X-15高超声速亚轨道空天飞机的试验情况

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共2357字, 23圖。 預計閱讀:3分鐘

本文是小火箭X-15系列文章的第3篇。

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篇《》, 咱們一起聊了X-15高超聲速飛行器的誕生背景和總體設計。

第2篇《》, 咱們一起分析了X-15高超聲速飛行器的液體火箭發動機。

本篇, 咱們聊一下她的試驗情況。

珍貴

以下, 小火箭和大家一起, 通過好不容易獲得的大量歷史珍貴照片, 來回顧X-15技術驗證機的發展史吧!

相較于大家的熱情和支持, 探尋和考據過程的艱辛, 算不得什么。


一架X-15技術驗證機吊裝在一架由B-52轟炸機改裝而來的NB-52B的右側機翼內側起飛。


有關NB-52B載機, 詳見小火箭的公號報告《追夢者:冷戰空天戰斗機技術逐夢私人航天》。

一如她的名字, NB-52B的確是比較牛的一款飛機了。 在整個空天飛行器和高超聲速飛行器的發展項目中, 該機把多款飛行器送入了高空。


從NB-52B載機拍攝的掛載在右側機翼下方的一架X-15技術驗證機。

注意, 她旁邊有一架伴飛機, 型號應該是F-100。

有關伴飛試驗的傳統, 詳見小火箭的公號報告《她是宇航員的搖籃, 是太空傳奇的見證者》《諸神的黃昏:世界上飛行速度最快的戰略轟炸機傳奇》。


X-15技術驗證機從NB-52B載機上脫離的瞬間。


世界上飛行速度最快的戰略轟炸機XB-70與當時世界上飛行速度最快的技術驗證機X-15的合影。 有關該轟炸機, 詳見小火箭的公號報告《諸神的黃昏:世界上飛行速度最快的戰略轟炸機傳奇》。


掛在B-52模型飛機機翼下方的X-15模型(1:12), 在蘭利7英尺×10英尺風洞中, 進行空氣動力擾動和自由釋放試驗。攝于1957年。


在蘭利實驗室的4英尺×4英尺高超聲速風洞中進行空氣動力學試驗的X-15技術驗證機的縮比模型。

我們可以比較清晰地看到附體斜激波的曼妙身姿。


NB-52B載機掛載X-15技術驗證機升空。注意,其機腹下方有一架伴飛的T-38教練機。有關該機的分析,詳見小火箭的公號報告《她是宇航員的搖籃,是太空傳奇的見證者》。(公眾號平臺的話,直接點擊書名號內的藍色文字就能進入閱讀。)


X-15技術驗證機的試飛員們。


一位美國空軍軍官正在努力做著推桿、拉桿和蹬腳的動作,并且在高懸的工字鋼梁上,小心翼翼地保持著平衡。

他正在操縱的,正是X-15技術驗證機的模擬器。

即使是空軍里非常優秀的戰斗機飛行員,也需要在這臺模擬器上進行3個月的高強度訓練才能駕馭X-15這匹動力十足的野馬。

噢,對了,差點兒忘了說。

上圖這位被遴選出來駕駛X-15技術驗證機的飛行員,叫做尼爾,全名尼爾·阿姆斯特朗。

上圖攝于1956年10月8日,此時X-15技術驗證機還未實現首飛。

模擬器這么簡陋?

沒辦法,那個時代,沒有大規模集成電路,能夠實現對高超聲速飛行狀態下的姿態控制的簡易模擬已經是非常了不起的進步了。

我們不妨去看看為了實現阿姆斯特朗的這個簡陋的模擬器的計算,當時動用了怎樣的設備:


小火箭只能說:這布線,充分表達了當時工程師的心情!

十三年后,在1969年協調世界時7月20日20點18分04秒,阿姆斯特朗帶著全人類的夢想,踏上了月球的土地。

嗯,我的一小步,人類的一大步。


阿姆斯特朗身穿早期的宇航服的照片。

小火箭每當吃一些用錫紙包裹的美味佳肴的時候,總是會想起這張照片。

七十年前,這樣的裝束,代表了人類進入太空和奔向月亮的尖端科技;

七十年后,這樣的打扮,讓小火箭想到了美食,總想代表月亮消滅之。

[手動饞嘴表情]





這一小步邁出之前,X-15技術驗證機做出了貢獻,訓練了出了人類第一批宇航員。

小火箭注:上圖這個腳印是和阿姆斯特朗乘坐同一艘飛船登陸月球的巴茲·奧爾德林博士的腳印,是人類踩在月球上的第二人的腳印。


后來,X-15的模擬器有了很大的進步。

上圖這臺模擬器,擁有了側向推力姿態控制系統。

過氧化氫分解后的高壓氣體被通向X-15等比例模型的翼尖處。阿姆斯特朗能夠通過控制閥門大小來改變氣流大小,從而模擬和練習對X-15的滾轉角和滾轉角速度的控制。

這套設備,或許是飛行模擬發燒友和坎巴拉太空計劃熱愛者夢想中的套裝吧!


尼爾·阿姆斯特朗坐在X-15技術驗證機的駕駛艙里與工程師們聊天。

注意X-15的駕駛艙蓋的設計。這種細桿支撐機構,如今在很多發動機前置的家用轎車和越野車上依然很常見(用于發動機蓋的支撐)。


尼爾·阿姆斯特朗成功完成第二次X-15技術驗證機的飛行后,與該機的親密合影。

當然,小火箭風格的注釋應該是這樣的:


經小火箭考證,該照片攝于1960年12月9日中午,此時的阿姆斯特朗,時年30歲。在2個月前,他剛剛從海軍航空兵洛斯·阿拉米托斯基地離職,結束了在那里的八年生活。

而在一個多星期以前,在1960年11月30日,阿姆斯特朗第一次駕駛X-15技術驗證機飛上藍天。

這是阿姆斯特朗第二次駕駛X-15技術驗證機。

為什么這第二次駕駛要專門拍合影呢?

因為這是X-15技術驗證機首次采用先進空氣動力學數據采集設備。這個帶有伺服機構的球頭能夠較為精確地測量空速矢量,在高速飛行狀態下比空速管要好用得多。

另外注意上圖X-15尾部的地面。她雖然有一個前起落架,但是并沒有帶輪的主起落架。取而代之的是兩個滑撬。采用火箭發動機的X-15,為保證足夠大的噴管擴張比和足夠小的波阻,根本就沒有空間來容納主起落架機輪,只好采用滑撬。

上圖,兩根滑撬在干涸的湖床上劃出兩道長長的印記,與千年以前的古羅馬戰車如出一轍。


為了讓大家更好地看清楚X-15的機頭和前起落架的設計,小火箭專門又去探究相關的留存影像。

終于,我發現,當天尼爾·阿姆斯特朗其實拍了兩張照片。一張在飛機前,一張在飛機后。

上圖這張珍貴的照片恰好清晰地展示了X-15的雙輪前起落架、量測球頭、由過氧化氫分解后的氣體來驅動的姿態控制火箭發動機。


這是老款X-15(帶空速管)在干涸湖床上借助尾部滑撬進行著陸的瞬間。

這個速度有多快呢?

答:小火箭找到了當時的表速,為200英里/小時,也就是321.9公里/小時

即使是這個速度,也還是需要X-15保持一個非常大的攻角。因為她的展弦比實在太小了。


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進行空氣動力擾動和自由釋放試驗。攝于1957年。


在蘭利實驗室的4英尺×4英尺高超聲速風洞中進行空氣動力學試驗的X-15技術驗證機的縮比模型。

我們可以比較清晰地看到附體斜激波的曼妙身姿。


NB-52B載機掛載X-15技術驗證機升空。注意,其機腹下方有一架伴飛的T-38教練機。有關該機的分析,詳見小火箭的公號報告《她是宇航員的搖籃,是太空傳奇的見證者》。(公眾號平臺的話,直接點擊書名號內的藍色文字就能進入閱讀。)


X-15技術驗證機的試飛員們。


一位美國空軍軍官正在努力做著推桿、拉桿和蹬腳的動作,并且在高懸的工字鋼梁上,小心翼翼地保持著平衡。

他正在操縱的,正是X-15技術驗證機的模擬器。

即使是空軍里非常優秀的戰斗機飛行員,也需要在這臺模擬器上進行3個月的高強度訓練才能駕馭X-15這匹動力十足的野馬。

噢,對了,差點兒忘了說。

上圖這位被遴選出來駕駛X-15技術驗證機的飛行員,叫做尼爾,全名尼爾·阿姆斯特朗。

上圖攝于1956年10月8日,此時X-15技術驗證機還未實現首飛。

模擬器這么簡陋?

沒辦法,那個時代,沒有大規模集成電路,能夠實現對高超聲速飛行狀態下的姿態控制的簡易模擬已經是非常了不起的進步了。

我們不妨去看看為了實現阿姆斯特朗的這個簡陋的模擬器的計算,當時動用了怎樣的設備:


小火箭只能說:這布線,充分表達了當時工程師的心情!

十三年后,在1969年協調世界時7月20日20點18分04秒,阿姆斯特朗帶著全人類的夢想,踏上了月球的土地。

嗯,我的一小步,人類的一大步。


阿姆斯特朗身穿早期的宇航服的照片。

小火箭每當吃一些用錫紙包裹的美味佳肴的時候,總是會想起這張照片。

七十年前,這樣的裝束,代表了人類進入太空和奔向月亮的尖端科技;

七十年后,這樣的打扮,讓小火箭想到了美食,總想代表月亮消滅之。

[手動饞嘴表情]





這一小步邁出之前,X-15技術驗證機做出了貢獻,訓練了出了人類第一批宇航員。

小火箭注:上圖這個腳印是和阿姆斯特朗乘坐同一艘飛船登陸月球的巴茲·奧爾德林博士的腳印,是人類踩在月球上的第二人的腳印。


后來,X-15的模擬器有了很大的進步。

上圖這臺模擬器,擁有了側向推力姿態控制系統。

過氧化氫分解后的高壓氣體被通向X-15等比例模型的翼尖處。阿姆斯特朗能夠通過控制閥門大小來改變氣流大小,從而模擬和練習對X-15的滾轉角和滾轉角速度的控制。

這套設備,或許是飛行模擬發燒友和坎巴拉太空計劃熱愛者夢想中的套裝吧!


尼爾·阿姆斯特朗坐在X-15技術驗證機的駕駛艙里與工程師們聊天。

注意X-15的駕駛艙蓋的設計。這種細桿支撐機構,如今在很多發動機前置的家用轎車和越野車上依然很常見(用于發動機蓋的支撐)。


尼爾·阿姆斯特朗成功完成第二次X-15技術驗證機的飛行后,與該機的親密合影。

當然,小火箭風格的注釋應該是這樣的:


經小火箭考證,該照片攝于1960年12月9日中午,此時的阿姆斯特朗,時年30歲。在2個月前,他剛剛從海軍航空兵洛斯·阿拉米托斯基地離職,結束了在那里的八年生活。

而在一個多星期以前,在1960年11月30日,阿姆斯特朗第一次駕駛X-15技術驗證機飛上藍天。

這是阿姆斯特朗第二次駕駛X-15技術驗證機。

為什么這第二次駕駛要專門拍合影呢?

因為這是X-15技術驗證機首次采用先進空氣動力學數據采集設備。這個帶有伺服機構的球頭能夠較為精確地測量空速矢量,在高速飛行狀態下比空速管要好用得多。

另外注意上圖X-15尾部的地面。她雖然有一個前起落架,但是并沒有帶輪的主起落架。取而代之的是兩個滑撬。采用火箭發動機的X-15,為保證足夠大的噴管擴張比和足夠小的波阻,根本就沒有空間來容納主起落架機輪,只好采用滑撬。

上圖,兩根滑撬在干涸的湖床上劃出兩道長長的印記,與千年以前的古羅馬戰車如出一轍。


為了讓大家更好地看清楚X-15的機頭和前起落架的設計,小火箭專門又去探究相關的留存影像。

終于,我發現,當天尼爾·阿姆斯特朗其實拍了兩張照片。一張在飛機前,一張在飛機后。

上圖這張珍貴的照片恰好清晰地展示了X-15的雙輪前起落架、量測球頭、由過氧化氫分解后的氣體來驅動的姿態控制火箭發動機。


這是老款X-15(帶空速管)在干涸湖床上借助尾部滑撬進行著陸的瞬間。

這個速度有多快呢?

答:小火箭找到了當時的表速,為200英里/小時,也就是321.9公里/小時

即使是這個速度,也還是需要X-15保持一個非常大的攻角。因為她的展弦比實在太小了。


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