een array van SansEC-sensoren het oppervlaktegebied van het composiet blad bedekken, wat zowel bliksemschichtmitigatie als schadesensing biedt.

• Draadloze temperatuursensor zonder elektrische verbindingen — Deze sensor vereist geen elektrische verbinding en is gebouwd op het SansEC-sensorplatform, wat voordeel trekt van het meten van dielectrische veranderingen. De sensor is schade-tolerant, flexibel, nauwkeurig en goedkoop. Een veelbelovende toepassing is voor bandentemperatuursensoren.

• 3D-printer teststation — Een teststation werd ontwikkeld dat in-situ testen van materiaal-depositie en laaghechting in een extrusie-additieve productieproces kan uitvoeren. De technologie adresseert het probleem van het monitoren van onderdeelkwaliteit tijdens het 3D-printproces. De noviteit is dat testen in-situ gebeurt terwijl het component wordt gebouwd.

• Draadloze sensor voor farmaceutische verpakking en monitoring toepassingen — De SansEC-sensor kan gebruikt worden voor farmaceutische toepassingen zonder de noodzaak voor fysiek contact. Veel attributen van een container kunnen gemonitord worden zoals vloeistof- of poederniveaus, temperatuur van inhoud, en veranderingen veroorzaakt door bederf. Manipulatie kan ook gedetecteerd worden.

Technologieoverdracht

Langley Research Center's technische kennis en data is beschikbaar voor licentiehouders voor commercialisatie. Neem contact op met NASA's Licensing Concierge op Agency- of bel 202-358-7432 om licentiegesprekken te initiëren. Leer meer over NASA Langley .