НАСА Х-43 - NASA X-43

Х-43
X-43A.jpg
Ракета Пегас ускоритель, ускоряющий X-43A НАСА вскоре после возгорания во время испытательного полета (27 марта 2004 г.)
РольЭкспериментальный гиперзвуковой БПЛА
национальное происхождениеСоединенные Штаты
Дизайн-группаНАСА
ПостроенMicro Craft (планер)
ГАЗЛ (двигатель)
Основной пользовательНАСА
Количество построенных3

В НАСА Х-43 был экспериментальный беспилотный гиперзвуковой самолет с несколькими запланированными шкала вариации, предназначенные для проверки различных аспектов гиперзвуковой полет. Это было частью X-plane серии и особенно НАСА с Hyper-X программа. Установлено несколько рекорды скорости за реактивный самолет. X-43 является самым быстрым самолетом в истории, он развивает скорость примерно 9,6 Маха.[1]

Крылатый ракета-носитель с размещенным сверху X-43, называемым "стеком", капля запущена из Боинг B-52 Стратофортресс. После ракеты-носителя (модифицированная первая ступень Ракета Пегас ) довел стек до заданной скорости и высоты, он был отброшен, и X-43 улетел на своем собственном двигателе. ГПВРД.

Первый самолет в серии, Х-43А, был одноразовым, всего три были построены. Первый X-43A был уничтожен после сбоя в полете в 2001 году. Каждый из двух других успешно летал в 2004 году, установив рекорды скорости, при этом ГПВД проработали примерно 10 секунд, после чего последовали 10-минутные глиссады и преднамеренные падения в океан. Планы по большему количеству самолетов серии X-43 были приостановлены или отменены (и заменены управляемыми ВВС США Х-51 программа).

Разработка

X-43 был частью программы NASA Hyper-X, в которой участвовало американское космическое агентство и таких подрядчиков, как Боинг, Micro Craft Inc, Корпорация орбитальных наук и Лаборатория общих прикладных наук (ГАСЛ). Micro Craft Inc. построила X-43A, а GASL построила его двигатель.

Одна из основных целей НАСА Авиационное предприятие была разработка и демонстрация технологий воздушного гиперзвукового полета. После отмены Национальный аэрокосмический самолет (NASP) в ноябре 1994 года в США отсутствовала связная программа развития гиперзвуковых технологий. В качестве одной из программ "лучше, быстрее, дешевле", разработанных НАСА в конце 1990-х годов, Hyper-X использовала технологию National Aerospace Plane,[требуется разъяснение ] что быстро подтолкнуло его к демонстрации гиперзвуковой тяги с воздушным дыханием.[нужна цитата ]

Hyper-X Phase I - это программа НАСА по аэронавтике и космическим технологиям, проводимая совместно Исследовательский центр Лэнгли, Хэмптон, Вирджиния, а Центр летных исследований Драйдена, Эдвардс, Калифорния. Лэнгли был головным центром и отвечал за разработку гиперзвуковых технологий. Драйден отвечал за исследования полета.

Этап I представлял собой семилетнюю программу стоимостью около 230 миллионов долларов по летной валидации. ГПВРД двигательная установка, гиперзвуковая аэродинамика и методы проектирования.

Последующие этапы не были продолжены, так как серия самолетов X-43 была заменена в 2006 г. Х-51.

Дизайн

Художественный концепт Х-43А с ГПВРД прикреплен к нижней стороне
Ракета-носитель НАСА B-52B взлетает с гиперзвуковым исследовательским кораблем X-43A (27 марта 2004 г.)

Самолет X-43A представлял собой небольшую беспилотную испытательную машину размером чуть более 3,7 м (12 футов) в высоту. длина.[2] Автомобиль был подъемное тело конструкция, в которой корпус самолета обеспечивает значительное количество поднимать для полета, а не полагаться на крылья. Самолет весил около 1400 кг (3000 фунтов). X-43A был спроектирован таким образом, чтобы полностью контролировать полет на высоких скоростях, даже когда скольжение без движение. Однако самолет не был предназначен для посадки и восстановления. Испытательные машины врезались в Тихий океан когда тест закончился.

При движении со скоростью Маха выделяется много тепла из-за сжатие ударные волны участвует в сверхзвуковых аэродинамическое сопротивление. На высоких скоростях Маха тепло может стать настолько сильным, что металлические части планера могут расплавиться. X-43A компенсировал это за счет циркуляции воды за передними кромками капота двигателя и боковины, охлаждая эти поверхности. В ходе испытаний циркуляция воды была активирована на скорости около 3 Маха.

Двигатель

Натурный макет самолета Х-43 в г. Лэнгли 8 футов (2 м), высокотемпературный аэродинамическая труба.

Корабль был создан для разработки и испытаний ПВРД сверхзвукового горения, или "ГПВРД "двигатель, разновидность двигателя, в котором внешнее сгорание происходит в воздухе, движущемся со сверхзвуковой скоростью.[3] Разработчики Х-43А спроектировали планер самолета как часть движение Система: носовая часть является частью всасываемого воздушного потока, а задняя часть функционирует как выхлопное сопло.[4]

Двигатель X-43A в основном работал на водородное топливо. В успешном испытании было использовано около одного килограмма (двух фунтов) топлива. В отличие от ракет, летательные аппараты с ГПВП не несут на борту кислород для заправки двигателя. Устранение необходимости переносить кислород значительно снижает размер и вес автомобиля. В будущем такие более легкие автомобили могут принимать более тяжелые полезные нагрузки в Космос или нести полезную нагрузку того же веса намного эффективнее.

ГПВРД работают только на скоростях в диапазоне 4,5 Маха или выше, поэтому для первоначального разгона самолета с ГПВРД до этой базовой скорости требуются ракеты или другие реактивные двигатели. В случае с X-43A самолет разгонялся до высокой скорости с Ракета Пегас запущен из переделанного Боинг B-52 Стратофортресс бомбардировщик. Комбинированный автомобиль X-43A и Pegasus участники программы называли «стеком».[4]

Двигатели в испытательных автомобилях X-43A были специально разработаны для определенного диапазона скоростей, они способны сжимать и воспламенять топливно-воздушную смесь только тогда, когда входящий воздушный поток движется, как ожидалось. Первые два самолета X-43A были предназначены для полета со скоростью примерно 7 Маха, а третий был разработан для работы на скорости более 9,8 Маха (10 655,3 км / ч; 6 620,9 миль в час) на высоте 30 000 м (98 000 футов) и более.

Оперативное тестирование

CFD изображение X-43A на скорости 7 Махов
X-43A сбрасывается из-под крыла Б-52Б Стратофортресс

Первое испытание НАСА X-43A 2 июня 2001 года провалилось, потому что ракета-носитель Pegasus потеряла управление примерно через 13 секунд после того, как была выпущена с авианосца B-52. Ракета испытала управляющие колебания при движении. трансзвуковой, что в конечном итоге привело к выходу из строя ракеты. правый борт элевон. Это привело к тому, что ракета значительно отклонилась от запланированного курса, и в качестве меры безопасности она была уничтожена. Расследование инцидента заявило, что неточная информация о возможностях ракеты, а также о ее условиях полета способствовали аварии. Несколько неточностей в моделировании данных для этого теста привели к неадекватной системе управления для конкретной используемой ракеты Pegasus, хотя в конечном итоге нельзя было винить ни одного фактора в отказе.[5]

Во втором испытании в марте 2004 г. «Пегас» успешно выстрелил и выпустил испытательный автомобиль на высоту около 29 000 метров (95 000 футов). После отделения воздухозаборник двигателя был открыт, двигатель загорелся, и самолет затем разогнался от ракеты, достигнув скорости 6,83 Маха (7 455,75 км / ч; 4632,79 миль в час). Топливо поступало в двигатель в течение 11 секунд, за это время самолет пролетел более 24 км (15 миль). После отделения ускорителя Pegasus скорость корабля немного снизилась, но ГПВРД впоследствии разогнал машину в режиме набора высоты.[6] После сгорания диспетчеры все еще могли маневрировать транспортным средством и манипулировать элементами управления полетом в течение нескольких минут; Самолет, замедленный сопротивлением воздуха, упал в океан. С этим полетом X-43A стал самым быстрым свободно летающим дышащий воздухом самолет в мире.

НАСА запустило третью версию X-43A 16 ноября 2004 года. Модифицированная ракета Pegasus была запущена с базового корабля B-52 на высоте 13 000 м (43 000 футов). X-43A установил новый рекорд скорости - 9,64 Маха (10240,84 км / ч; 6363,36 миль / ч).[примечание 1] на высоте около 33 500 м (110 000 футов),[10] и дополнительно проверили способность автомобиля выдерживать тепловые нагрузки.[11]

Замены

В январе 2006 года ВВС США объявили Применение силы и запуск из континентальной части США или многоразовая ракета с ГПВР FALCON.[12]

В марте 2006 года было объявлено, что летно-испытательный аппарат сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя "WaveRider" исследовательской лаборатории ВВС США получил обозначение X-51A. ВВС США Боинг Х-51 впервые поднялся в воздух 26 мая 2010 г., сброшен с Б-52.

Варианты

После испытаний X-43 в 2004 году инженеры NASA Dryden заявили, что они ожидали, что все их усилия приведут к созданию двухступенчатого корабля с экипажем для вывода на орбиту примерно через 20 лет. Ученые выразили большое сомнение в том, что будет одноступенчатый на орбиту машина с экипажем, такая как Национальный аэрокосмический самолет (НАСП) в обозримом будущем.

Планировались и другие машины X-43, но по состоянию на июнь 2013 г. они были приостановлены или отменены. Предполагалось, что они будут иметь такую ​​же базовую конструкцию корпуса, что и X-43A, хотя предполагалось, что самолет будет от умеренного до значительно большего размера.

X-43B

Предполагалось, что X-43B будет полноразмерным транспортным средством, включающим двигатель с комбинированным циклом на основе турбины (TBCC) или ракетный комбинированный цикл (РБТП) Я ЗВЕЗДА двигатель. Реактивные турбины или ракеты первоначально разгоняли бы транспортное средство до сверхзвуковой скорости. А ПВРД может взять на себя запуск со скоростью 2,5 Маха, с преобразованием двигателя в конфигурацию ГПВРД примерно на 5 Маха.

X-43C

X-43C был бы несколько больше, чем Х-43А и ожидалось проверить жизнеспособность углеводородного топлива, возможно, с HyTech двигатель. В то время как в большинстве конструкций ГПВРД в качестве топлива используется водород, HyTech работает с обычным углеводородным топливом керосинового типа, которое более практично для поддержки работающих транспортных средств. Планировалось строительство полномасштабного двигателя, который будет использовать для охлаждения собственное топливо. Система охлаждения двигателя действовала бы как химический реактор, расщепляя длинноцепочечные углеводороды на короткоцепочечные углеводороды для быстрого сгорания.

X-43C был приостановлен на неопределенный срок в марте 2004 года.[13] Связанная история сообщает о бессрочной приостановке проекта и появлении контр-адмирала. Крейг Э. Стейдл перед слушанием подкомитета по космосу и аэронавтике 18 марта 2004 г. В середине 2005 г. X-43C, казалось, получил финансирование до конца года.[14]

X-43D

X-43D был бы почти идентичен X-43A, но увеличил диапазон скоростей до 15 Маха. По состоянию на сентябрь 2007 года Дональд Б. Джонсон провел только технико-экономическое обоснование. Боинг и Джеффри С. Робинсон из НАСА Исследовательский центр Лэнгли. Согласно введению к исследованию, «цель X-43D состоит в том, чтобы собрать информацию о среде полета и работоспособности двигателя с высоким числом Маха, которую сложно, если не невозможно, собрать на земле».[15]

Смотрите также

Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи

Рекомендации

  1. ^ Томпсон, Эльвия, Кейт Генри и Лесли Уильямс. «Быстрее, чем ускоряющаяся пуля: Гиннесс признал NASA Scramjet». НАСА. Дата обращения 1 августа 2011.
  2. ^ Харша, Филип Т., Лоуэлл К. Кил, Энтони Кастроджованни и Роберт Т. Шерилл. «Разработка и производство автомобиля X-43A». AIAA 2005-3334. Дата обращения 1 августа 2011.
  3. ^ Swinerd 2010. стр. 113.
  4. ^ а б Мартин, парень. «Гиперзвуковой пионер: X-43A». AircraftInFormation.info. Дата обращения: 16 августа 2012.
  5. ^ Bentley 2008, стр. 110.
  6. ^ Bentley 2008, стр. 110–111.
  7. ^ Хеппенгеймер, Т.А. «Лицом к тепловому барьеру: история гиперзвука», стр. 277. НАСА, 2007.
  8. ^ Скотт, Джефф. «Значения скорости звука в атмосфере Земли». aerospaceweb.org, 23 февраля 2003 г.
  9. ^ «Гиперзвуковая силовая установка на воздухе в Pratt & Whitney - Обзор» В архиве 2008-07-04 в Wayback Machine
  10. ^ «X-43: ГПРД разрушает гиперзвуковой барьер». AIAA, 2006.
  11. ^ Программа «НАСА« Hyper-X »демонстрирует технологии Scramjet». НАСА. Дата обращения 1 августа 2011.
  12. ^ «Сокол». space.com. Дата обращения 1 августа 2011.
  13. ^ Моррис, Джефферсон. «X-43C, двигатель RS-84 среди пострадавших по данным обзора НАСА». Авиационная неделя, 19 марта 2004 г. Дата обращения: 9 января 2010 г.
  14. ^ «Хорошие новости распространяются быстро». Boeing Frontiers, Август 2005 г. Цитата: «Благодаря запросу на финансирование НАСА в размере 25 миллионов долларов, спонсируемому представителем США Джимом Талентом (R-Mo.), Работа по программе X-43C будет продолжаться до 2005 года».
  15. ^ «Концептуальный проект и технико-экономическое обоснование X-43D». В архиве 2008-02-29 в Wayback Machine AIAA. Дата обращения 1 августа 2011.

Примечания

  1. ^ Цитируемые вторичные источники расходятся во мнениях относительно точной цифры, будь то 9,65 Маха.[7][8] или 9,68 Маха[9]

Библиография

  • Бентли, Мэтью А. Космические самолеты: от аэропорта до космодрома (Вселенная астрономов). Нью-Йорк: Спрингер, 2008. ISBN  978-0-38776-509-9.
  • Суинерд, Грэм. Как летают космические корабли: полет без формул. Нью-Йорк: Спрингер, 2010. ISBN  978-1-44192-629-6.

внешняя ссылка