诞生背景与总体设计:X-15高超声速亚轨道空天飞机

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共2085字, 25圖。 預計閱讀:3分鐘

本文是小火箭X-15系列文章的第1篇, 同時也是小火箭亞軌道高超聲速飛行器的第3個系列。

該系列, 小火箭將會用5篇文章, 詳細分析X-15高超聲速亞軌道空天飛機的誕生背景、總體設計、發動機、試驗試飛情況和取得的科研成果以及對如今太空科技的深遠影響。




第1系列《》中, 小火箭和大家共同回顧了人類首次亞軌道飛行與謝潑德宇航員、馮·布勞恩博士的往事。


第2系列《》中, 咱們詳細探討了藍色起源公司的新謝潑德火箭。


本系列, 小火箭決定和大家一起, 暢聊X-15, 這款首次實現人類可重復使用亞軌道飛行的空天飛行器!

背景


X項目, 是美國的科學研究和技術探索系列驗證飛行器的代號。 自公元1946年1月19日首飛的X-1驗證機在后來的飛行中一舉突破聲障以來, X項目就開始備受全球工程技術人員和熱愛飛行器的人們的強烈關注。





如今, 從X-1到X-57(2016年首飛), 這57款飛行器讓整個X項目成為人類技術發展史上罕有的從未斷號的前沿研制項目。


這其中, 除了首次突破聲障的X-1之外, 最為有名的或許就是飛入太空的X-15了!



另外一款X項目飛行器也比較有名,那就是整個X項目中,迄今為止,唯一一款實現較大批量生產(截止到2018年8月下旬,該機A、B、C三個亞型的總產量以達309架)的型號X-35,也就是如今以F-35為名入役的多用途戰斗機。

上上圖為X-35技術驗證機在加利福尼亞上空飛行的場景。

上圖為一架量產型F-35A戰斗機在埃格林空軍基地滑行的場景。

這個咱們以后詳細說。

誕生


在1954年的12月份,當時的工程師們決定啟動X-15驗證機的原因比較直接:

為人類的高超聲速飛行器和進入太空的新型飛行器積累技術

整個項目,整體進展順利,最終為水星載人航天計劃、雙子座增強型載人航天計劃、阿波羅載人登月計劃、航天飛機計劃和如今火得一塌糊涂的高超聲速飛行器、商業航天可重復使用技術提供了可靠的技術支持。


推動美國空天戰斗機項目的其中一個重要的工程師就是瓦爾特·多恩伯格

上圖為多恩伯格和馮·布勞恩等德國工程師被盟軍俘虜時的照片。(前排左邊,頭戴禮帽、左手拿煙、右手插兜、淡定微笑的那個,就是多恩伯格。前排中間左手打著石膏的是馮·布勞恩。)


1945年,被盟軍俘虜后,囚禁在英國監獄。1947年,美國設法將其從英國帶出,并直接帶到美國空軍的實驗室參與研究工作。上圖為X-20空天戰斗機。

瓦爾特·多恩伯格是現代火箭武器的開拓者之一。他畢業于柏林工業大學,后來進入庫默斯多夫實驗室研制火箭。二戰期間被調入佩內明德,成為V-1導彈和V-2導彈的核心研發人員。

1950年起,開始擔任貝爾公司高級顧問,先擔任了X-15空天飛行器的提出者和首席顧問,后任X-20空天戰斗機驗證機首席科學家。后來,他得以返回德國老家。

在1954年,多恩伯格正式向美國航空咨詢委員會NACA(美國宇航局NASA的前身)提出了研制高超聲速技術驗證機的建議。

同年12月,該建議被采納,并且高層承諾給予多恩伯格所需的一切資源。

當月,美國空軍、美國海軍、北美航空公司這三家單位各自派出得力干將(后來美國海軍退出,延續了空軍項目海軍不買賬的傳統),接受多恩伯格領導,成立了高超聲速驗證機小組,代號:X-15。



博士的建議非常明確:

借助現代火箭動力或者處于技術前沿的吸氣式沖壓發動機動力,將一種極小展弦比的外形酷似飛機的飛行器的速度加速到馬赫數5以上,并借此來挑戰和摸索一種進入太空的可能性。

上圖這幅藝術家的作品,展示了X-15技術驗證機的概念,除機頭斜激波角度略小之外,可以說是給出了X-15飛行狀態和應用場景的良好表述。

總體


公元1959年6月8日,X-15技術驗證機首飛成功!

自多恩伯格提出建議,到該驗證機首飛成功,歷時4年半,或者更精確地說是1642天。

該機總長15.5米,翼展6.8米,機高4.1米。


考慮到X-15技術驗證機的產量極小,只有3架,而且露面機會很少。前人的介紹也大多從飛行記錄的層面平鋪直述,難以形成直觀印象。



小火箭思考再三,終于想到了一個能夠和大家一起對X-15的尺寸和性能立刻產生直觀感受方法:

拿X-15技術驗證機與米格-21戰斗機進行對比。

我之所以選米格-21(Mig-21),有四個原因:

第一:米格-21與X-15誕生于同一時代,都是在1959年實現首飛的;

第二:米格-21與X-15的外形尺寸極其相近;

第三:米格-21系列的產量很大,蘇聯原版產量10645架,中國殲-7系列產量2400架以上,印度仿制版657架,捷克斯洛伐克的歐版194架,屬于咱們這一代人經常能夠見到的飛行器。

第四:米格-21系列可謂是和我們非常親近。小火箭本人在較為年輕的時候,在2003年9月,親眼見證了楊村機場的八一飛行表演隊為紀念人類首次飛行一百周年進行的精彩表演,在整整15年后,小火箭對當年剛剛換裝的殲-7EB印象依然十分深刻。


由以上小火箭制作的表格,可以發現:

X-15技術驗證機與米格-21戰斗機機高相同,機長比米格-21略短(98%),翼展略小(95%)。

X-15的航程為米格-21的31%,最大飛行速度是米格-21的5.6倍,最大飛行高度是米格-21的5.68倍。



相信此時大家對X-15應該有一個比較直觀的印象了。

上圖為美國空軍試飛員米歇爾·亞當斯少校,人類第一位坐在有翼飛行器里進入太空的人,之前未在任何一個宇航機構供職但成為宇航員的人。

版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。

微信號:小火箭

微信ID:ixiaohuojian

歡迎 加入小火箭 ,進入航空航天大家庭!


另外一款X項目飛行器也比較有名,那就是整個X項目中,迄今為止,唯一一款實現較大批量生產(截止到2018年8月下旬,該機A、B、C三個亞型的總產量以達309架)的型號X-35,也就是如今以F-35為名入役的多用途戰斗機。

上上圖為X-35技術驗證機在加利福尼亞上空飛行的場景。

上圖為一架量產型F-35A戰斗機在埃格林空軍基地滑行的場景。

這個咱們以后詳細說。

誕生


在1954年的12月份,當時的工程師們決定啟動X-15驗證機的原因比較直接:

為人類的高超聲速飛行器和進入太空的新型飛行器積累技術

整個項目,整體進展順利,最終為水星載人航天計劃、雙子座增強型載人航天計劃、阿波羅載人登月計劃、航天飛機計劃和如今火得一塌糊涂的高超聲速飛行器、商業航天可重復使用技術提供了可靠的技術支持。


推動美國空天戰斗機項目的其中一個重要的工程師就是瓦爾特·多恩伯格

上圖為多恩伯格和馮·布勞恩等德國工程師被盟軍俘虜時的照片。(前排左邊,頭戴禮帽、左手拿煙、右手插兜、淡定微笑的那個,就是多恩伯格。前排中間左手打著石膏的是馮·布勞恩。)


1945年,被盟軍俘虜后,囚禁在英國監獄。1947年,美國設法將其從英國帶出,并直接帶到美國空軍的實驗室參與研究工作。上圖為X-20空天戰斗機。

瓦爾特·多恩伯格是現代火箭武器的開拓者之一。他畢業于柏林工業大學,后來進入庫默斯多夫實驗室研制火箭。二戰期間被調入佩內明德,成為V-1導彈和V-2導彈的核心研發人員。

1950年起,開始擔任貝爾公司高級顧問,先擔任了X-15空天飛行器的提出者和首席顧問,后任X-20空天戰斗機驗證機首席科學家。后來,他得以返回德國老家。

在1954年,多恩伯格正式向美國航空咨詢委員會NACA(美國宇航局NASA的前身)提出了研制高超聲速技術驗證機的建議。

同年12月,該建議被采納,并且高層承諾給予多恩伯格所需的一切資源。

當月,美國空軍、美國海軍、北美航空公司這三家單位各自派出得力干將(后來美國海軍退出,延續了空軍項目海軍不買賬的傳統),接受多恩伯格領導,成立了高超聲速驗證機小組,代號:X-15。



博士的建議非常明確:

借助現代火箭動力或者處于技術前沿的吸氣式沖壓發動機動力,將一種極小展弦比的外形酷似飛機的飛行器的速度加速到馬赫數5以上,并借此來挑戰和摸索一種進入太空的可能性。

上圖這幅藝術家的作品,展示了X-15技術驗證機的概念,除機頭斜激波角度略小之外,可以說是給出了X-15飛行狀態和應用場景的良好表述。

總體


公元1959年6月8日,X-15技術驗證機首飛成功!

自多恩伯格提出建議,到該驗證機首飛成功,歷時4年半,或者更精確地說是1642天。

該機總長15.5米,翼展6.8米,機高4.1米。


考慮到X-15技術驗證機的產量極小,只有3架,而且露面機會很少。前人的介紹也大多從飛行記錄的層面平鋪直述,難以形成直觀印象。



小火箭思考再三,終于想到了一個能夠和大家一起對X-15的尺寸和性能立刻產生直觀感受方法:

拿X-15技術驗證機與米格-21戰斗機進行對比。

我之所以選米格-21(Mig-21),有四個原因:

第一:米格-21與X-15誕生于同一時代,都是在1959年實現首飛的;

第二:米格-21與X-15的外形尺寸極其相近;

第三:米格-21系列的產量很大,蘇聯原版產量10645架,中國殲-7系列產量2400架以上,印度仿制版657架,捷克斯洛伐克的歐版194架,屬于咱們這一代人經常能夠見到的飛行器。

第四:米格-21系列可謂是和我們非常親近。小火箭本人在較為年輕的時候,在2003年9月,親眼見證了楊村機場的八一飛行表演隊為紀念人類首次飛行一百周年進行的精彩表演,在整整15年后,小火箭對當年剛剛換裝的殲-7EB印象依然十分深刻。


由以上小火箭制作的表格,可以發現:

X-15技術驗證機與米格-21戰斗機機高相同,機長比米格-21略短(98%),翼展略小(95%)。

X-15的航程為米格-21的31%,最大飛行速度是米格-21的5.6倍,最大飛行高度是米格-21的5.68倍。



相信此時大家對X-15應該有一個比較直觀的印象了。

上圖為美國空軍試飛員米歇爾·亞當斯少校,人類第一位坐在有翼飛行器里進入太空的人,之前未在任何一個宇航機構供職但成為宇航員的人。

版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。

微信號:小火箭

微信ID:ixiaohuojian

歡迎 加入小火箭 ,進入航空航天大家庭!

点击关闭