Несущий корпус представляет собой воздушное судно с неподвижным крылом или космическими аппаратами конфигурация , в которой само тело производит подъем . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным фюзеляжем или без него , подъемное тело можно рассматривать как фюзеляж с небольшим крылом или без него . В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет устранения неподъемных поверхностей, подъемные тела обычно сводят к минимуму сопротивление и структуру крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или повторного входа космического корабля. . Все эти режимы полета создают проблемы для обеспечения надлежащей безопасности полетов.
Подъемные тела были основной областью исследований в 1960-х и 1970-х годах как средство создания небольших и легких пилотируемых космических кораблей. США построили ряд ракетных самолетов с подъемным фюзеляжем для проверки концепции, а также несколько ракетных самолетов для повторного входа, которые были испытаны над Тихим океаном. Интерес снизился, поскольку ВВС США потеряли интерес к пилотируемой миссии, и основные разработки закончились во время процесса проектирования космического челнока, когда стало ясно, что фюзеляжи высокой формы затрудняют установку топливных баков.
В передовых концепциях космических самолетов 1990-х и 2000-х годов действительно использовалась конструкция подъемного корпуса. Примеры включают систему запуска персонала HL-20 (1990 г.) и космоплан «Прометей» (2010 г.). Космический самолет с подъемным корпусом Dream Chaser , являющийся продолжением технологии HL-20, разрабатывался с 2012 года [Обновить]как один из трех транспортных средств, которые потенциально могут доставить американский экипаж на Международную космическую станцию и обратно . В 2015 году промежуточный экспериментальный корабль ЕКА выполнил первый в истории успешный вход в атмосферу космического корабля с подъемным корпусом. [1]
История
Подъемное тело было задумано еще в 1917 году, когда оно было описано в патенте Роя Скроггса . [2] Однако на малых скоростях подъемное тело неэффективно и не входило в стандартную конструкцию самолетов. [ необходима цитата ]
Связанные с аэрокосмической отраслью исследования подъемных тел возникли из идеи космического корабля, который снова войдет в атмосферу Земли и приземлится, как обычный самолет . После возвращения в атмосферу традиционные капсулоподобные космические корабли из серий « Меркурий» , « Близнецы» и « Аполлон » практически не контролировали место приземления. Управляемый космический корабль с крыльями может значительно расширить зону посадки. Однако крылья корабля должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать динамические и термические нагрузки как при входе в атмосферу, так и при гиперзвуковом полете. Предлагаемое решение полностью исключило крылья: конструкция самого фюзеляжа обеспечивала подъемную силу.
НАСА «s уточнения концепции подъема тела началось в 1962 году с Р. Дейл Рид из НАСА » s исследовательского центра Armstrong полетов . [3] Первой полноразмерной моделью, появившейся в рамках программы Рида, была НАСА M2-F1 , аппарат без двигателя, сделанный из дерева. Первоначальные испытания проводились буксировкой M2-F1 по высохшему дну озера на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии, за модифицированным Pontiac Catalina . [4] Позже судно было отбуксировано за C-47 и выпущено. Поскольку M2-F1 был планером , для увеличения зоны посадки был добавлен небольшой ракетный двигатель . M2-F1 вскоре получил прозвище «Летающая ванна».
В 1963 году НАСА начало программы с более тяжелыми ракетными подъемными кузовами, которые будут запускаться в воздух из-под правого крыла NB-52B, производного от реактивного бомбардировщика B-52 . Первые полеты начались в 1966 году. Из подъемных тел Драйдена все, кроме безмоторного NASA M2-F1, 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 вызвал крушение подъемного корпуса Northrop M2-F2 . [ необходима цитата ] HL-10 попытался частично решить эту проблему, наклонив левый и правый вертикальные стабилизаторы наружу и увеличив центральный. [ необходима цитата ]
Начиная с 1965 г. был разработан российский подъемно-транспортное средство « Микоян-Гуревич» МиГ-105 или ЭПОС (русское сокращение от «Экспериментальный пассажирский орбитальный самолет») и произведено несколько испытательных полетов. Работа закончилась в 1978 году, когда усилия переместились на программу « Буран» , в то время как работа над другим маломасштабным космическим кораблем частично продолжилась в рамках программы « Бор ».
IXV является Европейским космическим агентство Фитрель экспериментальный повторного входа транспортного средства , предназначенным для проверки европейских многоразовых пусковых установок, которые могут быть оценены в рамках FLPP программы. IXV совершил свой первый полет в феврале 2015 года с помощью ракеты Vega . [6]
Orbital Sciences предложил коммерческий космоплан лифтинг тела в 2010 году [7] Prometheus более подробно описано ниже.
Аэрокосмические приложения
Подъемные тела создают сложные проблемы управления, конструкции и внутренней конфигурации. Подъемные тела в конечном итоге были отклонены в пользу конструкции треугольного крыла для космического корабля "Шаттл". Данные, полученные в ходе летных испытаний с использованием высокоскоростных заходов на посадку с очень крутыми углами снижения и высокой скоростью снижения, были использованы для моделирования профилей полета и посадки шаттла.
При планировании возвращения в атмосферу место посадки выбирается заранее. Для многоразовых космических аппаратов, как правило, предпочтительна основная площадка, которая находится ближе всего к месту запуска, чтобы снизить затраты и сократить время цикла запуска. Однако погода вблизи места посадки является важным фактором безопасности полетов. В некоторые сезоны погода в местах посадки может быстро меняться относительно времени, необходимого для инициирования и выполнения повторного входа в атмосферу и безопасной посадки. Возможно, из-за погодных условий транспортному средству придется совершить посадку в другом месте. Кроме того, в большинстве аэропортов нет взлетно-посадочных полос достаточной длины для обеспечения скорости захода на посадку и дистанции крена, необходимой космическим кораблям. В мире существует немного аэропортов, которые могут поддерживать или быть модифицированы для поддержки этого типа требований. Поэтому альтернативные места посадки очень широко расположены в США и по всему миру.
Конструкция треугольного крыла Shuttle была обусловлена этими проблемами. Эти требования были еще больше усугублены военными требованиями (ВВС США будут использовать будущий шаттл для полезной нагрузки оборонительных спутников и других задач), которые расширили зону посадки шаттла.
Хотя конфигурация подъемного корпуса не была бы уязвима для отказа передней кромки крыла, вызвавшего потерю второго шаттла , такая конфигурация не могла удовлетворить требования к габаритам полета как НАСА, так и военного ведомства. [ необходима цитата ]
Тем не менее, концепция лифтинг тела была реализована в ряде других аэрокосмических программ, ранее упомянутый NASA X-38 , Lockheed Martin X-33 , ДКС «s Мульти Unit Space Transport и восстановление устройства , в Европе EADS Phoenix , а также совместная Россия -Европейский космический корабль Клипер . Из трех основных конструктивных форм, обычно анализируемых для таких программ (капсула, подъемное тело, самолет), подъемное тело может предложить лучший компромисс с точки зрения маневренности и термодинамики, при этом отвечая требованиям миссии своих клиентов.
Еще одно применение подъемного тела - первая ступень ракеты SpaceX Falcon 9 . Во время попытки приземления на первой ступени развертываются решетчатые ребра, которые управляют подъемной силой, создаваемой цилиндрическим корпусом первой ступени. [8] Согласно SpaceX, ребра решетки могут наклонять первую ступень примерно на двадцать градусов для создания подъемной силы и направления ступени к плавающей посадочной платформе или наземной посадочной площадке . [9]
Самолет с подъемным кузовом сегодня
Сон Чейзер является Crewed суборбитальных и орбитальное [10] вертикального взлета, посадки горизонтальной (VTHL) подъема тела космоплан разрабатывается Sierra Nevada Corporation (SNC). Проект Dream Chaser рассчитан на перевозку до семи человек на околоземную орбиту и обратно . Автомобиль будет стартовать вертикально на Atlas V и приземляться горизонтально на обычных взлетно-посадочных полосах. [11]
Подтяжка тела
В некоторых самолетах с крыльями также используются тела, создающие подъемную силу. Некоторые из монопланов с высоким крылом начала 1930-х годов, разработанные Bellanca Aircraft Company , такие как Bellanca Aircruiser , имели фюзеляжи неопределенной аэродинамической формы, способные создавать некоторую подъемную силу, причем даже стойки крыла на некоторых версиях имели расширенные обтекатели, чтобы придать им подъемную силу -генерирующая способность. Gee Bee R-1 Супер Sportster гоночный самолет 1930 - х годов, также, из более современных аэродинамических исследований, было показано , что имели значительную способность генерировать подъемную с конструкцией фюзеляжа, важным для R-1 намеревалось мчится роль, в то время как в повороты пилона с большим наклоном во время гонок. [12] Винсент Бернелли разработал несколько самолетов между 1920-ми и 1950-ми годами, в которых использовалась подъемная сила фюзеляжа. Как и более ранние монопланы Bellanca, Short SC.7 Skyvan создает значительную подъемную силу своей формы фюзеляжа, почти такую же, как 35% каждого из крыльев. Истребители, подобные F-15 Eagle, также создают значительную подъемную силу благодаря широкому фюзеляжу между крыльями. Поскольку широкий фюзеляж F-15 Eagle настолько эффективен при подъемной силе, F-15 смог успешно приземлиться только с одним крылом, хотя и на почти полной мощности, причем тяга значительно способствовала подъемной силе.
В летний период 1983 года , израильский F-15 имитировали воздушный бой с Скайхоков для целей обучения, около Нахаль Цин в пустыне Негев. Во время учений один из Skyhawk просчитался и сильно столкнулся с корневой частью крыла F-15. Пилот F-15 знал, что крыло было серьезно повреждено, но решил попытаться приземлиться на ближайшей авиабазе, не зная степени повреждения крыла. И только после приземления, когда он вылез из кабины и оглянулся, пилот понял, что произошло: крыло было полностью оторвано от самолета, и он приземлил самолет только с одним крылом. Через несколько месяцев поврежденный F-15 получил новое крыло и вернулся на боевую дежурство в эскадрилье. Инженеры McDonnell Douglas с трудом поверили в историю о приземлении с одного крыла: с точки зрения их моделей планирования это было невозможно. [ необходима цитата ]
В 2010 году Orbital Sciences предложила космический самолет с «смешанным подъемным телом» « Прометей » , размером примерно в четверть космического шаттла , в качестве коммерческого варианта для доставки астронавтов на низкую околоземную орбиту в рамках программы коммерческих экипажей . [7] Аппарат с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой (VTHL) должен был запускаться на управляемой человеком ракете Atlas V, но должен был приземлиться на взлетно-посадочной полосе. [13] Первоначальная конструкция должна была нести экипаж из 4 человек, но могла перевозить до 6 человек или комбинацию экипажа и груза. Помимо Orbital Sciences, консорциум, стоящий за предложением, включал Northrop Grumman , которая должна была построить космический самолет, и United Launch Alliance , которая предоставила бы ракету-носитель. [14] Не будучи отобранным НАСА для получения награды CCDev Phase 2, Orbital объявила в апреле 2011 года, что они, вероятно, свернут свои усилия по разработке коммерческого транспортного средства для экипажа. [15]
Принципы конструкции подъемных тел используются также при постройке гибридных дирижаблей .
Список транспортных средств с подъемным кузовом Центра летных исследований Армстронга (с 1963 по 1975 год)
С начала 1960-х до середины 1970-х годов в Центре летных исследований Армстронга правительство США разработало различные конструкции подъемных кузовов транспортных средств для проверки концепции и летных испытаний . [3] К ним относятся:
- M2-F1
- M2-F2
- M2-F3
- HL-10
- Х-24А
- Х-24Б
Подъемные тела пилотов и полеты
Пилот | M2-F1 | M2-F2 | HL-10 | Мод HL-10 | M2-F3 | Х-24А | Х-24Б | Общее |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Милтон О. Томпсон | 45 | 5 | - | - | - | - | - | 50 |
Брюс Петерсон | 17 | 3 | 1 | - | - | - | - | 21 [ необходима цитата ] |
Чак Йегер | 5 | - | - | - | - | - | - | 5 |
Дональд Л. Маллик | 2 | - | - | - | - | - | - | 2 [ необходима ссылка ] |
Джеймс В. Вуд | * | - | - | - | - | - | - | * |
Дональд М. Сорли | 5 | 3 | - | - | - | - | - | 8 |
Уильям Х. Дана | 1 | - | - | 9 | 19 | - | 2 | 31 [ необходима ссылка ] |
Джераулд Р. Джентри | 2 | 5 | - | 9 | 1 | 13 | - | 30 [ необходима ссылка ] |
Фред Хайз | * | - | - | - | - | - | - | * |
Джо Энгл | * | - | - | - | - | - | - | * |
Джон А. Манк | - | - | - | 10 | 4 | 12 | 16 | 42 |
Питер К. Хоуг | - | - | - | 8 | - | - | - | 8 |
Сесил В. Пауэлл | - | - | - | - | 3 | 3 | - | 6 |
Майкл В. Лав | - | - | - | - | - | - | 12 | 12 |
Эйнар К. Эневольдсон | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
Фрэнсис Скоби | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
Томас К. Макмертри | - | - | - | - | - | - | 2 | 2 |
ОБЩЕЕ | 77 | 16 | 37 [16] | 36 | 27 | 28 год | 36 | 221 [ необходима ссылка ] |
- * Вуд , Хайз и Энгл совершили один наземный полет M2-F1 на буксируемой машине.
Популярная культура
Поднимающиеся тела появлялись в некоторых научно-фантастических произведениях, в том числе в фильме « Заброшенный» и в космическом корабле Джона Крайтона «Фарскейп-1» в сериале « Фарскейп» . В телесериале Discovery Channel была высказана гипотеза об использовании подъемных тел для доставки зонда к далекой планете, похожей на Землю, на анимированной компьютерной программе Alien Planet . Доппельгангер Джерри Андерсона 1969 года использовал спускаемый / восходящий модуль с вертикальным взлетом и посадкой, чтобы посетить планету, похожую на Землю, но потерпел крушение в обеих попытках. В его сериале « НЛО» был показан подъемный аппарат, визуально похожий на M2-F2 для орбитальных операций («Человек, который вернулся»). В компьютерной игре Базза Олдрина «Гонка в космос» модифицированный X-24A становится альтернативным космическим кораблем, способным работать на Луне, который игрок может выбрать вместо капсулы « Близнецы» или « Аполлон» .
Телевизионная программа 1970-х годов « Человек за шесть миллионов долларов» использовала кадры с поднимающимся корпусом самолета, взятые из реальных учений НАСА, в заголовке шоу . Сцены включали отделение HL-10 от его самолета-носителя - модифицированного B-52 - и M2-F2, пилотируемого Брюсом Петерсоном , который разбился и резко кувыркался вдоль взлетно-посадочной полосы с высохшим дном озера Эдвардс. Причина аварии была объяснена началом голландского крена из-за нестабильности управления, вызванной отрывом потока. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Мартин X-23 ПРАЙМ
- БОР-4
- Клипер
- Система запуска персонала HL-20
- Dream Chaser (космический корабль)
- Space Rider (космический корабль)
- Прометей (космический корабль)
- Facetmobile
- Комбинированное крыло
- Летающее крыло
- ГОРЧИЦА
- 1953 год Хортон "Бескрылый" http://aerospacelegacyfoundation.com/aviation-history-flying-wings/
- Arup S-2 1932, Снайдер «Аруп» (стирает границу между «летающим крылом» и подъемным телом)
- Бурнелли РБ-1
Рекомендации
Рекомендации
- ^ «Бюллетень ЕКА 161 (1-й квартал 2015 г.)» (PDF) . ЕКА . 2015. с. 23. ISSN 0376-4265 . Проверено 30 мая 2015 года .
- ^ Патент США 1,250,033 .
- ^ а б "Бескрылый полет: история подъемного тела" . НАСА . 1997-01-01 . Проверено 13 декабря 2014 .
- ^ Классический Понтиак и НАСА
- ^ Информационный бюллетень НАСА Драйден - подъемные тела
- ^ «Европейский космический мини-шаттл возвращается» . BBC News . 11 февраля 2015 . Проверено 12 февраля 2015 года .
- ^ а б «Облик будущего - космический самолет Orbital Prometheus ™, готовый для Инициативы НАСА по созданию коммерческих экипажей» (PDF) .
- ^ «Зачем и как приземляются ракеты» . SpaceX . 25 июня 2015 . Проверено 14 января +2016 .
- ^ «Решетка ласт» . SpaceX . 31 августа 2015 . Проверено 14 января +2016 .
- ^ «Новаторы в области частных космических полетов привлекают внимание НАСА» . 7 февраля 2011 . Проверено 5 сентября 2012 .
Dream Chaser станет полноценным суборбитальным аппаратом на пути к достижению орбитальных возможностей.
- ^ «Модель Dream Chaser появляется в NASA Dryden - NASA.gov» . НАСА. 17 декабря 2010 . Проверено 29 августа 2012 года .
- ^ "Гранвиль Джи Би (сериал) Гоночный самолет" . Militayrfactory.com. 8 июня 2009 . Проверено 20 декабря 2011 года .
- ^ Orbital Предлагает Spaceplan астронавтов , Wall Street Journal , 14 декабря 2010, доступ15 декабря 2010.
- ^ Прыгая в новую космическую гонку, Orbital Sciences представляет дизайн космического самолета мини-шаттла , Popular Science , 16 декабря 2010 г. , просмотрено 18 декабря 2010 г. «Orbital Sciences не является независимым, частным,« новым космическим »предприятием, как, скажем, SpaceX. Это консорциум сил обороны и авиации: самолет будет строить Northrop, а ракеты предоставит United Launch. Альянс (читай: Боинг и Локхид) ».
- ^ «Orbital может свернуть коммерческий экипаж» . NewSpace Journal . 2011-04-22 . Проверено 25 апреля 2011 .
Генеральный директор Дэйв Томпсон сказал ... «В настоящее время я не ожидаю, что мы продолжим реализацию нашего собственного проекта в этой гонке. Мы будем следить за ним и, если появится возможность, мы можем пересмотреть свое решение. Но на этом этапе , Я не ожидал бы большой активности с нашей стороны на рынке коммерческих экипажей ".
- ^ «Прошлые проекты NASA Dryden: подъемные тела, HL-10» . НАСА . 2009-08-14 . Проверено 13 декабря 2014 .
Другие источники
- Макфи, Джон (1973), Дельтовидное тыквенное семя ; ISBN 0-374-51635-9 . (История Aereon , комбинации аэродина и аэростата , также известной как гибридный дирижабль .)
Внешние ссылки
- Информационный бюллетень по подъемным телам (НАСА)
- Технический документ НАСА 3101: Численный анализ и моделирование поля гарантированного обратного потока экипажа в транспортном средстве (математика воздушного потока над подъемным кузовом)
- Коллекции фотографий НАСА из Центра летных исследований Драйдена
- HL-10
- M2-F1
- M2-F2
- M2-F3
- X-24A и X24B
- Краткая история M2-F1
- Немного истории подъема тела полета
- Бескрылый полет: история подъемного тела. NASA History Series SP-4220 1997 PDF