Североамериканский X-15 - North American X-15

Х-15
Черный ракетный самолет с короткими крыльями и короткими вертикальными стабилизаторами над и под хвостовым оперением
X-15 отрывается от своего десантного самолета
Роль Экспериментальный высокоскоростной исследовательский самолет с ракетным двигателем
Производитель Североамериканская авиация
Первый полет 8 июня 1959 г.
Вступление 17 сентября 1959 г.
В отставке Декабрь 1968 г.
Основные пользователи ВВС США
НАСА
Количество построенных 3

Североамериканский X-15 является гиперзвуковой ракетным двигателем самолета . Он эксплуатировался ВВС США и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства как часть серии экспериментальных самолетов X-plane . X-15 установил рекорды скорости и высоты в 1960-х годах, достигнув границы космического пространства и вернувшись с ценными данными, используемыми при проектировании самолетов и космических кораблей . Максимальная скорость X-15, 4520 миль в час (7274 км / ч; 2021 м / с), была достигнута 3 октября 1967 года, когда Уильям Дж. Найт пролетел со скоростью 6,7 Маха на высоте 102 100 футов (31 120 м). или 19,34 мили. Это установило официальный мировой рекорд наивысшей скорости, когда-либо зарегистрированной для летательного аппарата с экипажем и двигателем, который остается неизменным.

По программе X-15 12 пилотов совершили 199 полетов в сумме. Из них 8 пилотов совершили комбинированные 13 полетов, которые соответствовали критериям космических полетов ВВС , превысив высоту 50 миль (80 км), что квалифицировало этих пилотов как космонавтов . Пилоты ВВС сразу получили право на получение крыльев военного астронавта , а гражданские пилоты в конечном итоге были награждены крыльями астронавта НАСА в 2005 году, через 35 лет после последнего полета X-15.

Дизайн и развитие

Х-15 после зажигания ракетного двигателя
X-15A-2, с герметичным абляционным покрытием, внешними топливными баками и манекеном ПВРД

X-15 был основан на концептуальном исследовании гиперзвукового исследовательского самолета, проведенном Уолтером Дорнбергером для Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) . В просьбах о представлении предложений (ЗП) были опубликованы 30 декабря 1954 года для планера и 4 февраля 1955 года для ракетного двигателя . X-15 был построен двумя производителями: North American Aviation получила контракт на изготовление планера в ноябре 1955 года, а Reaction Motors получила контракт на производство двигателей в 1956 году.

Как и многие X-серии самолетов, Х-15 был разработан , чтобы быть выполнена в воздухе и капельные запущен из - под крыла B-52 плавбазы . Air Force NB-52A, «Великий и могучий» (серийный 52-0003) и NB-52B, «Челленджер» (серийный 52-0008, также известный как Balls 8 ) служили самолетами-носителями для всех полетов X-15. Выпуск X-15 из NB-52A происходил на высоте около 8,5 миль (13,7 км) и скорости около 500 миль в час (805 км / ч). Фюзеляж X-15 был длинным и цилиндрическим, с задними обтекателями , делавшими его более плоским, и толстыми, спинными и подфюзеляжными стабилизаторами с клиновидными ребрами. Части фюзеляжа (внешняя обшивка) были из жаропрочного никелевого сплава ( Inconel- X 750). Убирающееся шасси состояло из лафета переднего колеса и двух задних салазок. Полозья не выходили за пределы брюшного киля , что требовало от пилота сбрасывать нижний киль непосредственно перед приземлением. Нижний киль был поднят с парашютом.

Кабина и пилотные системы

Кабина X-15

X-15 был продуктом экспериментальных исследований, и в ходе программы и между различными моделями были внесены изменения в различные системы. X-15 эксплуатировался в нескольких различных сценариях, включая прикрепление к самолету-носителю, падение, запуск основного двигателя и ускорение, баллистический полет в разреженный воздух / космос, повторный вход в более плотный воздух, планирование без двигателя для посадки и прямую посадку без запуск главного двигателя. Главный ракетный двигатель проработал только относительно короткую часть полета, но разогнал X-15 до его высоких скоростей и высот. Без тяги главного двигателя приборы и рули Х-15 оставались работоспособными, но самолет не мог поддерживать высоту.

Поскольку X-15 также должен был управляться в среде, где было слишком мало воздуха для аэродинамических поверхностей управления полетом , он имел систему управления реакцией (RCS), которая использовала ракетные двигатели. Было две разные установки управления пилотом X-15: одна использовала три джойстика, другая - один джойстик.

Тип X-15 с несколькими ручками управления для пилота размещал традиционный руль направления и джойстик между левым джойстиком, который отправлял команды в систему управления реакцией, и третьим джойстиком справа, используемым во время маневров с большим ускорением для увеличения центрального джойстика. В дополнение к вводу пилота, система повышения устойчивости X-15 (SAS) отправляла данные на органы управления аэродинамикой, чтобы помочь пилоту поддерживать контроль над ориентацией . Система управления реакцией (RCS) могла работать в двух режимах - ручном и автоматическом. В автоматическом режиме использовалась функция под названием «Система реактивного усиления» (RAS), которая помогала стабилизировать транспортное средство на большой высоте. РАС обычно использовалась примерно в течение трех минут полета X-15 перед автоматическим отключением питания.

Альтернативная установка управления использовала систему управления полетом MH-96, которая позволяла использовать один джойстик вместо трех и упрощала ввод пилотов. MH-96 мог автоматически сочетать аэродинамическое и ракетное управление, в зависимости от того, насколько эффективна каждая система в управлении самолетом.

Среди множества средств управления были дроссельная заслонка ракетного двигателя и средство сброса подфюзеляжного хвостового оперения. Среди других особенностей кабины - окна с подогревом для предотвращения обледенения и передний подголовник для периодов сильного торможения.

У X-15 было катапультное сиденье, предназначенное для работы на скорости до 4 Маха (4480 км / ч; 2784 миль в час) и / или на высоте 120000 футов (37 км), хотя оно никогда не использовалось во время программы. В случае катапультирования сиденье было спроектировано для развертывания ласт, которые использовались до тех пор, пока оно не достигло более безопасной скорости / высоты, на которой можно было бы развернуть свой основной парашют. Пилоты носили скафандры, в которых можно было нагнетать газообразный азот. На высоте более 35000 футов (11 км) в кабине создавалось давление азота до 3,5 фунтов на квадратный дюйм (0,24 атм), а кислород для дыхания подавался пилоту отдельно.

Движение

Х-15 хвост с XLR-99

В первых 24 полётах использовались два жидкостных ракетных двигателя Reaction Motors XLR11 , усиленные для обеспечения тяги в 16000 фунтов силы (71 кН) по сравнению с 6000 фунтами силы (27 кН), которые обеспечивала одна модель XLR11. В 1947 году Bell X-1 стал первым самолетом, летавшим быстрее скорости звука . XLR11 использовал этиловый спирт и жидкий кислород .

К ноябрю 1960 года компания Reaction Motors поставила ракетный двигатель XLR99, обеспечивающий тягу в 57000 фунтов силы (250 кН). Остальные 175 полетов X-15 использовали двигатели XLR99 в конфигурации с одним двигателем. XLR99 использовал безводный аммиак и жидкий кислород в качестве топлива, а также перекись водорода для привода высокоскоростного турбонасоса, который доставлял топливо в двигатель. Он мог сжечь 15 000 фунтов (6 804 кг) топлива за 80 секунд; Жюль Бергман назвал свою книгу по программе « Девяносто секунд в космос», чтобы описать общее время полета самолета с двигателем.

Х-15 Система управления реакции (РКС), для маневрирования в среде низкого давления / плотности, используемый пероксид высокого теста (ПВТ), который разлагается на воду и кислород в присутствии катализатора и может обеспечить удельный импульс в 140 секунд. ПВТ также заправлял турбонасос для главных двигателей и вспомогательных силовых агрегатов (ВСУ). Дополнительные баки для гелия и жидкого азота выполняли другие функции; внутренняя часть фюзеляжа продувалась газообразным гелием, а жидкий азот использовался в качестве охлаждающей жидкости для различных систем.

Клиновидный хвост и гиперзвуковая устойчивость

X-15 прикреплен к своему базовому кораблю B-52, а рядом летит Т-38.

У X-15 был толстый клиновидный хвост, чтобы он мог устойчиво летать на гиперзвуковых скоростях. Это привело к значительному базовому сопротивлению на более низких скоростях; тупой конец в задней части X-15 мог создавать такое же сопротивление, как и весь истребитель F-104 .

Форма клина была использована потому, что она более эффективна, чем обычное хвостовое оперение, в качестве стабилизирующей поверхности на гиперзвуковых скоростях. Площадь вертикального оперения, равная 60 процентам площади крыла, требовалась для обеспечения достаточной курсовой устойчивости Х-15.

-  Венделл Х. Стиллвелл, Результаты исследований X-15 (SP-60)

Стабильности на гиперзвуковых скоростях способствовали боковые панели, которые можно было удлинить от хвостовой части для увеличения общей площади поверхности, и эти панели служили воздушными тормозами.

История эксплуатации

Пилоты X-15 по состоянию на декабрь 1965 года, слева направо: Джо Энгл , Боб Рашворт , Джон Маккей , Пит Найт , Милт Томпсон и Билл Дана .
Кинохроника, показывающая испытательный полет Х-15 в 1959 году.

Высоты , достигаемые X-15 самолетов не оправдали тех Алана Шепарда «s и Гриссом » s Project Mercury космических капсул в 1961 году, или любого другого человека космических аппаратов , кроме SpaceShipTwo космоплана. Тем не менее, X-15 занимает лидирующее положение среди пилотируемых ракетных самолетов, став первым в мире действующим космическим самолетом в начале 1960-х годов.

До 1958 года официальные лица ВВС США (USAF) и NACA обсуждали орбитальный космический самолет X-15 , X-15B, который будет запускаться в космическое пространство с помощью ракеты SM-64 Navaho . Это было отменено, когда NACA превратилось в НАСА и вместо этого приняло проект «Меркурий» .

К 1959 году программа создания космических планеров Boeing X-20 Dyna-Soar должна была стать излюбленным средством ВВС США для вывода на орбиту военных космических кораблей с экипажем. Эта программа была отменена в начале 1960-х годов до того, как могла быть построена боевая машина. Были рассмотрены различные конфигурации навахо, и еще одно предложение включало ступень Titan I.

Было построено три X-15, совершивших 199 испытательных полетов, последний - 24 октября 1968 года.

Первым полетом X-15 был планер Скотт Кроссфилд без двигателя 8 июня 1959 года. Кроссфилд также выполнил первый полет с двигателем 17 сентября 1959 года и свой первый полет с ракетным двигателем XLR-99 15 ноября 1960 года. Двенадцать испытаний летчики летали на Х-15. Среди них были Нил Армстронг , позже астронавт НАСА и первый человек, ступивший на Луну, и Джо Энгл , позже командующий космическими шаттлами НАСА .

В предложении 1962 года НАСА рассматривало возможность использования B-52 / X-15 в качестве стартовой платформы для ракеты Blue Scout для вывода на орбиту спутников весом до 150 фунтов (68 кг).

В июле и августе 1963 года пилот Джо Уокер превысил 100 км , присоединившись к астронавтам НАСА и советским космонавтам в качестве первых людей, пересекших эту линию на пути в открытый космос . USAF наградил астронавтов крыльями всем, кто достиг высоты 50 миль (80 км), в то время как FAI установил ограничение по космосу в 100 километров (62,1 мили).

15 ноября 1967 года пилот-испытатель ВВС США майор Майкл Дж. Адамс был убит во время полета X-15 191, когда самолет X-15-3, AF Ser. № 56-6672, во время снижения вошел в гиперзвуковое вращение, а затем сильно колебался, поскольку аэродинамические силы увеличивались после входа в атмосферу. Поскольку система управления полетом его самолета максимально использовала рулевые поверхности, ускорение достигло 15  g 0 (150  м / с 2 ) по вертикали и 8,0  g 0 (78  м / с 2 ) по горизонтали. Планер развалился на высоте 60 000 футов (18 км), разбросав обломки X-15 на 50 квадратных миль (130 км 2 ). 8 мая 2004 г. памятник был установлен на месте кабины пилота, недалеко от Йоханнесбурга, штат Калифорния . Майор Адамс был посмертно награжден крыльями астронавта ВВС за свой последний полет на X-15-3, который достиг высоты 50,4 мили (81,1 км). В 1991 году его имя было занесено в Мемориал космонавта .

Катастрофа X-15-2 в Грязевом озере, штат Невада

Второй самолет, X-15-2, был перестроен после аварии 9 ноября 1962 года, в результате которой самолет был поврежден и его пилот Джон МакКей (хотя Маккей вернулся в полет в качестве пилота X-15 после этой аварии, его травмы способствовали до ранней смерти и умер в 1975 году в возрасте 52 лет). Он был удлинен на 2,4 фута (73 см), имел пару дополнительных топливных баков, прикрепленных под фюзеляжем и крыльями, и было добавлено полное термостойкое абляционное покрытие. Самолет был переименован в X-15A-2 , и взлетела в первый раз на 25 июня 1964 года он достиг максимальной скорости 4,520 миль в час (7274 км / ч) в октябре 1967 года с пилотом Уильяма «Пита» Рыцарь из под контролем ВВС США .

В программе Х-15 задействовано пять основных самолетов: три самолета Х-15 и два модифицированных "нестандартных" бомбардировщика NB-52 :

  • X-15-1 - 56-6670 , 81 бесплатный рейс
  • X-15-2 (позже X-15A-2 ) - 56-6671 , 31 бесплатный полет как X-15-2, 22 бесплатных полета как X-15A-2; Всего 53
  • X-15-3 - 56-6672 , 65 бесплатных полетов, включаякатастрофу рейса 191
  • NB-52A - 52-003 по прозвищу The High and Mighty One (списан в октябре 1969 г.)
  • NB-52B - 52-008 по прозвищу Челленджер , позже Balls 8 ( выведен на пенсию в ноябре 2004 г.)

Кроме того, F-100 , F-104 и F5D Погоня самолетов и C-130 и C-47 транспортов поддерживает программу.

200-й полет над Невадой был впервые запланирован на 21 ноября 1968 года, и его должен был совершить Уильям «Пит» Найт. Из-за многочисленных технических проблем и непогоды этот предполагаемый полет шесть раз задерживался, и 20 декабря 1968 года он был окончательно отменен. Этот X-15 (56-6670) был отсоединен от B-52 и затем помещен на бессрочное хранение. Позже самолет был подарен Смитсоновскому музею авиации и космонавтики для демонстрации.

Текущие статические дисплеи

X-15 в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия

Мокапы

Материнские корабли Stratofortress

NB-52B Balls 8 взлетает с X-15

Рекордные полеты

Самые высокие рейсы

Во время 13 из 199 полетов X-15 восемь пилотов пролетели выше 264 000 футов или 50 миль, таким образом получив квалификацию астронавтов в соответствии с определением космической границы Соединенных Штатов. Все пять пилотов ВВС пролетели более 50 миль и были награждены крыльями военного астронавта одновременно с их достижениями, в том числе Адамс, который получил эту награду посмертно после катастрофы рейса 191. Однако остальные трое были сотрудниками НАСА и не получили в то время подобной награды. В 2004 году Федеральное управление гражданской авиации даровало свои первые крылья коммерческим астронавтам Майку Мелвиллу и Брайану Бинни , пилотам коммерческого SpaceShipOne , еще одного космического самолета с профилем полета, сопоставимым с X-15. После этого в 2005 году НАСА задним числом предоставило крылья своего гражданского астронавта Дане (тогда еще жившей), а также Маккею и Уокеру (посмертно). Форрест С. Петерсен, единственный пилот ВМС, участвовавший в программе X-15, никогда не поднимался на самолет выше необходимой высоты и, таким образом, никогда не получал крылья астронавта.

Из тринадцати полетов только два - 90 и 91, пилотируемые Уокером - превысили линию Кармана , международно признанную высоту 100 км, используемую FAI для обозначения границы космоса.

Полеты X-15 на расстояние более 50 миль в хронологическом порядке
Полет Дата Максимальная скорость Высота Пилот
Рейс 62 17 июля 1962 г. 3,831 миль / ч (6,165 км / ч) 59,6 миль (95,9 км) Роберт М. Уайт
Рейс 77 17 января 1963 г. 3,677 миль / ч (5,918 км / ч) 51,4 миль (82,7 км) Джозеф А. Уокер
Рейс 87 27 июня 1963 г. 3,425 миль / ч (5,512 км / ч) 53,9 миль (86,7 км) Роберт А. Рашворт
Рейс 90 19 июля 1963 г. 3,710 миль / ч (5,971 км / ч) 65,8 миль (105,9 км) Джозеф А. Уокер
Рейс 91 22 августа 1963 г. 3794 миль / ч (6106 км / ч) 67,0 миль (107,8 км) Джозеф А. Уокер
Рейс 138 29 июня 1965 г. 3,431 миль / ч (5,522 км / ч) 53,1 миль (85,5 км) Джо Х. Энгл
Рейс 143 10 августа 1965 г. 3549 миль / ч (5712 км / ч) 51,3 миль (82,6 км) Джо Х. Энгл
Рейс 150 28 сентября 1965 г. 3731 миль / ч (6004 км / ч) 55,9 миль (90,0 км) Джон Б. Маккей
Рейс 153 14 октября 1965 г. 3554 миль / ч (5720 км / ч) 50,4 миль (81,1 км) Джо Х. Энгл
Рейс 174 1 ноября 1966 г. 3750 миль / ч (6035 км / ч) 58,1 миль (93,5 км) Уильям Х. «Билл» Дана
Рейс 190 17 октября 1967 г. 3,856 миль / ч (6,206 км / ч) 53,1 миль (85,5 км) Уильям Дж. "Пит" Найт
Рейс 191 15 ноября 1967 г. 3569 миль / ч (5744 км / ч) 50,3 миль (81,0 км) Майкл Дж. Адамс
Рейс 197 21 августа 1968 г. 3,443 миль / ч (5,541 км / ч) 50,6 миль (81,4 км) Уильям Х. Дана

фатальный

Самые быстрые зарегистрированные полеты

Основные показатели скорости и высоты X-15
X-15 десять самых быстрых полетов
Полет Дата Максимальная скорость Высота Пилот
Рейс 45 9 ноября 1961 г. 4092 миль / ч (6585 км / ч) 19,2 миль (30,9 км) Роберт М. Уайт
Рейс 59 27 июня 1962 г. 4,104 миль / ч (6,605 км / ч) 23,4 миль (37,7 км) Джозеф А. Уокер
Рейс 64 26 июля 1962 г. 3989 миль / ч (6420 км / ч) 18,7 миль (30,1 км) Нил А. Армстронг
Рейс 86 25 июня 1963 г. 3910 миль / ч (6293 км / ч) 21,7 миль (34,9 км) Джозеф А. Уокер
Рейс 89 18 июля 1963 г. 3925 миль / ч (6317 км / ч) 19,8 миль (31,9 км) Роберт А. Рашворт
Рейс 97 5 декабря 1963 г. 4017 миль / ч (6465 км / ч) 19,1 миль (30,7 км) Роберт А. Рашворт
Рейс 105 29 апреля 1964 г. 3905 миль / ч (6284 км / ч) 19,2 миль (30,9 км) Роберт А. Рашворт
Рейс 137 22 июня 1965 г. 3938 миль / ч (6338 км / ч) 29,5 миль (47,5 км) Джон Б. Маккей
Рейс 175 18 ноября 1966 г. 4250 миль / ч (6840 км / ч) 18,7 миль (30,1 км) Уильям Дж. "Пит" Найт
Рейс 188 3 октября 1967 г. 4520 миль / ч (7274 км / ч) 19,3 миль (31,1 км) Уильям Дж. "Пит" Найт

Пилоты

Пилоты Х-15 и их достижения в программе
Пилот Организация Год присвоения
X-15
Всего
полетов

Космические
полеты ВВС США

Космические
полеты FAI
Макс
Мах
Максимальная
скорость
(миль / ч)
Максимальная
высота
(мили)
Майкл Дж. Адамс ВВС США 1966 г. 7 1 0 5,59 3 822 50,3
Нил А. Армстронг НАСА 7 0 0 5,74 3 989 39,2
Скотт Кроссфилд Североамериканская авиация 14 0 0 2,97 1 959 15.3
Уильям Х. Дана НАСА 1965 г. 16 2 0 5,53 3 897 58,1
Джо Х. Энгл ВВС США 1963 г. 16 3 0 5,71 3 887 53,1
Уильям Дж. Найт ВВС США 1964 г. 16 1 0 6,7 4,519 53,1
Джон Б. Маккей НАСА 1960 г. 29 1 0 5,65 3 863 55,9
Форрест С. Петерсен ВМС США 5 0 0 5,3 3600 19,2
Роберт А. Рашворт ВВС США 34 1 0 6.06 4 017 53,9
Милтон О. Томпсон НАСА 1963 г. 14 0 0 5,48 3723 40,5
Джозеф А. Уокер НАСА 25 3 2 5,92 4,104 67,0
Роберт М. Уайт ВВС США 1957 г. 16 1 0 6,04 4092 59,6

Погиб при крушении X-15-3.

Характеристики

Североамериканский X-15 3-view.svg

Другие конфигурации включают X-15, оснащенный Reaction Motors XLR11 , и удлиненную версию.

Общие характеристики

  • Экипаж: Один
  • Длина: 50 футов 9 дюймов (15,47 м)
  • Размах крыла: 22 фута 4 дюйма (6,81 м)
  • Высота: 13 футов 3 дюйма (4,04 м)
  • Площадь крыла: 200 кв.м (19 м 2 )
  • Пустой вес: 14600 фунтов (6622 кг)
  • Полная масса: 34000 фунтов (15 422 кг)
  • Силовая установка: 1 жидкостный ракетный двигатель Reaction Motors XLR99 -RM-2, тяга 70 400 фунтов силы (313 кН)

Представление

  • Максимальная скорость: 4520 миль / ч (7270 км / ч, 3930 узлов)
  • Диапазон: 280 миль (450 км, 240 миль)
  • Практический потолок: 354330 футов (108000 м)
  • Скорость подъема: 60000 фут / мин (300 м / с)
  • Тяга / масса : 2,07

Смотрите также

Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи

Связанные списки

использованная литература

Примечания

Библиография

внешние ссылки

НАСА
Не НАСА