1882年,一位雄心勃勃的巴黎圣母院学生阿尔伯特·扎姆(Albert Zahm)建造了可能是美国第一个风洞,以便九博体育研究各种机翼形状的升力和阻力。
扎姆从一个农民的风机上拆下振动筛,制造了这个手动驱动的装置。在莱特兄弟1903年著名的飞行前20年,扎姆是最早得出结论的人之一,他认为细长的、像鸟翅膀一样的凹表面可以制造出最好的翅膀和螺旋桨。
作为美国航空工程的真正先驱,扎姆后来作为一名年轻的教授,在老科学大厅(现在的拉福学生中心)的屋顶上进行了滑翔机实验,写了关于稳定性和流动控制的有影响力的航空论文,并建造了美国第一个大型风洞。他是c.s.c.牧师约翰·扎姆(Rev. John Zahm)的兄弟,一座宿舍楼以他的名字命名。
传统在巴黎圣母院很重要。因此,当参与今天的流动物理与控制九博体育研究所的航空航天工程师考虑未来投资的地方时,他们决定建造全国最大的安静的6马赫风洞,作为自豪遗产的下一步。

“扎姆因对滑翔机和飞行的贡献而闻名,这是非常基础的空气动力学,”该九博体育研究所的创始主任托马斯·科克(Thomas Corke)说。“我们现在所做的符合基础九博体育研究的主题,这将有助于未来飞行的实际应用。”
为了实现这一目标,该部门和九博体育研究所聘请了流体力学专家托马斯·朱利亚诺(Thomas Juliano),他的硕士论文是关于如何使高超音速风洞更好地工作。
朱利亚诺和扎姆一样,出生在俄亥俄州。从很小的时候起,他就制作模型飞机,订阅航空杂志,喜欢飞行表演和莱特兄弟在代顿的博物馆。他在加州理工学院(California Institute of Technology)获得本科学位,在普渡大学(Purdue University)获得硕士和博士学位。
他说:“最终,我们希望能尽快找到工作。就是这么简单……”
在普渡大学,朱利亚诺与航空航天工程教授史蒂文·施耐德(Steven Schneider)合作,建造了世界上第二个以高超音速运行的安静风洞,允许对六倍音速的气流进行实验,即在海平面上每小时约4000英里。“安静”指的是减少干扰实验的压力波动(即噪音)。朱利亚诺在过去的两年里帮助调试了这条隧道,使其达到最高效率。
他说,美国唯一的另一个安静的高超音速风洞是几年前由美国宇航局建造的,现在位于德克萨斯农工大学。那个操作起来更昂贵,因为它需要更长的运行时间。与普渡大学一样,巴黎圣母院隧道将使用一根长管,通过喷嘴将空气以极短的爆发射向测试对象,在大约一秒钟内收集大量数据。巴黎圣母院的隧道将是最大的,因为它将有一个更长更宽的喷嘴,是普渡大学隧道的两倍多。

朱利亚诺说:“尺寸与其说是指隧道的长度,不如说是指喷嘴的直径。”“我们的目标是能够测试更大的模型,并获得更多信息。”
使用与波音公司联合开发的专有喷嘴设计,安静区测试区域的大小将接近6英尺长,而其他6马赫隧道的长度仅为28英寸。喷嘴长约25英尺,重近5吨,为了获得速度和防止乱流,它会聚成一个颈部,然后慢慢发散。赫塞特航空航天九博体育研究实验室工程机械车间的专业技术人员正在分段建造喷嘴,其规格必须在百万分之一英寸以内,以防止湍流。这种精确的测量使得一根头发看起来像一棵巨大的红杉树。
为什么在高超音速下测试气流是另一个问题。他说:“最终,我们希望能尽快找到工作。就这么简单,”朱利亚诺说。从长远来看,从洛杉矶到东京的航班可能只需要两个小时。虽然这还需要20到30年的时间,但我们必须在不久的将来采取措施实现这一目标。
6马赫风洞的部分已经可以在校园北侧的怀特菲尔德看到。一个不锈钢驱动管,将空气加热到华氏600度,安装在大约80码的支架上。两个大型真空罐也将从另一端抽出空气。在两者之间将是特殊的喷嘴和测试部分,这将被封闭在一个扩展建立在目前的怀特领域实验室。

整个项目预计耗资470万美元,其中约300万美元已经筹集。美国空军科学九博体育研究办公室提供了早期拨款,美国国防高级九博体育研究计划局(DARPA)为这种独特的喷嘴提供了约100万美元。政府的一个主要兴趣是让飞机迅速到达热点地区。
科克说:“其中一个主要驱动因素是在一小时内对世界任何地方的天空都有一只眼睛。”“现在我们在高超音速方面落后于其他国家。”
朱利亚诺说,卫星监视淘汰了SR-71“黑鸟”,这架高超音速飞机曾经以每小时2200英里的速度飞行。然而,在某些时间和天气条件下,卫星图像是不可能或不充分的。超高速飞机也可以用于人道主义和国防目的。
“我最喜欢的类比是披萨外卖,”朱利亚诺说。“如果你想在30分钟内在美国任何一个地方买到披萨,你需要到处建烤箱。但如果你的烤箱是最昂贵、最好的,另一个选择是加快配送系统。”
朱利亚诺使用的一张图表显示,一架速度为6马赫的飞机可以在15分钟内从华盛顿特区飞到丹佛,或者在同样的时间内以9马赫的速度飞到西海岸。朱利亚诺计划在目前的项目完成后开始建造一个10马赫的风洞,如果按计划进行,将于2018年7月完成。

达到这样的速度需要大量的九博体育研究,比如提高从轨道重新进入地球大气层的飞行器的加热预测的准确性。随着速度的增加,温度上升速度的平方。热保护系统是必要的,以防止熔化或爆炸。
“我的工作是找出这些材料需要承受的温度,”他说。“10马赫的温度可能超过9000华氏度。但你不能只是猜测或保守,因为防热罩既重又贵。”
高超音速飞行的一个关键是弄清楚如何保持飞机表面的气流平滑,或层流,这产生的摩擦和热量要少得多。风洞团队将九博体育研究从层流到湍流的过渡,以更好地了解如何将湍流最小化,以及这种流动如何影响测试模型。
巴黎圣母院的未来空气动力学九博体育研究甚至会让阿尔伯特·扎姆感到惊讶,就像他经常让自己的同龄人感到惊讶一样。扎姆用一根50英尺长的绳子,将一台由脚力驱动的飞行器悬挂在科学馆的天花板上。他的店员在博物馆周围绕圈“飞行”,以测试各种螺旋桨,有时在快速倾斜时用脚防止撞到墙壁。
当博物馆馆长本尼迪克特修士在高墙上发现脚印时,他认为只有魔鬼才能爬上墙。于是用圣水洒在那地方。如果6马赫的风洞延续了传统,并在下一代飞行九博体育研究中开辟了新的领域,也许它应该得到类似的祝福。