NASA Landing Systems Research Program badawczy samolotów (USA)

1
Podczas opracowywania i eksploatacji promu kosmicznego NASA przeprowadziła szeroką gamę wspierających programów badawczych. Zbadano różnorodne aspekty projektowania, wytwarzania i działania zaawansowanych technologii. Celem niektórych z tych programów była poprawa niektórych parametrów operacyjnych technologii kosmicznej. Tak więc zachowanie podwozia w różnych trybach zostało zbadane w ramach programu LSRA.

Na początku lat 8. prom kosmiczny stał się jednym z głównych amerykańskich środków dostarczania ładunków na orbitę. W tym samym czasie rozwój projektu nie ustał, wpływając teraz na główne cechy działania takiej techniki. W szczególności od samego początku statki napotykały pewne ograniczenia dotyczące warunków lądowania. Nie można ich było wylądować w chmurach poniżej 2,4 stóp (nieco ponad 15 km) i przy bocznym wietrze silniejszym niż 7,7 węzłów (XNUMX m/s). Rozszerzenie zakresu dozwolonych warunków pogodowych może prowadzić do dobrze znanych pozytywnych konsekwencji.




Latające laboratorium CV-990 LSRA, lipiec 1992


Ograniczenia związane z bocznym wiatrem dotyczyły przede wszystkim wytrzymałości podwozia. Prędkość lądowania „Shuttle” osiągnęła 190 węzłów (około 352 km / h), przez co poślizg, kompensujący boczny wiatr, powodował niepotrzebne obciążenia stojaków i kół. W przypadku przekroczenia pewnego limitu takie obciążenia mogą doprowadzić do zniszczenia opon i niektórych wypadków. Jednak niższe wymagania dotyczące osiągów podczas lądowania powinny mieć pozytywne skutki. Z tego powodu na początku lat dziewięćdziesiątych rozpoczęto nowy projekt badawczy.

Nowy program badawczy został nazwany na cześć jego głównego komponentu - Landing Systems Research Aircraft ("Chassis Systems Research Aircraft"). W jego ramach miało być przygotowane specjalne latające laboratorium, za pomocą którego można by sprawdzić cechy działania podwozia wahadłowca we wszystkich trybach iw różnych warunkach. Ponadto, aby rozwiązać zadania, konieczne było przeprowadzenie badań teoretycznych i praktycznych, a także przygotowanie szeregu próbek specjalnego wyposażenia.


Widok ogólny maszyny z wyposażeniem specjalnym


Jednym z rezultatów teoretycznych badań nad zagadnieniami poprawy charakterystyk lądowania była modernizacja pasa startowego Centrum Kosmicznego. J.F. Kennedy'ego (pc. Floryda). W trakcie przebudowy odrestaurowano pas betonowy o długości 4,6 km, którego znaczna część ma obecnie nowy układ. Odcinki o długości 1 km w pobliżu obu końców pasa otrzymały dużą liczbę małych poprzecznych rowków. Za ich pomocą zaproponowano skierowanie wody, co zmniejszyło ograniczenia związane z opadami.

Już na przebudowanym pasie startowym planowano przetestować latające laboratorium LSRA. Ze względu na różne cechy swojej konstrukcji musiał całkowicie naśladować zachowanie statku kosmicznego. Wykorzystanie pasma roboczego zaangażowanego w program kosmiczny również przyczyniło się do uzyskania najbardziej realistycznych wyników.


Latające laboratorium wykonuje lądowanie z wysuniętym stojakiem. 21 grudnia 1992


Aby zaoszczędzić pieniądze i przyspieszyć prace, postanowiono przebudować istniejący samolot na latające laboratorium. Nośnikiem specjalnego wyposażenia był dawny liniowiec pasażerski Convair 990/CV-990 Coronado. Samochód dostępny dla NASA został zbudowany i przekazany jednej z linii lotniczych w 1962 roku i do połowy następnej dekady był eksploatowany na liniach cywilnych. W 1975 roku samolot został zakupiony przez Aerospace Agency i wysłany do Ames Research Center. Następnie stał się podstawą kilku latających laboratoriów do różnych celów, a na początku lat dziewięćdziesiątych zdecydowano się na montaż maszyny LSRA na jego przęśle.

Celem projektu LSRA było zbadanie zachowania podwozia Shuttle w różnych trybach, dlatego samolot CV-990 otrzymał odpowiednie wyposażenie. W centralnej części kadłuba, pomiędzy regularnymi podporami głównymi, znajdował się przedział do montażu stojaka imitującego jednostkę statku kosmicznego. Ze względu na ograniczoną objętość kadłuba taki stojak był sztywno zamocowany i nie można go było usunąć w locie. Regał wyposażono jednak w napęd hydrauliczny, którego zadaniem było przesuwanie jednostek w pionie.


CV-990 w locie, kwiecień 1993


Nowy typ latającego laboratorium otrzymał główny stojak promu kosmicznego. Sama podpora miała dość skomplikowaną konstrukcję z amortyzatorami i kilkoma rozpórkami, ale wyróżniała się niezbędną wytrzymałością. Na dole stojaka umieszczono oś na jedno duże koło ze wzmocnioną oponą. Regularne jednostki zapożyczone z Shuttle zostały uzupełnione licznymi czujnikami i innym sprzętem monitorującym działanie systemów.

Zgodnie z koncepcją autorów projektu Landing Systems Research Aircraft, latające laboratorium CV-990 miało wystartować na własnym podwoziu i po wykonaniu niezbędnych zakrętów podejść do lądowania. Bezpośrednio przed lądowaniem podciągnięto centralną podporę, zapożyczoną z technologii kosmicznej. W momencie kontaktu z goleniami głównymi samolotu i ściśnięcia ich amortyzatorów, hydraulika musiała opuścić podporę wahadłowca i zasymulować dotknięcie podwozia. Jazda po lądowaniu została częściowo przeprowadzona na podwoziu testowym. Po zmniejszeniu prędkości do ustalonego poziomu hydraulika musiała ponownie podnieść podporę testową.


Regularne podwozie główne i wyposażenie badawcze. kwiecień 1993


Wraz z „zagranicznym” stojakiem i jego sterowaniem prototypowy samolot otrzymał inne środki. W szczególności konieczne było zainstalowanie balastu, za pomocą którego symulowano obciążenie podwozia, typowe dla technologii kosmicznej.

Już na etapie opracowywania sprzętu testowego stało się jasne, że praca z podwoziem testowym może stanowić pewne niebezpieczeństwo. Gorące koła o wysokim ciśnieniu wewnętrznym, które doświadczyły poważnych naprężeń mechanicznych, mogą po prostu eksplodować pod wpływem takiego czy innego wpływu zewnętrznego. Taka eksplozja groziła zranieniem ludzi w promieniu 15 m. Przy dwukrotnie większej odległości testerzy narażali się na uszkodzenie słuchu. Dlatego do pracy z niebezpiecznymi kołami wymagany był specjalny sprzęt.

Oryginalne rozwiązanie tego problemu zaproponował pracownik NASA David Carrott. Kupił sterowany radiowo model do zbudowania czołg podczas II wojny światowej w skali 1:16 i wykorzystywał jego podwozie gąsienicowe. Zamiast zwykłej wieży na korpusie zainstalowano kamerę wideo z urządzeniami do transmisji sygnału, a także sterowaną radiowo wiertarkę elektryczną. Kompaktowa maszyna, nazwana Tyre Assault Vehicle („Tire Assault Vehicle”), musiała samodzielnie zbliżyć się do podwozia laboratorium CV-990, które usiadło i wywierciło dziury w oponie. Dzięki temu ciśnienie w kole zostało zredukowane do bezpiecznego poziomu, a specjaliści mogli podejść do podwozia. Jeśli koło nie wytrzymało obciążenia i eksplodowało, ludzie pozostali bezpieczni.


Lądowanie próbne, 17 maja 1994 r


Przygotowanie wszystkich elementów nowego systemu testowego zakończono na początku 1993 roku. W kwietniu latające laboratorium CV-990 LSRA po raz pierwszy wzbiło się w powietrze, aby przetestować właściwości aerodynamiczne. W pierwszym locie i w kolejnych testach laboratorium obsługiwał pilot Charles Gordon. Fullerton. Szybko ustalono, że nierozkładana podpora promu generalnie nie wpływa negatywnie na aerodynamikę i charakterystykę lotu lotniskowca. Po takich sprawdzeniach można było przystąpić do pełnoprawnych testów, które odpowiadały pierwotnym celom projektu.

Próby lądowania nowego podwozia rozpoczęto od sprawdzenia zużycia opon. Wykonano dużą liczbę lądowań przy różnych prędkościach w dopuszczalnym zakresie. Ponadto badano zachowanie się kół na różnych nawierzchniach, dla czego latające laboratorium Convair 990 LSRA było wielokrotnie wysyłane na różne lotniska wykorzystywane przez NASA. Takie wstępne badania pozwoliły zebrać niezbędne informacje i niejako dostosować plan dalszych badań. Ponadto nawet oni byli w stanie wpłynąć na dalsze działanie kompleksu promu kosmicznego.


Tyre Assault Vehicle współpracuje z testowaną oponą. 27 lipca 1995


Na początku 1994 roku eksperci NASA zaczęli testować inne możliwości technologii. Teraz lądowania odbywały się przy różnych siłach bocznego wiatru, w tym przekraczających dopuszczalne dla lądowania promu. Duża prędkość lądowania w połączeniu z poślizgiem przy dotyku powinna była spowodować zwiększone ścieranie gumy, a zjawisko to miało być dokładnie zbadane w nowych testach.

Seria lotów próbnych i lądowań przeprowadzonych na przestrzeni kilku miesięcy pozwoliła na znalezienie optymalnych trybów, w których negatywny wpływ na konstrukcję koła był minimalny. Przy ich użyciu możliwe było uzyskanie możliwości bezpiecznego lądowania przy bocznym wietrze do 20 węzłów (10,3 m/s) w całym zakresie prędkości lądowania. Jak wykazały testy, guma opon została częściowo wytarta, a czasami aż do metalowego kordu. Jednak pomimo tego zużycia opony zachowały swoją wytrzymałość i pozwoliły na bezpieczne ukończenie biegu.


Lądowanie ze zniszczeniem opony. 2 sierpnia 1995


Badanie zachowania istniejących opon przy różnych prędkościach i przy różnych bocznych wiatrach przeprowadzono w kilku ośrodkach NASA. W rezultacie udało się znaleźć najlepszą kombinację powierzchni i właściwości, a także wydać zalecenia dotyczące lądowania na różnych pasach startowych. Głównym rezultatem tego miało być uproszczenie działania technologii kosmicznej. Przede wszystkim tzw. sadzenia okien - okresy czasu z akceptowalnymi warunkami pogodowymi. Ponadto wystąpiły pewne pozytywne konsekwencje w kontekście awaryjnego lądowania statku kosmicznego bezpośrednio po starcie.

Po zakończeniu głównego programu badawczego, który miał bezpośredni związek z praktycznym działaniem technologii, rozpoczął się kolejny etap testów. Teraz technika została przetestowana do granic możliwości, co doprowadziło do zrozumiałych konsekwencji. W ramach kilku próbnych lądowań osiągnięto maksymalne możliwe prędkości i obciążenia podwozia statku kosmicznego. Ponadto zbadano zachowanie podczas poślizgu przekraczającego dopuszczalne granice. Elementy podwozia nie zawsze radziły sobie z pojawiającymi się obciążeniami.


Badane koło po awaryjnym lądowaniu. 2 sierpnia 1995


Tak więc 2 sierpnia 1995 r. podczas lądowania z dużą prędkością opona została zniszczona. Guma była rozdarta; goły metalowy przewód również nie wytrzymał obciążenia. Po utracie podparcia obręcz ześlizgnęła się po powierzchni pasa startowego i wytarła prawie do osi. Uszkodzone zostały również niektóre elementy regału. Wszystkim tym procesom towarzyszył potworny hałas, iskry i ognisty ślad, który ciągnął się za ladą. Niektóre części nie podlegały już renowacji, ale eksperci byli w stanie określić granice koła.

Testowe lądowanie 11 sierpnia również zakończyło się zniszczeniem, ale tym razem większość jednostek pozostała nienaruszona. Już pod koniec biegu opona nie wytrzymała obciążenia i eksplodowała. Od dalszego ruchu większość gumy i sznurka została oderwana. Po zakończeniu biegu na tarczy pozostała tylko kupa gumy i drutu, wcale nie przypominająca opony.


Wynik lądowania 11 sierpnia 1995 r


Od wiosny 1993 do jesieni 1995 piloci testowi NASA przeprowadzili 155 próbnych lądowań latającego laboratorium Convair CV-990 LSRA. W tym czasie przeprowadzono liczne badania i zebrano dużą ilość danych. Nie czekając na zakończenie testów, eksperci branży lotniczej przystąpili do podsumowania wyników programu. Nie później niż na początku 1994 roku powstały nowe zalecenia dotyczące lądowania i późniejszej konserwacji technologii kosmicznej. Wkrótce wszystkie te pomysły zostały wdrożone i przyniosły jedną lub drugą praktyczną korzyść.

Prace w ramach programu badawczego Landing Systems Research Aircraft trwały kilka lat. W tym czasie udało się zebrać wiele niezbędnych informacji i określić potencjał istniejących systemów. W praktyce potwierdzono możliwość poprawy niektórych charakterystyk lądowania bez użycia nowych jednostek, co zmniejszyło wymagania dotyczące warunków lądowania i uprościło obsługę wahadłowców. Już w połowie lat dziewięćdziesiątych wszystkie główne wnioski z programu LSRA zostały wykorzystane przy opracowywaniu istniejących wytycznych.


Lądowanie próbne 12 sierpnia 1995 r


Jedyne latające laboratorium oparte na liniowcu pasażerskim, wykorzystywane w ramach projektu LSRA, wkrótce wróciło do restrukturyzacji. Samolot cv-990 zachował znaczną część przydzielonego zasobu i dlatego mógł być używany w takiej czy innej roli. Usunięto z niego stanowisko badawcze do montażu kół i przywrócono poszycie. Później ta maszyna była ponownie używana w trakcie różnych badań.

Kompleks promów kosmicznych działa od początku lat XNUMX., ale przez kilka pierwszych lat załogi i organizatorzy misji musieli przestrzegać dość surowych zasad związanych z lądowaniem. Program badawczy Landing Systems Research Aircraft umożliwił wyjaśnienie rzeczywistych możliwości technologii i rozszerzenie dopuszczalnych zakresów wydajności. Wkrótce badania te przyniosły realne rezultaty i pozytywnie wpłynęły na dalszą eksploatację sprzętu.


Na podstawie materiałów z witryn:
https://nasa.gov/
https://dfrc.nasa.gov/
https://flightglobal.com/
1 komentarz
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. +5
    14 listopada 2017 15:56
    Interesujący artykuł. Dzięki Kirill. Plus. Zwykle takie prace nie są szeroko omawiane, chociaż bez nich wiele byłoby niemożliwych.