Подъемный кузов
Несущее тело — это с неподвижным крылом конфигурация самолета или космического корабля , в которой тело само создает подъемную силу . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным обычным фюзеляжем или вообще без него , несущее тело можно рассматривать как фюзеляж с небольшим количеством обычного крыла или вообще без него . В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет исключения ненесущих поверхностей, несущие тела обычно минимизируют сопротивление и структуру крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или космического корабля в атмосферу входа . Все эти режимы полета создают проблемы для обеспечения надлежащей безопасности полетов.
Подъемные тела были основной областью исследований в 1960-х и 70-х годах как средство создания небольшого и легкого пилотируемого космического корабля. США построили несколько ракетных самолетов с несущим корпусом для проверки этой концепции, а также несколько ракетных возвращаемых аппаратов, которые прошли испытания над Тихим океаном. Интерес угас, поскольку ВВС США потеряли интерес к миссии с экипажем, и основные разработки закончились в процессе проектирования космического корабля "Шаттл", когда стало ясно, что фюзеляжи сложной формы затрудняют установку топливных баков.
В передовых концепциях космических самолетов 1990-х и 2000-х годов действительно использовались конструкции с несущим корпусом. Примеры включают систему запуска персонала HL-20 (1990 г.) и космический самолет «Прометей» (2010 г.). Космический самолет с подъемным корпусом Dream Chaser , являющийся развитием технологии HL-20, был предложен в качестве одного из трех транспортных средств, потенциально способных доставлять американский экипаж на Международную космическую станцию и обратно , но в конечном итоге вместо этого был выбран в качестве средства снабжения. В 2015 году ЕКА промежуточный экспериментальный аппарат осуществил первый в истории успешный вход в атмосферу космического корабля с несущим корпусом. [ 1 ]
История
[ редактировать ]Несущий корпус был изобретен в 1917 году, когда в патенте Роя Скроггса был описан самолет с чем-то вроде треугольного крыла в плане с толстым фюзеляжем . [ 2 ] Однако на малых скоростях полета несущее тело неэффективно и не вошло в основные конструкции самолетов. [ нужна ссылка ]
Исследования несущего тела, связанные с аэрокосмической отраслью, возникли из идеи о том, что космический корабль снова войдет в атмосферу Земли и приземлится так же, как обычный самолет . После входа в атмосферу капсульные космические корабли серий «Меркурий» , «Близнецы» и «Аполлон» практически не контролировали место приземления. Управляемый космический корабль с крыльями мог бы значительно расширить зону посадки. Однако крылья аппарата должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать динамические и термические нагрузки как при входе в атмосферу, так и при гиперзвуковом полете. Одно из предложений полностью исключило крылья: спроектировать корпус фюзеляжа так, чтобы он сам создавал подъемную силу.
НАСА Усовершенствование концепции несущего тела в началось в 1962 году с Р. Дейла Рида из НАСА Армстронга Центра летных исследований . [ 3 ] Первой полноразмерной моделью, вышедшей в рамках программы Рида, был НАСА M2-F1 , корабль без двигателя, сделанный из дерева. Первоначальные испытания проводились путем буксировки M2-F1 по высохшему дну озера на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии за модифицированным Pontiac Catalina . [ 4 ] Позже корабль отбуксировали за С-47 и отпустили. Поскольку M2-F1 представлял собой планер небольшой ракетный двигатель , для расширения зоны приземления был добавлен . Вскоре M2-F1 прозвали «Летающей ванной».
В 1963 году НАСА начало программы по созданию более тяжелых транспортных средств с несущим кузовом с ракетным двигателем, которые будут запускаться по воздуху из-под правого крыла NB-52B, производного от реактивного бомбардировщика B-52 . Первые полеты начались в 1966 году. Из несущих тел Драйдена все, кроме НАСА M2-F1 без двигателя, использовали ракетный двигатель XLR11 , который использовался на Bell X-1 . [ 5 ] Последующий проект, получивший обозначение Northrop HL-10, был разработан в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли . Отрыв воздушного потока стал причиной крушения подъемного корпуса Northrop M2-F2 . [ нужна ссылка ] В HL-10 попытались частично решить эту проблему, развернув левого и правого борта наружу вертикальные стабилизаторы и увеличив центральный. [ нужна ссылка ]
Начиная с 1965 года был разработан российский несущий корпус МиГ-105 или ЭПОС (российская аббревиатура от «Экспериментальный пассажирский орбитальный самолет») и совершено несколько испытательных полетов. Работы закончились в 1978 году, когда усилия были перенесены на программу «Буран» , а работа над другим небольшим космическим кораблем частично продолжалась в рамках программы «Бор» .
IXV с несущим корпусом , — это машина Европейского космического агентства экспериментальная возвращаемая предназначенная для проверки европейских многоразовых пусковых установок, которые могут быть оценены в рамках программы FLPP . IXV совершил свой первый полет в феврале 2015 года с помощью ракеты Vega . [ 6 ]
В 2010 году компания Orbital Sciences предложила коммерческий космический самолет с несущим корпусом. [ 7 ] Прометей более подробно описан ниже.
Аэрокосмические приложения
[ редактировать ]Подъемные тела создают сложные проблемы управления, конструкции и внутренней конфигурации. В конечном итоге от подъемных тел отказались в пользу конструкции треугольного крыла для космического челнока. Данные, полученные в ходе летных испытаний с использованием высокоскоростных заходов на посадку с очень крутыми углами снижения и высокими скоростями снижения, были использованы для моделирования профилей полета и приземления шаттла.
При планировании входа в атмосферу место посадки выбирается заранее. Для многоразовых возвращаемых аппаратов обычно отдается предпочтение основной площадке, ближайшей к стартовой площадке, чтобы снизить затраты и сократить время выполнения запуска. Однако погода вблизи места приземления является основным фактором безопасности полета. В некоторые сезоны погода в местах посадки может меняться быстро относительно времени, необходимого для начала и выполнения входа в атмосферу и безопасной посадки. Из-за погодных условий возможно, что транспортному средству придется совершить посадку на другом месте. Кроме того, в большинстве аэропортов нет взлетно-посадочных полос достаточной длины, чтобы обеспечить скорость захода на посадку и расстояние крена, необходимое космическому кораблю. В мире существует немного аэропортов, которые могут поддерживать или модифицироваться для поддержки такого типа требований. Таким образом, альтернативные посадочные площадки очень широко разбросаны по США и по всему миру. Эти проблемы были обусловлены разработкой треугольного крыла шаттла. Эти требования еще более усугублялись требованиями, расширявшими зону посадки шаттла.
Тем не менее, концепция несущего кузова была реализована в ряде других аэрокосмических программ, в том числе в ранее упомянутых NASA X-38 , Lockheed Martin X-33 , BAC многоблочном космическом транспортно-восстановительном устройстве , европейском EADS Phoenix и совместном российском проекте. -Европейский космический корабль «Клипер» . Из трех основных конструктивных форм, обычно анализируемых для таких программ (капсула, подъемный корпус, самолет), подъемный корпус может предложить лучший компромисс с точки зрения маневренности и термодинамики, одновременно отвечая требованиям миссии своих клиентов.
Текущие системы
[ редактировать ]Dream Chaser — суборбитальный и орбитальный [ 8 ] вертикального взлета и горизонтальной посадки с подъемным корпусом Космоплан (VTHL), разрабатываемый Sierra Nevada Corporation (SNC). Планируется, что конструкция Dream Chaser в конечном итоге будет перевозить до семи человек на низкую околоземную орбиту и обратно , а в настоящее время космический самолет планируется использовать для доставки грузов на Международную космическую станцию в рамках программы Commercial Resupply Services . Транспортное средство будет стартовать вертикально на Atlas V и приземляться горизонтально на обычных взлетно-посадочных полосах. [ 9 ]
Лифт кузова
[ редактировать ]
В некоторых самолетах с крыльями также используются корпуса, создающие подъемную силу. Некоторые из конструкций монопланов с высоким крылом компании Bellanca Aircraft Company начала 1930-х годов , такие как Bellanca Aircruiser , имели фюзеляжи неопределенной аэродинамической формы, способные создавать некоторую подъемную силу, причем даже стойки крыльев на некоторых версиях имели расширенные обтекатели, чтобы придать им некоторую подъемную силу. -генерирующая способность. как в Более современные аэродинамические исследования показали, что гоночный самолет Gee Bee R-1 Super Sportster 1930-х годов обладал значительной способностью создавать подъемную силу благодаря конструкции фюзеляжа, что важно для предполагаемой гоночной роли R-1, в то время Пилон с высоким наклоном поворачивается во время гонки. [ 10 ] В период с 1920-х по 1950-е годы Винсент Бурнелли разработал несколько самолетов, в которых использовался подъемный механизм фюзеляжа. Как и более ранние монопланы Bellanca, Short SC.7 Skyvan создает значительную подъемную силу за счет формы фюзеляжа, почти такую же, как 35%, которые производит каждое из крыльев.
Истребители, такие как F-15 Eagle, также создают значительную подъемную силу за счет широкого фюзеляжа между крыльями. Поскольку широкий фюзеляж F-15 Eagle настолько эффективен при подъемной силе, F-15 способен успешно приземлиться только с одним крылом, хотя и почти на полной мощности, при этом тяга значительно способствует подъемной силе. Летом 1983 года израильский F-15 в тренировочных целях устроил имитацию воздушного боя со «Скайхоками» недалеко от Нахаль-Цина в пустыне Негев. Во время учений один из «Скайхоков» просчитался и сильно столкнулся с корнем крыла F-15 . Пилот F-15 знал, что крыло серьезно повреждено, но решил попытаться приземлиться на ближайшей авиабазе, не зная степени повреждения крыла. И только после приземления, когда он выбрался из кабины и посмотрел назад, пилот понял, что произошло: у самолета полностью оторвало крыло, и он посадил самолет с прикрепленным только одним крылом. Через несколько месяцев поврежденный F-15 получил новое крыло и вернулся в строй в составе эскадрильи. Инженерам McDonnell Douglas с трудом верилось в историю с однокрылым приземлением: с точки зрения их моделей планирования это было невозможно. [ 11 ]
В 2010 году компания Orbital Sciences предложила самолет « Прометей » со «смешанным несущим телом» космический , размером примерно в четверть размера космического корабля «Шаттл» , в качестве коммерческого варианта для доставки астронавтов на низкую околоземную орбиту в рамках программы коммерческого экипажа . [ 7 ] Транспортное средство с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой (VTHL) должно было быть запущено на ракете Atlas V, предназначенной для человека , но приземлилось на взлетно-посадочной полосе. [ 12 ] Первоначальная конструкция должна была перевозить экипаж из четырех человек, но она могла перевозить до шести человек или комбинацию экипажа и груза. Помимо Orbital Sciences, в консорциум, стоявший за этим предложением, входили Northrop Grumman , которая должна была построить космический самолет, и United Launch Alliance , которая предоставила бы ракету-носитель. [ 13 ] Не будучи выбранной НАСА для получения награды CCDev фазы 2, в апреле 2011 года компания Orbital объявила, что, скорее всего, свернет свои усилия по разработке коммерческого корабля для экипажа. [ 14 ]
Принципы проектирования несущих тел используются и при строительстве гибридных дирижаблей .
Центр летных исследований Армстронга
[ редактировать ]правительство США разработало различные конструкции подъемных кузовов транспортных средств для проверки концепции и летных испытаний С начала 1960-х до середины 1970-х годов в Летно-исследовательском центре Армстронга . [ 3 ] В их число вошли:
Пилоты и полеты
[ редактировать ]| Пилот | М2-Ф1 | М2-Ф2 | ХЛ-10 | ХЛ-10 против |
М2-Ф3 | Х-24А | Х-24Б | Общий |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Милтон О. Томпсон | 45 | 5 | - | - | - | - | - | 50 |
| Брюс Петерсон | 17 | 3 | 1 | - | - | - | - | 21 [ нужна ссылка ] |
| Чак Йегер | 5 | - | - | - | - | - | - | 5 |
| Дональд Л. Маллик | 2 | - | - | - | - | - | - | 2 [ нужна ссылка ] |
| Джеймс В. Вуд | 1* | - | - | - | - | - | - | 1* |
| Дональд М. Сорли | 5 | 3 | - | - | - | - | - | 8 |
| Уильям Х. Дана | 1 | - | - | 9 | 19 | - | 2 | 31 [ нужна ссылка ] |
| Джерольд Р. Джентри | 2 | 5 | - | 9 | 1 | 13 | - | 30 [ нужна ссылка ] |
| Фред Хейс | 1* | - | - | - | - | - | - | 1* |
| Джо Энгл | 1* | - | - | - | - | - | - | 1* |
| Джон А. Манке | - | - | - | 10 | 4 | 12 | 16 | 42 |
| Питер С. Хоаг | - | - | - | 8 | - | - | - | 8 |
| Сесил В. Пауэлл | - | - | - | - | 3 | 3 | - | 6 |
| Майкл В. Лав | - | - | - | - | - | - | 12 | 12 |
| Эйнар К. Эневолдсон | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
| Фрэнсис Скоби | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
| Томас С. Макмертри | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
| ОБЩИЙ | 80 | 16 | 37 [ 15 ] | 36 | 27 | 28 | 36 | 224 [ нужна ссылка ] |
- Вуд, Хейз и Энгл совершили по одному полету на буксируемом автомобиле M2-F1.
Популярная культура
[ редактировать ] |
Подъемные тела появлялись в некоторых научно-фантастических произведениях, в том числе в фильме « Оставленные » и в роли космического корабля Джона Крайтона «Фарскейп-1» в сериале «Фарскейп» . В сериале Discovery Channel предполагалось использовать подъемные тела для доставки зонда на далекую планету, похожую на Землю в анимационном фильме «Планета пришельцев» . Джерри Андерсона 1969 года Двойник использовал спускаемый аппарат / подъемник вертикального взлета и посадки с подъемным корпусом, чтобы посетить планету, похожую на Землю, но потерпел крушение в обеих попытках. В его серии «НЛО» использовался подъемный корпус, визуально похожий на M2-F2 для орбитальных операций («Человек, который вернулся»). В компьютерной игре Buzz Aldrin's Race Into Space модифицированный X-24A становится альтернативным лунным космическим кораблем, который игрок может выбрать вместо капсулы Gemini или Apollo .
1970-х годов В телевизионной программе «Человек за шесть миллионов долларов» шоу использовались кадры с поднимающимся корпусом самолета, взятые из реальных учений НАСА в заголовке . Сцены включали отделение HL-10 от своего самолета-носителя — модифицированного B-52 — и M2-F2, пилотируемый Брюсом Петерсоном , который сильно разбился и кувыркался вдоль взлетно-посадочной полосы высохшего дна озера Эдвардс. Причина крушения была связана с возникновением голландского крена , вызванного нестабильностью управления, вызванной отрывом потока. [ нужна ссылка ]
В эпизоде «Смертельный повтор» (8-я серия 2-го сезона, вышедшая в эфир 22 сентября 1974 г.) используется HL-10 как опора истории. [ 16 ]
См. также
[ редактировать ]- Мартин X-23 ПРАЙМ
- БОР-4
- Kliper
- Система запуска персонала HL-20
- Dream Chaser (космический корабль)
- Космический Райдер (космический корабль)
- Прометей (космический корабль)
- Фасетмобиль
- Смешанное тело крыла
- Летающее крыло
- ГОРЧИЦА
- Хортон "Бескрылый" 1953 года http://aerospacelegacyfoundation.com/aviation-history-flying-wings/. Архивировано 14 января 2018 г. в Wayback Machine.
- Аруп С-2 1932 г., Снайдер «Аруп» (стирает границу между «летающим крылом» и несущим телом)
- Бурнелли РБ-1
Ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Бюллетень ЕКА 161 (1-й квартал 2015 г.)» (PDF) . ЕКА . 2015. с. 23. ISSN 0376-4265 . Проверено 30 мая 2015 г.
- ^ Патент США 1 250 033 .
- ^ Перейти обратно: а б «Бескрылый полет: история несущего тела» . НАСА . 01.01.1997 . Проверено 13 декабря 2014 г.
- ^ Классический Понтиак и НАСА
- ^ Информационный бюллетень НАСА Драйден - подъем тел
- ^ «Европейский мини-космический челнок возвращается» . Новости Би-би-си . 11 февраля 2015 года . Проверено 12 февраля 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Форма будущего — космический самолет «Прометей™» компании Orbital готов к участию в инициативе НАСА по развитию коммерческого экипажа» (PDF) .
- ^
«Новаторы частных космических полетов привлекают внимание НАСА» . Space.com . 7 февраля 2011 года . Проверено 5 сентября 2012 г.
Dream Chaser станет полноценным суборбитальным аппаратом на пути к достижению орбитальных возможностей.
- ^ В настоящее время используется «Модель Dream Chaser прибыла в НАСА в Драйдене - NASA.gov» . НАСА. 17 декабря 2010 года . Проверено 29 августа 2012 г.
- ^ «Гранвиль Джи Би (сериал) Гоночный самолет» . Militayrfactory.com. 8 июня 2009 года . Проверено 20 декабря 2011 г.
- ^ Джон Исли (9 августа 2001 г., 09:01:17 по восточному поясному времени) НЕТ КРЫЛА F15 [электронная почта защищена]
- ↑ Orbital предлагает космический план для астронавтов , Wall Street Journal , 14 декабря 2010 г., по состоянию на 15 декабря 2010 г.
- ^ Вступая в новую космическую гонку, Orbital Sciences представляет конструкцию космического самолета-мини-шаттла , Popular Science , 16 декабря 2010 г., по состоянию на 18 декабря 2010 г. «Orbital Sciences — это не независимое частное предприятие «нового космоса», как, скажем, SpaceX. Это консорциум мощных оборонных и авиационных компаний: самолет построит Northrop, а ракеты предоставит United Launch. Альянс (читай: Боинг и Локхид)».
- ^ «Орбитал может свернуть работу своего коммерческого экипажа» . Журнал НьюКосмос . 22 апреля 2011 г. Проверено 25 апреля 2011 г.
Генеральный директор Дэйв Томпсон сказал... «В настоящее время я не предполагаю, что мы продолжим реализацию нашего собственного проекта в этой гонке. Мы будем наблюдать за ним, и если появится возможность, мы можем пересмотреть свое решение. Но на данный момент Я бы не ожидал большой активности с нашей стороны на рынке коммерческих экипажей».
- ^ «Прошлые проекты НАСА Драйдена: подъемные тела, HL-10» . НАСА . 14 августа 2009 г. Проверено 13 декабря 2014 г.
- ^ «Смертельный повтор» . IMDb.com, Inc. Проверено 22 октября 2021 г.
Другие источники
[ редактировать ]- Макфи, Джон (1973), Дельтовидное тыквенное семя ; ISBN 0-374-51635-9 . (История Aereon , комбинации аэродина / аэростата , он же гибридный дирижабль .)
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Информационный бюллетень о подъемных кузовах (НАСА)
- Технический документ НАСА 3101: Численный анализ и моделирование поля потока транспортного средства с гарантированным возвращением экипажа (математические расчеты потока воздуха над подъемным телом)
- Коллекции фотографий НАСА из Центра летных исследований Драйдена
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
