„Latający kadłub” Northrop M2-F2 i HL-10

10
Northrop HL-10 jest jednym z 5 samolotów w NASA Edwards Flight Research Center w Dryda w Kalifornii. Maszyny te zostały zbudowane w celu zbadania i przetestowania zdolności bezpiecznego manewrowania i lądowania pojazdu o niskiej jakości aerodynamicznej po powrocie z kosmosu. Badania z wykorzystaniem HL-10 i innych podobnych urządzeń przeprowadzono w okresie lipiec 1966 – listopad 1975.



Na podstawie badań teoretycznych na początku lat 1950. XX wieku za najbardziej optymalny kształt głowicy obiecujących pocisków balistycznych uznano tępy stożek nosowy. Oderwana fala uderzeniowa występująca przed pojazdem z taką głowicą podczas wchodzenia do atmosfery znacznie zmniejsza obciążenia termiczne i umożliwia zwiększenie masy głowicy poprzez zmniejszenie grubości powłok termoizolacyjnych.

Specjaliści NACA, którzy wzięli udział w tych badaniach, stwierdzili, że ta zależność jest zachowana również dla półszyszek. Ujawnili też inną cechę: w przepływie hipersonicznym różnica ciśnienia przepływu na dolnej i górnej powierzchni tworzy siłę nośną, co znacznie zwiększa manewrowość samolotu podczas deorbitacji.



Urządzenia z korpusem nośnym (ten schemat otrzymał taką nazwę) pod względem cech planowania zajmują pozycję pośrednią między kapsułami balistycznymi a samolotami orbitalnymi. Ponadto zastosowanie kapsuł zniżających w załogowych statkach kosmicznych wymaga znacznych kosztów startu i zwrotu. Zaletami „obudowy nośnej” są wysoka doskonałość konstrukcji, możliwość wielokrotnego użytku, niższe koszty rozwoju w porównaniu z tradycyjnymi wideokonferencjami itp.

Specjaliści Laboratorium Ames, (dalej Ames Center), model aparatu obliczono w postaci tępego półstożka z płaską górną powierzchnią. Dla stabilności kierunkowej miał użyć dwóch pionowych płetw, które kontynuują kontury kadłuba. Zwrócony statek kosmiczny tej konfiguracji otrzymał nazwę M2.

Podobne badania przeprowadzono w Langley Center. Pracownicy obliczyli kilka schematów wideokonferencji z nadwoziem nośnym. Najbardziej obiecującym z nich był projekt HL-10 („Horizontal Landing”; 10 to numer seryjny proponowanego modelu). HL-10 miał prawie okrągłą górną powierzchnię na śródokręciu z trzema kilami, płaskie, lekko zakrzywione dno.

Biorąc pod uwagę wysoką charakterystykę urządzeń, NASA wraz z Siłami Powietrznymi w 1961 roku rozważała propozycje ich wykorzystania w księżycowym programie powrotu astronautów. Jednak projekty nie zostały zaakceptowane. Mimo zmniejszenia środków na projekty eksperymentalne prace te kontynuowano dzięki staraniom pasjonatów. Jeden z modelarzy samolotów wykonał model urządzenia w skali i przeprowadził testy rzutowe. Prawdziwy postęp umożliwił zademonstrowanie wyników testów kierownictwu centrów Dryden i Ames. Pierwsza przeznaczyła 10000 2 dolarów z rezerwy na produkcję pełnowymiarowego aparatu, a druga zgodziła się na przeprowadzenie testów aerodynamicznych. Urządzenie otrzymało oznaczenie M1-FXNUMX.



Sześciometrowy model został wykonany z aluminiowych rur (konstrukcja mocy) i sklejki (kadłub). Na górnej krawędzi części ogonowej zamontowano parę elevonów. Zewnętrzne kile aluminiowe wyposażone były w stery. Dobre wyniki oczyszczania umożliwiły rozpoczęcie testów kołowania. Ale brak odpowiednich środków do podkręcania wymusił zakup Pontiaca z wymuszonym silnikiem, który zapewnia przyspieszenie 450-kg modelu do 160-195 km/h. Kontrole miały niską skuteczność i nie zapewniały wymaganej stabilizacji produktu. Problem został rozwiązany poprzez rezygnację z centralnego kila i poprawę powierzchni sterowych.

W kilku przejazdach model uniósł się nad ziemię na wysokość 6 m. Powodzenie testów pozwoliło uczestnikom projektu przekonać dyrektora Centrum Dryden do odpięcia od samochodu aparatu do samodzielnego planowania. Następnie rozpoczęły się testy rzutowe modelu, urządzenie było holowane przez samolot S-47 na wysokość 3-4 km. Pierwszy lot szybowcem odbył się 16 sierpnia 1963 roku. Ogólnie rzecz biorąc, M2-F1 wykazywał dobrą stabilność i prowadzenie.

Spektakularny lot nowej aparatury, a także niski koszt wykonywanych prac, pozwoliły na rozszerzenie prac na ten temat.

W połowie 1964 roku amerykańska agencja lotnicza NASA podpisała umowę z Northrop na budowę dwóch bezskrzydłowych, całkowicie metalowych pojazdów wielokrotnego użytku z nadwoziem nośnym. Nowe pojazdy otrzymały oznaczenia HL-10 i M2-F2, które różniły się profilem korpusu nośnego.



Z wyglądu M2-F2 w zasadzie powtórzył M2-F1: półstożek z górną płaską powierzchnią był wyposażony w parę pionowych stępek bez zewnętrznych sterów, stery mogły służyć jako klapy hamulcowe. Aby poszerzyć widok, kokpit został przesunięty do przodu, a czubek miał przeszklenie. Aby zmniejszyć opór i poprawić warunki przepływu, korpus modelu został nieco wydłużony. W części ogonowej M2-F2 umieszczono osłonę brzuszną do kontroli pochylenia, górną powierzchnię kadłuba uzupełniono parą osłon elevon, które zapewniały kontrolę przechyłów w przeciwfazie.

Korpus Northrop HL-10 był odwróconym półstożkiem z zaokrągloną górną częścią kadłuba i płaskim dnem. Ponadto był centralny kil. W części ogonowej zainstalowano dwie trapezoidalne elewony z małymi tarczami. Na zewnętrznych stępkach zamontowano panele równoważące, a na środkowej stępce dzielony ster. Panele balansujące i osłony elevon były używane do stabilizacji tylko podczas lotu trans- i naddźwiękowego. Podczas szybowania za aktywnym segmentem przy M=0,6–0,8 zostały one unieruchomione, aby uniknąć gwałtownego spadku stosunku siły nośnej do oporu podczas lądowania. Szacowana prędkość lądowania miała wynosić około 360 km/h.

Ponieważ samoloty rakietowe były opracowywane pod dość dużymi ograniczeniami finansowymi, aby zaoszczędzić pieniądze, pojazdy wyposażono w gotowe komponenty i elementy: podwozie główne zabrano z myśliwca F-5, fotel katapultowany z myśliwca F-106 oraz przednią podporę z samolotu T-39.

Oprzyrządowanie samolotu również było proste – podczas pierwszych lotów nie posiadały nawet czujników położenia przestrzennego. Głównymi przyrządami pomiarowymi są akcelerometr, wysokościomierz, czujniki prędkości, poślizgu i kąta natarcia.

Oba urządzenia były wyposażone w silnik XLR-11 (ciąg 3,6 t), który przez krótki czas był używany na samolocie X-15. Aby zwiększyć zasięg lotu podczas awaryjnego lądowania na M2-F2 i HL-10, zamontowano pomocnicze silniki rakietowe na ciecz zasilaną nadtlenkiem wodoru.

Zbiorniki paliwa modeli podczas testów rzutowych zostały napełnione wodą o wadze 1,81 tony.

12 lipca 1966 odbył się pierwszy lot szybowcowy M2-F2. Ważący 2,67 tony model oddzielono od B-52 na wysokości 13500 m przy prędkości M=0,6 (697 km/h). Czas trwania lotu autonomicznego wynosił 3 minuty 37 sekund. 10 maja 1967 r. doszło do awaryjnego lądowania. Powodem utraty kontroli był „krok holenderski”, podczas którego kąt przechyłu wynosił 140 stopni.



Po sfinalizowaniu projektu postanowiono odrestaurować zniszczony aparat. Aby zapewnić stabilność boczną, model, który otrzymał oznaczenie M2-F3, zainstalował centralną stępkę i bloki silnika odrzutowego układu sterowania.

Testy rzutu wznowiono w czerwcu 1970 roku. Sześć miesięcy później odbył się pierwszy lot z włączonym silnikiem rakietowym z podtrzymaniem. Na końcowym etapie testów, które zakończyły się w 1972 roku, M2-F3 służył do rozwiązywania różnych zadań pomocniczych, w tym opracowania systemu zdalnego sterowania w ramach programu Space Shuttle. Charakterystyki lotu modelu zostały również ocenione w warunkach lotu na ekstremalnych wysokościach i prędkościach.

W grudniu 1966 roku rozpoczęto próby zrzutowe aparatu HL-10. Wykorzystano do nich również B-52. Już pierwszy lot autonomiczny komplikowały poważne problemy - sterowność w kierunku poprzecznym była wyjątkowo niezadowalająca, sprawność elevonów gwałtownie spadała na zakrętach. Wadę zlikwidowano poprzez znaczne udoskonalenie kili zewnętrznych, które tworzyły przepływ nad powierzchniami sterowymi.

Wiosną 1968 kontynuowano loty planistyczne Northrop HL-10. Pierwsze uruchomienie marszowego silnika rakietowego na ciecz miało miejsce w październiku 1968 roku.

HL-10 został również wykorzystany w interesie promu kosmicznego. Ostatnie dwa loty urządzenia, wykonane latem 1970 roku, poświęcone były ćwiczeniom lądowania z włączoną elektrownią. W tym celu XLR-11 został zastąpiony trzema silnikami rakietowymi na paliwo ciekłe nadtlenkiem wodoru.

Eksperyment ogólnie uznano za udany – silniki pracujące podczas lądowania zmniejszyły kąt ścieżki schodzenia z 18 do 6 stopni. Pilot urządzenia zauważył jednak, że pomimo działania naprowadzania naziemnego wystąpiły pewne trudności w określeniu momentu włączenia silników rakietowych.

W całym okresie testowym HL-10 zakończył 37 startów. Jednocześnie model ustanowił rekordową wysokość lotu (27,5 km) i prędkość (M = 1,86) dla samolotów rakietowych z korpusem nośnym.

Charakterystyka taktyczna i techniczna:
Długość - 6,45 m;
Wysokość - 2,92 m;
Rozpiętość skrzydeł - 4,15 m;
Powierzchnia skrzydła - 14,9 m²;
Masa własna - 2397 kg;
Pełna waga - 2721 kg;
Maksymalna masa startowa - 4540 kg (paliwo - 1604 kg);
Elektrownia - czterokomorowy silnik rakietowy Reaction Motors XLR-11 (ciąg do 35,7 kN);
Zasięg lotu - 72 km;
Pułap praktyczny - 27524 m;
Prędkość maksymalna - 1976 km/h;
Współczynnik ciągu na jednostkę masy wynosi 1:0,99;
Obciążenie skrzydła - 304,7 kg / m²;
Załoga - 1 osób.

Przygotowane z:
http://www.walkinspace.ru
http://crimso.msk.ru
http://zona58.ru


10 komentarzy
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. Nukem999
    0
    18 września 2013 09:07
    .......................
    1. Stary sceptyk
      0
      18 września 2013 10:26
      Cóż, wygląda bardzo podobnie do naszej "Spirala"
      1. Nukem999
        0
        18 września 2013 10:45
        Spirala była kopią
        Pierwszy lot 1976

        Northrop M2-F2 Pierwszy lot 12 lipca 1966 r
        1. +6
          18 września 2013 12:26
          Tak, wciąż nazywacie Burana kopią Shuttle… Chłopaki, jak bardzo nie możecie zrozumieć jednej prostej prawdy – zewnętrzne podobieństwo podyktowane jest podobieństwem zadań. Aerodynamika jest taka sama dla wszystkich. Ale konstrukcja jest zupełnie inna… Spirala to system wideokonferencyjny (i nigdy nie leciał, bo nie zbudowano samolotu startowego), ale to, o czym mówisz, to MiG-105.11, czyli „łykowy but” – taki eksperymentalny samolot do opracowywania aerodynamiki, jak cytowany tu amerykański „cud”. I nigdy nie jest nawet blisko kopii...
          1. -2
            18 września 2013 13:04
            Tak, nadal nazywasz Burana kopią promu…

            spójrz na stronę buran.ru - a dowiesz się, że Spirala została porzucona, kiedy sowiecki wywiad dowiedział się, jak będzie wyglądał wahadłowiec, zdecydował, że będzie mniejsze ryzyko techniczne z kopiowaniem wyglądu amerykańskiego wahadłowca. Radzieccy eksperci uważali, że wahadłowiec nigdy się nie opłaci, ale zdecydowali, że skoro powstaje taki statek kosmiczny, to nie tylko to i konieczne jest stworzenie analogu. I stworzyli Buran, który okazał się chłodniejszy niż wahadłowiec, ale był równie kosztowny w eksploatacji.
            A amerykańscy projektanci bezwstydnie wyciągnęli państwowe pieniądze na swój projekt, ale sami nawet nie wiedzieli, do czego może się przydać wahadłowiec. Chcieli zainwestować mniej pieniędzy i zdobyć więcej pieniędzy. Prom był przydatny tylko do popisywania się - aby pokazać światu (zwłaszcza ZSRR), że Stany Zjednoczone są tak fajne, że jako pierwsze wymyśliły statek kosmiczny wielokrotnego użytku po wylądowaniu na Księżycu w 1971 roku, przed potencjalnym wrogiem.
            1. +2
              18 września 2013 14:01
              koncepcja, tak. Ale nie projekt. Biorąc pod uwagę fakt, że zarówno spirala, jak i wahadłowiec zostały stworzone przede wszystkim do użytku wojskowego. Ale jeśli Spirala jest zwiadowcą i przechwytującym satelity, to nigdy nie wymyślono jasnej koncepcji bojowego użycia wahadłowca. Cóż, używanie go jako statku transportowego okazało się drogie i nieefektywne. Nasza opcja z Buranem była tym bardziej interesująca, że ​​połączenie Buran-Energy było uniwersalne. Oto manewrujący statek kosmiczny i superciężki lotniskowiec (inne pytanie brzmi, że do tego czasu nie było odpowiedniego ładunku dla tego lotniskowca) Spirala w zasadzie nie była odpowiednia do celów wystrzelenia ładunku ... Więc było kilka powodów odmowy rozwijać go.
              I nikt nie skopiował wyglądu – podobne tryby lotu pociągają za sobą podobne formy aerodynamiczne. - zwłaszcza, że ​​te ostatnie zostały opracowane przy pomocy tych samych Hogs...
              1. -3
                18 września 2013 16:17
                Ale jeśli Spirala jest zwiadowcą i przechwytującym satelity, to nigdy nie wymyślono jasnej koncepcji bojowego użycia wahadłowca.

                Na etapie studiów koncepcyjnych nad wyglądem nowego systemu transportowego zastąpiono fundamentalne podejście do projektowania: zamiast tworzyć aparat do konkretnych celów w ramach przyznanych środków, twórcy zaczęli za wszelką cenę, „ciągnąc za uszy” kalkulacje ekonomiczne i przyszłe warunki eksploatacji, aby uratować istniejący projekt transportu wahadłowego, zachowując utworzone zakłady produkcyjne i miejsca pracy. Innymi słowy, wahadłowiec nie był przeznaczony do zadań, ale zadania i uzasadnienie ekonomiczne dostosowano do jego projektu, aby ratować przemysł i amerykański program załogowej przestrzeni kosmicznej. Takie podejście „przeforsowało” w Kongresie „kosmiczne” lobby, składające się z senatorów – rodowitych stanów „aerospace” – przede wszystkim Florydy i Kalifornii.

                To jest takie podejście i zmylili sowieckich ekspertów, którzy nie rozumieli prawdziwych motywów decyzji o rozwoju wahadłowca. Przecież obliczenia weryfikacyjne deklarowanej efektywności ekonomicznej promu, przeprowadzone w ZSRR, wykazały, że koszty jego powstania i eksploatacji nigdy się nie zwrócą (i tak się stało!), a zamierzony przepływ ładunku „Orbita ziemska -Ziemia” nie zawierała rzeczywistych ani przewidywanych ładunków. Nieświadomy przyszłych planów dotyczących dużej stacji kosmicznej, nasi eksperci wyrobili sobie opinię, że Amerykanie do czegoś się szykują - wszak stworzono aparat, którego możliwości znacząco wyprzedziły wszystkie przewidywalne cele w użytkowaniu kosmosu... Udział Departamentu Obrony USA w ustaleniu przyszłego wyglądu wahadłowca dodawał oliwy do ognia nieufności, lęki i niepewność. Ale nie mogło być inaczej, ponieważ odrzucenie jednorazowych pojazdów nośnych oznaczało, że wahadłowce powinny wystrzelić również wszystkie obiecujące urządzenia Ministerstwa Obrony, CIA i Narodowej Agencji Bezpieczeństwa USA.

                źródło http://buran.ru/htm/shuttle.htm
                Moim zdaniem koncept Shuttle ma wydobyć więcej pieniędzy od państwa, Buran ma dogonić i wyprzedzić Amerykę
      2. -1
        18 września 2013 12:54
        raczej odwrotnie)
  2. 0
    18 września 2013 13:08
    Chcę latać na takim urządzeniu))) Wiedziałem, że firma Northrop stworzyła takie samoloty, szukałem informacji na ich temat, ale ich nie znalazłem. A oto film o ich lotach. Dzięki autorowi. Czego nie wymyślili w latach 1960-1970)))
  3. 0
    18 września 2013 19:03
    Jeszcze przed pierwszym lotem Energii w rozmowie z inżynierem zwrócił uwagę na podobieństwo wahadłowca i Burana. On oczywiście odpowiedział, że
    Cytat: Taoistyczny
    podobne wzorce lotu pociągają za sobą podobne kształty aerodynamiczne.
    W tym samym czasie, gdy powstały spory twórcze, można było usłyszeć: - A teraz zobaczmy, jak to zrobili.
    1. +1
      18 września 2013 22:06
      Cytat z Des10
      W tym samym czasie, gdy powstały spory twórcze, można było usłyszeć: - A teraz zobaczmy, jak to zrobili.


      Oczywiście jest to normalne podejście do wszelkich prac inżynierskich. Ale zobaczenie „jak oni to zrobili” nie oznacza „kopiowania”. Buran różnił się od wahadłowca prawie wszystkim - od zdalnego sterowania i systemu startowego po system sterowania i system ratunkowy ... (Nasi mieli zarówno działa samobieżne, jak i katapulty) - więc ... Było wiele przypadków bezpośredniego kopiowania w historia (te same B 29 i Tu 4), ale sprawa Burana wyraźnie nie pochodzi z tej kohorty.
      1. 0
        19 września 2013 12:20
        Oczywiście nie myślano o bezpośrednim kopiowaniu. Mówię o czymś innym – było na co popatrzeć, porównać.