创造人类飞行高度和速度纪录的X-15高超声速空天飞机

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共2675字, 23圖。 預計閱讀:3分鐘

本文是小火箭X-15系列文章的第5篇, 也就是完結篇。

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。

第3篇《》。

第4篇《》, X-15的成功與失敗的多次試飛情況被還原呈現。

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。

本篇, 是小火箭X-15高超聲速飛行器系列文章的完結篇。


羅伯特·拉什沃思, X-15試飛員。

他是一個精力充沛, 不知疲倦的人, 總共執飛了34次X-15的試飛任務, 是所有試飛員里次數最多的。


在二戰期間, 羅伯特是C-47運輸機的飛行員, 多次執飛駝峰航線, 為抗日戰爭期間的中國運輸急需的戰略物資。

駝峰航線:1941年12月, 太平洋戰爭爆發后, 美國參與對日本的作戰。 中國抗日戰爭進入白熱化階段。 1942年5月, 日軍為進一步封鎖中國, 切斷了滇緬公路這條戰時中國最后一條陸上交通線。

中美兩國被迫在印度東北部的阿薩姆邦和中國云南昆明之間開辟了一條轉運戰略物資的空中通道。 該航線飛越被視為空中禁區的喜馬拉雅山脈。

受螺旋槳飛機性能的限制, 飛機難以直接飛越這條有著世界第三極之稱的地球最高山脈。

飛機只能緊貼山峰飛行, 因而飛行軌跡高低起伏狀似駝峰, 故此得名。

羅伯特·拉什沃思在二戰結束后, 很快就加入了軍方的各種挑戰極限高度的飛行項目。

在X-15的試飛過程中, 羅伯特多次駕駛飛行器進入太空。

羅伯特對人類航空航天技術發展的影響還是比較大的, 他直接發起倡議或者深度參與的項目有:F-5戰斗機、A-10攻擊機、C-5戰略運輸機、F-15戰斗機、F-16戰斗機以及B-1轟炸機。 后來, 他以空軍少將的軍銜退役。


這張照片, 是X-15著陸后不久拍攝的。 注意其垂直尾翼后部的減速板設計。 這是罕有的能夠看到X-15減速板張開狀態的照片。


這是什么情況?雙發X-15?

嗯, 是雙發的。 這是早期的原型機。 當時, 反應發動機公司的XLR-99火箭發動機還沒能交付。 等不及的北美航空公司采購了兩臺XLR-11火箭發動機(首次突破聲障的貝爾X-1技術驗證機同款), 先這樣以一上一下的布局方式裝上, 準備飛一飛試試看。

單臺XLR-11火箭發動機的推力為3.67噸, 并聯兩臺就是接近7.34噸。 相當于XLR-99火箭發動機推力的30%左右, 剛好是X-15維持高空巡航狀態所需的推力大小。


一臺拖拉機正在把雙發版的X-15技術驗證機拖到北美航空的測試場。

其實, 采用兩臺XLR-11火箭發動機的減推版本的X-15已經不可小覷了。 按設計指標, 其最大飛行速度可以達到Ma 3。


這張照片的寓意非常明顯:

X-15創造了世界飛行速度紀錄, 一騎絕塵之后, 后來者難以望其項背。 而先驅者們, 則調皮地把頭盔反戴, 回望和鼓勵追隨者與挑戰者。


HL-10升力體驗證機與X-15技術驗證機的合影。

有關HL-10的傳奇,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》。很多在2017年以后才開始關注小火箭的好友,錯過了小火箭好幾個季的經典火箭與飛船系列,因此在提議小火箭分析相關型號之前,請先閱覽歷史報告,以免重復建議。


自1958年美國宇航局NASA成立以來,到上世紀90年代,5大重點科研型號的合影。

上圖從左到右,依次為:北美航空的X-15、大名鼎鼎的F-18B和SR-71A、洛克威爾的X-31、格魯曼的X-29。


白色版X-15,正式編號:X-15 A2。

整機外表被一層燒蝕白色涂層覆蓋,用以在大氣層內突破6倍聲速時的防熱。


改進后的XLR-99RM2火箭發動機,可靠性更高。

考慮到液氧/液氨燃料組合不易點燃的特性,新版本的發動機提供了乙炔引燃技術。該技術廣受試飛員的好評。


X-15 A2 配備了兩個碩大的副油箱。

注意,該機在短尾鰭下方,吊掛了一臺沖壓發動機。

原本設想是讓X-15在高空實現高超聲速飛行之后,由沖壓發動機接力工作,實現長時間高超聲速巡航飛行。

不過,當時人類工程師對超燃沖壓的技術難度估計不足,發動機難以在超燃狀態下穩定工作,試驗也就作罷。(實際上,沖壓發動機的安裝架也未能抵住高超聲速的熱流侵襲。)

結束語



X-15項目為航天飛機的順利誕生奠定了技術基礎。上上圖是X-15機鼻姿態控制系統的特寫,上圖是在太空執行任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機。可以看到,在機鼻設置姿態控制發動機的做法在太空中得到了實際應用。



XLR-99火箭發動機也為工程師積累了大量有關液體火箭發動機重復使用的經驗。(共產生765份高價值技術報告。)

整個X-15項目,研制了5架飛機:

3架X-15,2架NB-52載機。

這3架X-15技術驗證機,從1959年6月到1968年10月,這將近10年的時間里,共進行了199次有動力的飛行。

其中,

X-15 A1,也就是X-15的原型機,進行了 82次飛行;

X-15 A2 ,進行了 53次飛行;

X-15 A3,進行了64次飛行。


兩架載機,第一架NB-52A,在1969年10月份早早地退役了。

而第二架NB-52B,則一直服役到了2004年的11月份,服役期長達45年。



這3架X-15技術驗證機,第1架,留存于世,現保存在美國國家航空航天博物館。見上圖和上上圖。



第2架,在褪去白色防熱涂裝后,涂上了原本設計用于量產型高超聲速戰斗機的涂裝,帶著兩個碩大的副油箱,現存于美國空軍博物館。

鈦合金與鎳鉻合金的外殼,訴說著往昔的榮耀。

第3架,在1967年11月15日,隨米歇爾少校墜毀于內華達荒漠。


在199次試飛過程中,X-15技術驗證機為人類積累了有關火箭動力、高超聲速飛行的氣動加熱與飛行控制、再入稠密大氣的制導與控制、高空姿態控制、復雜系統的人因因素等寶貴的技術和知識。

上圖為X-15技術驗證機的典型彈道。

兩項當時的世界紀錄,值得后人銘記:

7274公里/小時,也就是2.021公里/秒,Ma 6.70的高超聲速飛行速度紀錄。

(創造于1967年10月3日)

107.8公里,當時的可重復使用的飛行器的飛行高度紀錄。即使是按照今天的標準,她也是沖出卡門線,進入了太空的飛行器。

(創造于1963年8月22日)



全文結束!感謝大家!

期待大家能夠從小火箭這里,體會到技術與藝術的美感。

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。

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自1958年美國宇航局NASA成立以來,到上世紀90年代,5大重點科研型號的合影。

上圖從左到右,依次為:北美航空的X-15、大名鼎鼎的F-18B和SR-71A、洛克威爾的X-31、格魯曼的X-29。


白色版X-15,正式編號:X-15 A2。

整機外表被一層燒蝕白色涂層覆蓋,用以在大氣層內突破6倍聲速時的防熱。


改進后的XLR-99RM2火箭發動機,可靠性更高。

考慮到液氧/液氨燃料組合不易點燃的特性,新版本的發動機提供了乙炔引燃技術。該技術廣受試飛員的好評。


X-15 A2 配備了兩個碩大的副油箱。

注意,該機在短尾鰭下方,吊掛了一臺沖壓發動機。

原本設想是讓X-15在高空實現高超聲速飛行之后,由沖壓發動機接力工作,實現長時間高超聲速巡航飛行。

不過,當時人類工程師對超燃沖壓的技術難度估計不足,發動機難以在超燃狀態下穩定工作,試驗也就作罷。(實際上,沖壓發動機的安裝架也未能抵住高超聲速的熱流侵襲。)

結束語



X-15項目為航天飛機的順利誕生奠定了技術基礎。上上圖是X-15機鼻姿態控制系統的特寫,上圖是在太空執行任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機。可以看到,在機鼻設置姿態控制發動機的做法在太空中得到了實際應用。



XLR-99火箭發動機也為工程師積累了大量有關液體火箭發動機重復使用的經驗。(共產生765份高價值技術報告。)

整個X-15項目,研制了5架飛機:

3架X-15,2架NB-52載機。

這3架X-15技術驗證機,從1959年6月到1968年10月,這將近10年的時間里,共進行了199次有動力的飛行。

其中,

X-15 A1,也就是X-15的原型機,進行了 82次飛行;

X-15 A2 ,進行了 53次飛行;

X-15 A3,進行了64次飛行。


兩架載機,第一架NB-52A,在1969年10月份早早地退役了。

而第二架NB-52B,則一直服役到了2004年的11月份,服役期長達45年。



這3架X-15技術驗證機,第1架,留存于世,現保存在美國國家航空航天博物館。見上圖和上上圖。



第2架,在褪去白色防熱涂裝后,涂上了原本設計用于量產型高超聲速戰斗機的涂裝,帶著兩個碩大的副油箱,現存于美國空軍博物館。

鈦合金與鎳鉻合金的外殼,訴說著往昔的榮耀。

第3架,在1967年11月15日,隨米歇爾少校墜毀于內華達荒漠。


在199次試飛過程中,X-15技術驗證機為人類積累了有關火箭動力、高超聲速飛行的氣動加熱與飛行控制、再入稠密大氣的制導與控制、高空姿態控制、復雜系統的人因因素等寶貴的技術和知識。

上圖為X-15技術驗證機的典型彈道。

兩項當時的世界紀錄,值得后人銘記:

7274公里/小時,也就是2.021公里/秒,Ma 6.70的高超聲速飛行速度紀錄。

(創造于1967年10月3日)

107.8公里,當時的可重復使用的飛行器的飛行高度紀錄。即使是按照今天的標準,她也是沖出卡門線,進入了太空的飛行器。

(創造于1963年8月22日)



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期待大家能夠從小火箭這里,體會到技術與藝術的美感。

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