Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Подъемные кузова X-24A, M2-F3 и HL-10 американского производства

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 в процессе проектирования космического челнока, когда стало ясно, что фюзеляжи высокой формы затрудняют установку топливных баков.

В усовершенствованных концепциях космических самолетов 1990-х и 2000-х годов действительно использовались конструкции 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 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 [ править ]

Подъемное тело было задумано еще в 1917 году, когда оно было описано в патенте Роя Скроггса . [2] Однако на малых скоростях подъемный корпус неэффективен и не входит в стандартную конструкцию самолетов. [ необходима цитата ]

Связанные с космосом исследования подъемных тел возникли из идеи космического корабля, который снова войдет в атмосферу Земли и приземлится, как обычный самолет . После возвращения в атмосферу традиционные капсулы из серий « Меркурий» , « Близнецы» и « Аполлон » практически не контролировали место приземления. Управляемый космический корабль с крыльями может 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. Предлагаемое решение полностью исключило крылья: конструкция самого фюзеляжа обеспечивала подъемную силу.

X-24 компании Martin Aircraft Company, построенный в рамках экспериментальной военной программы США с 1963 по 1975 год.

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 , небольшой ракетный двигательбыл добавлен, чтобы расширить зону посадки. M2-F1 вскоре получил прозвище «Летающая ванна».

В 1963 году НАСА начало программы с более тяжелыми ракетными подъемными тележками, которые будут запускаться в воздух из-под правого крыла самолета NB-52B, производного от реактивного бомбардировщика B-52 . Первые полеты начались в 1966 году. Все подъемные тела Драйдена, 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 порти вертикальные стабилизаторы правого борта наружу и увеличивают центральный. [ необходима цитата ]

Начиная с 1965 года был разработан российский подъемно-транспортное средство Микоян-Гуревич МиГ-105 или ЭПОС (русское сокращение от экспериментального пассажирского орбитального самолета) и произведено несколько испытательных полетов. Работа завершилась в 1978 году, когда усилия переместились на программу « Буран» , тогда 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 на ракете Vega . [6]

Orbital Sciences предложил коммерческий космоплан лифтинг тела в 2010 году [7] Prometheus более подробно описано ниже.

Аэрокосмические приложения [ править ]

Подъемные кузова создают сложные проблемы управления, конструкции и внутренней конфигурации. Подъемные тела в конечном итоге были отклонены 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 высокой скоростью снижения, использовались 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, чтобы обеспечить скорость захода на посадку и расстояние крена, необходимые космическим кораблям. В мире существует несколько аэропортов, которые могут поддерживать или быть модифицированы для поддержки этого типа требований. Следовательно,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 оборонных 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 военных. [ 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 наилучший 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 первая ступень развертывает 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 плавучей посадочной платформе или наземной посадочной площадке . [9]

Подъемный корпус самолета сегодня [ править ]

Сон Чейзер является Crewed суборбитальных и орбитальное [10] вертикального взлета, посадки горизонтальной (VTHL) подъема тела космоплан разрабатывается Sierra Nevada Corporation (SNC). Планируется, что Dream Chaser сможет перевозить 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 [ править ]

Burnelli General Airborne Transport XCG-16, самолет с подъемным кузовом (1944 г.)

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 формы аэродинамического профиля, 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 гонки. [12] Винсент Бернеллиразработал несколько самолетов между 1920-ми и 1950-ми годами, в которых использовался подъемник 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 устроил имитацию воздушного боя со Skyhawks в учебных целях возле 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 назад, пилот понял, что произошло: крыло было полностью оторвано от самолета, и он приземлил самолет только с одним крылом. Спустя несколько месяцев поврежденный F-15 получил новое крыло и вернулся к боевой работе в эскадрилье. Инженеры McDonnell Douglas с трудом поверили в историю о приземлении с одного крыла:что касается их моделей планирования, это было невозможно.[13]


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. [14]Первоначальная конструкция должна была иметь экипаж из 4 человек, но могла перевозить до 6 человек или комбинацию экипажа и груза. Помимо Orbital Sciences, в консорциум, стоящий за предложением, вошли Northrop Grumman , которая должна была построить космический самолет, и United Launch Alliance , которая предоставила бы ракету-носитель. [15] 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. [16]

Принципы конструкции подъемных тел используются также при постройке гибридных дирижаблей .

Список подъемных тележек Центра Лётных Исследований Армстронга (с 1963 по 1975) [ править ]

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 [ править ]

ПилотM2-F1M2-F2HL-10
Мод HL-10		M2-F3Х-24АХ-24БОбщий
Милтон О. Томпсон455-----50
Брюс Петерсон1731----21 [ необходима ссылка ]
Чак Йегер5------5
Дональд Л. Маллик2------2 [ необходима ссылка ]
Джеймс В. Вуд*------*
Дональд М. Сорли53-----8
Уильям Х. Дана1--919-231 [ необходима ссылка ]
Джераулд Р. Джентри25-9113-30 [ необходима ссылка ]
Фред Хайз*------*
Джо Энгл*------*
Джон А. Манк---104121642
Питер К. Хоаг---8---8
Сесил В. Пауэлл----33-6
Майкл В. Лав------1212
Эйнар К. Эневольдсон------22
Фрэнсис Скоби------22
Томас С. Макмертри------22
ОБЩИЙ771637 [17]36272836221 [ необходима ссылка ]
* Вуд , Хейз и Энгл совершили один наземный полет M2-F1 на буксируемой машине.

Популярная культура [ править ]

Самолет с подъемным кузовом Wainfan Facetmobile FMX-4 , сфотографирован сверху в полете

Поднимающиеся тела появлялись в некоторых научно-фантастических произведениях, в том числе в фильме « Заброшенные» и в космическом корабле Джона Крайтона «Фарскейп-1» в сериале « Фарскейп» . Channel Discovery телесериал высказал гипотезу с помощью грузоподъемного тела , чтобы доставить зонд в отдаленных земле , как планеты в компьютерной анимации чужой планеты . Доппельгангер Джерри Андерсона 1969 года использовал спускаемый / подъемный 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»). вМодифицированный X-24A -компьютерная игра Race Into Space Базза Олдрина - становится альтернативным космическим кораблем, способным работать на Луне, который игрок может выбрать вместокапсулы Gemini или Apollo .

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 своего самолета-носителя - модифицированного B-52 - и M2-F2, пилотируемого Брюсом Петерсоном , который разбился и резко упал на взлетно-посадочную полосу с высохшим дном озера Эдвардс. Причина аварии была объяснена началом голландского крена из-за нестабильности управления, вызванной отрывом потока. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Мартин Х-23 ПРАЙМ
  • БОР-4
  • Клипер
  • Система запуска персонала HL-20
  • Dream Chaser (космический корабль)
  • Space Rider (космический корабль)
  • Прометей (космический корабль)
  • Facetmobile
  • Смешанный корпус крыла
  • Летающее крыло
  • ГОРЧИЦА
  • 1953 г. 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


Ссылки [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Бюллетень ЕКА 161 (1-й квартал 2015 г.)" (PDF) . ЕКА . 2015. стр. 23. ISSN  0376-4265 . Дата обращения 30 мая 2015 .
  2. ^ Патент США 1,250,033 .
  3. ^ а б «Бескрылый полет: история подъемного тела» . НАСА . 1997-01-01 . Проверено 13 декабря 2014 .
  4. ^ Классический Понтиак и НАСА
  5. ^ Информационный бюллетень NASA Dryden - подъемные тела
  6. ^ "Европейский мини-космический челнок возвращается" . BBC News . 11 февраля 2015 . Проверено 12 февраля 2015 года .
  7. ^ a b «Форма грядущих событий - космический самолет Orbital Prometheus ™, готовый для Инициативы НАСА по созданию коммерческих экипажей» (PDF) .
  8. ^ «Почему и как приземлялись ракеты» . SpaceX . 25 июня 2015 . Проверено 14 января +2016 .
  9. ^ "Плавники сетки" . SpaceX . 31 августа 2015 . Проверено 14 января +2016 .
  10. ^ «Новаторы 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.
  11. ^ "Модель Dream Chaser падает в НАСА Драйден - NASA.gov" . НАСА. 17 декабря 2010 . Проверено 29 августа 2012 года .
  12. ^ "Гранвиль Джи Би (серия) Гоночный самолет" . Militayrfactory.com. 8 июня 2009 . Проверено 20 декабря 2011 года .
  13. ^ История Channel-Heavy Metal F-15
  14. ^ Orbital Предлагает Spaceplan астронавтов , Wall Street Journal , 14 декабря 2010, доступ15 декабря 2010.
  15. ^ 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) ».
  16. ^ "Орбиталь может свернуть свои коммерческие усилия экипажа" . 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 данном этапе , Я бы не ожидал большой активности с нашей стороны на рынке коммерческих экипажей ".
  17. ^ «Прошлые проекты NASA Dryden: подъемные тела, HL-10» . НАСА . 2009-08-14 . Проверено 13 декабря 2014 .

Другие источники [ править ]

  • Макфи, Джон (1973), Дельтовидное тыквенное семя ; ISBN 0-374-51635-9 . (История Aereon , комбинации аэродина и аэростата , также известной как гибридный дирижабль .) 

Внешние ссылки [ править ]

  • 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