NASA：美国航发霸业的幕后推手
春暖花开，航空小知识又和大家见面啦~
在刚刚过去的春节中，小伙伴们忙于走亲访友、应付七大姑八大姨的连番拷问，或是选择出国刷朋友圈虐狗。但相信更多忙碌了一年的小伙伴们想利用假期静下来，窝在家里看看剧。
重温一遍《生活大爆炸》是不错的选择，而相信看过此剧的同学都认识这货。
该剧主角之一的霍华德先生不仅在剧中过了一把宇航员的瘾，还被NASA继续恶搞了一把。
NASA的逗比程度暂且不提，如果单就数十年来混迹黑科技界机构的知名度做一个排名，NASA肯定是名列前茅的那一个。
就拿刚刚过去的2015年来说，NASA大新闻不断，一会儿是宣布发现了新的太阳系第9大行星，在刚刚被除名的冥王星伤口上撒了一把盐，一会儿又宣称在火星上发现了液态水。甚至在影视界，NASA参与拍摄的《星际穿越》与《火星救援》也掀起了不小的太空科幻热潮。
·NASA宣布发现火星存在液态水的有力证据（图片来自网络）
这不，新年伊始，不甘寂寞的NASA又出来放大招了。
1月，NASA宣布，历时6年的NASA环境负责任航空计划（ERA）已于2015年底结束。NASA在2016年1月4日至8日于圣地亚哥举行的AIAA年度技术大会上首次总结了ERA项目6年来获得的研究成果。
NASA兰利研究中心负责ERA项目系统评估的克雷格•尼克尔称：“ERA项目获得的成果可以支撑实现2025年左右民用飞机在降低燃油消耗、降噪和减排方面的目标。”
以下是ERA项目的一些关键数据：
历时6年，NASA投资4亿美元，工业界投资2.5亿美元；
开展了8个集成演示验证子项目，专业覆盖气动、动力、结构和系统；
预计使用ERA项目开发的技术可为2025-2050年的民用航空产业节省2550亿美元的成本；
采用GTF发动机的400座级混合翼身布局方案实现了49.4%的最大燃油消耗降低；
采用GTF发动机的160座级翼上安装发动机布局方案实现了41.1%的最大噪声降低；
ERA项目评估的所有13个飞机模型除1个外，均实现了氮氧化物排放降低75%的目标。
看完这则消息，朋友们的反映可能是这样的：
不明觉厉的朋友A：NASA不是一个太空探索组织吗，怎么还管航空业的事？
某财务专业朋友B：投入6.5亿，节省2250亿，这是怎么个投入产出比？
业内朋友C：NASA与航空工业界的又一次完美联姻。
那么，NASA到底是怎样的一个机构呢？
NASA，全称为“美国国家航空航天局”。没错，是美国！国家！航空！航天局！从这个名字来看，航空当然是NASA的主要业务啦。
作为美国联邦政府的一个行政性科研机构，NASA负责制定、实施美国的民用太空计划与开展航空科学暨太空科学的研究，而其前身则是大名鼎鼎的国家航空咨询委员会（NACA）。
NACA除了在二战中发挥了关键作用外，还实现了人类历史上的第一次超音速飞行：X-1试验飞机的飞行。
· X-1试验飞机（图片来自网络）
而到了20世纪50年代，随着航空航天技术在美苏竞争中的地位不断凸显，NACA这个小机构已经无法满足美国人的需求了。
1958年，根据时任总统艾森豪威尔推动通过的《国家航空航天法案》新组建的NASA，原封不动地接管了原NACA的8040名雇员；每年1亿美元（1958年）的预算；3个主要的实验室：兰利航空实验室、艾姆斯航空实验室、刘易斯飞行推进实验室，以及一些基础测试设施。
· 刘易斯研究中心建设中的航空发动机试验设施（图片来自网络）
酝酿成立美国宇航局的主要目的如下：
1.提高人类对地球和宇宙的认识；
2.改进飞机的用途、性能、安全性和效率；
3.发展能携带武器、设备和生物进入宇宙的飞行器；
4.保持美国在航空航天领域的领先地位；
5.向政府提供有军事价值或军事意义的研究成果；
6.与其他国家合作，进行太空研究成果的和平利用；
7.最有效地利用美国的工程力量，避免重复建设。
如果说得更简练一点，NASA的职责是：
1.扩展人类对宇宙的科学认识，在航空航天方面进行探索；
2.发展与改进航空航天飞行器；
3.创新科学技术，时刻保持美国的领先地位。
在这样的精神引领下，成立58年来，NASA不断通过对航空航天新技术的探索改变着整个世界。其中最著名的，无疑是“阿波罗”登月计划、太阳系各大行星探测、空间站与航天飞机的发明等等。
· 阿波罗登月（图片来自网络）
相对于在航天领域的高光表现，继承了NACA血统的NASA，在航空领域的表现就不是那么的为人所知了。
首先，我们要先来谈谈NASA在美国航空工业中的特殊地位。
作为直接听命于总统的政府科研机构，NASA既能玩得转高大上的“星际穿越”，也能够坚持数十年如一日默默主导美国航空技术发展。
NASA自身拥有庞大的研究团队与科研设施，独立承担着大量的航空领域基础研究项目。例如其前身NACA建造了美国第一批风洞，这些风洞催生的标准翼型吹风数据在整个美国飞机及飞机动力技术的发展中发挥了举足轻重的作用，而自NASA成立以来，其在计算流体力学（CFD）、有限元分析等基础研究领域也做出了一系列奠基性贡献，满足了工业界对基础技术的需求。
同时，NASA也将其触角延伸至美国航空工业的各个领域，与美国军方、能源部、气象局通力合作，以各种形式推动美国航空技术的持续发展。
一方面，其研究成果经常直接转让给国防部、联邦航空局、各航空制造企业。各航空公司设计出的新飞机，也经常找NASA先评头论足评测一番。NASA还会向联邦航空局提供技术支援。
另一方面，也是NASA最重要的职能，则是代表政府负责各类航空技术研究计划的实施与管理。
在航空发动机领域，进入70年代以后，随着民用大涵道比涡扇发动机的问世，NASA先后推出了高效节能发动机（E3）计划、发动机热端技术（HOST）计划、先进高温发动机材料（HITEMP）计划、极高效发动机技术（UEET）计划、环境负责任航空（ERA）计划等研究计划，参与实施了综合高性能涡轮发动机（IHPTET）计划（总投资50亿美元）和多用途经济可承受先进涡轮发动机（VAATE）计划（总投资37亿美元）。
· 试验中的F119发动机（图片来自网络）
NASA正是通过这类国家级科技规划和研究计划的一代代实施，推动了整个美国航空技术的不断进步，保持并扩大了其在航空领域的持续技术优势。
而其中的经典之作，就是NASA自上世纪70年代开始实施的高效节能发动机（E3）计划。
上世纪70年代初，在全球石油危机的影响下，NASA在1976年开始实施一项节能飞机计划，而其中节能高效发动机（E3）计划占据了整个计划经费的最大份额。
E3计划旨在通过进一步增大增压比、提高部件效率和改善飞机-发动机匹配，为八十年代末或九十年代初投入使用的新一代涡扇发动机提供技术基础。
1977年，NASA与普惠（PW）公司和通用电气（GE）公司分别签订合同，要求在1983年~1984年完成不见或验证机试验，达到以下技术目标：
1.耗油率降低12~15%，在使用过程中引起的性能恶化（一般会使耗油率增加3%）减少一半；
2.飞机直接使用费用减少5%；
3.满足美国联邦航空条例第36条关于噪声的规定（1978年标准）；
4.满足美国环保局关于排气污染的规定（1981年标准）。
为达到上述目标，计划分三步进行。
第一步设计基本的推进系统，作为确定各部件的构型和评价技术进步的基础。在评价技术进步后，选JT9D-7A和CF6-50C作为基准发动机。
第二步研究和评价部件技术，即设计、制造和试验全尺寸的先进部件。
第三步将先进部件组合成系统，以便作为一个整体进行性能鉴定试验并在真实的发动机工作条件下评价各种先进部件技术。
作为政府科研机构，NASA推出E3计划的目标并不是研制出可供直接使用的发动机，而是为新一代发动机提供经过验证的关键技术。
而事实上，随着整个计划的顺利实施，最终效果甚至超出了NASA的预期。
通用电气公司的节能发动机完全达到了计划目标，特别是突破了高压比高压压气机设计技术，相应的关键技术先后应用于CF6-80C2大推力发动机、CFM56系列发动机等机型，而GE90发动机更是直接应用了E3发动机的核心机技术。
· GE90发动机（图片来自网络）
普惠公司方面，E3发动机技术也对其发动机系列化发展起到了巨大的促进作用，例如浮壁燃烧室技术用于V2500发动机，大幅提升燃烧室寿命，此外，PW2037和PW4000发动机也从E3计划中吸取了大量关键技术。
可以说，虽然E3计划投入经费并不算多，但正是通过该计划得以验证的众多跨代关键技术，奠定了美国两大航空发动机巨头，特别是GE公司后续取得航空垄断地位的霸业基石。
在保持美国航空发动机产业持续技术领先这一共同目标下，NASA与工业界在技术发展方面分工明确、通力合作。
作为政府研究机构，NASA的使命是制定技术发展规划，先期布局，主导最新一代航空推进技术的开发。
这些超前技术从开始研究到最终应用往往需要经历10年以上时间，且其开发过程往往蕴含着巨大的技术与经济风险，政府持续高强度的财政补贴和直接投资使得美国整个航空发动机企业的持续的技术优势。
作为这些先进技术的使用者，航空发动机企业可以更加专注于航空发动机产品的工程研制，当其开始新一代产品研制时，所需的相关先进技术已经接近成熟，工业界的主要工作将集中在这些技术的集成验证上，产品研制周期得以大幅缩短。
事实上，经过多年发展，美国航空发动机产业已经形成了从政府（包括以NASA为代表的官方科研机构）、军方到企业、高校，从基础研究到工程应用的一整套技术与产品发展体系，形成了技术发展与产品不断更新换代的良性循环。
在这样的体系下，NASA的核心地位不容忽视。2006年，NASA根据形势变化成立了航空研究任务事务部（ARMD），进一步提升对航空基础研究和应用研究的重视程度。
目前，在NASA主导下，美国业界已经启动针对2035年左右下一代先进航空发动机的先进技术研究计划，旨在确保美国在航空发动机领域的技术优势得以继续保持下去。
事了拂衣去,深藏身与名。
航发江湖上NASA的声名没那么显著，但其幕后的身影无处不在。
在刚刚过去的航空百年中，NASA巨大的身影为业界树立了一座丰碑。
对于我们刚刚起步的国产大涵道比涡扇发动机产业来说，技术储备不足无疑是主要瓶颈之一。
找准差距，学习国外先进的技术发展体系，按照科学规律建立我国航空发动机产业从基础预研到工程研制的完整体系，是我们追赶路上必不可少、迫在眉睫的一步。
· 作者/责编：赵诗棋