Каква е най-високата скорост, достигана от самолет?

Какво трябва да се знае за северноамериканския самолет X-15?

За да научим малко повече за този американски ракетен самолет, е интересно да видим защо и как е бил проектиран. Има
и това, което се отнася до първите му полети, но не само това, разгледайте отблизо това, което се отнася до X-15 A2.

Как американците измислиха дизайна му?

През февруари 1954 г. NACA (Национален консултативен комитет по аеронавтика, предшественик на НАСА) определя необходимостта от нов експериментален самолет. Този път става дума за изследователски полети при много висока скорост и много голяма височина. Екип от инженери се заема да изследва решенията на многобройните поставени проблеми (кинетично нагряване, управление на самолета в разредена атмосфера, оптимална аеродинамична конфигурация и т.н.). Те изготвят доклад през април 1954 г., в който се посочва, че няма големи трудности предвид наличните по това време техники.

Стартирането на програмата е одобрено през октомври 1954 г. Финансирането е осигурено 95% от Военновъздушните сили на САЩ и 5% от Военноморските сили на САЩ. Предложението на North American е избрано и през декември 1955 г. е подписана поръчка за построяването на три самолета. Разработката на ракетния двигател е възложена на Reaction Motors през февруари 1956 г., които предлагат гориво, получено от това, използвано в ракетите „Викинг“.

Прототип е представен от North American през декември 1956 г. Строителството на самолета започва в средата на 1957 г., а първият Х-15 излиза от завода на 15 октомври 1958 г. Двигателят XLR99 се забавя много, като първият е доставен през април 1959 г. и минава още около година, преди той да бъде окончателно квалифициран. Междувременно два самолета Boeing B-52 Stratofortress са преоборудвани за носене на X-15 във въздуха (NB-52A и NB-52B). Избрани са бъдещите пилоти и е построен симулатор за тяхното обучение.

Какви са първите полети на X-15?

Първите пъти, когато самолетът е летял в небето, са били предимно експериментални полети. Всеки от тези полети датира от :

• 10 март 1959 г. е първият „пленен“ полет на Х-15 № 1, от който последният остава прикрепен под крилото на транспортния B-52;
• 8 юни 1959 г. е първият полет без използване на двигателите на Х-15 № 1 ;
• 17 септември 1959 г. е първият полет на X-15 № 2, задвижван от два временни двигателя XLR11; 
• 15 ноември 1960 г. е първият полет на X-15  № 2, задвижван от окончателния двигател XLR99.

Тези първоначални изпитания са помрачени от многобройни технически проблеми, които водят до отлагане на планираните полети и дори до спиране на един полет в ход. Въпреки това изпитанията не спират и до края на 1960 г. Х-15 надхвърля Mach 3 и височина 30 000 м.

По-повече за X-15 A2

След провала през ноември 1962 г. е решено да се модифицира X-15 № 2. Това трябваше да го направи способен да достигне скорост от Мах 8.Но също така да го използва като летящ стенд за изпитания на реактивен двигател. След това самолетът е обозначен като X-15A-2.

Искали да постигнат допълнителната скорост, като увеличат времето за работа на ракетния двигател. Това просто изисква априори да се увеличи капацитетът на горивото/изгарянето. За да се постигне това,фюзелажът е удължен и са монтирани два допълнителни външни резервоара (по един от всяка страна на фюзелажа). Тези резервоари първо са изпразнени, а след това са изхвърлени по време на полет и са възстановени.

За да може Х-15 да издържи на по-високи температури от очакваните,е решено да бъде покрит с допълнителен слой изолация, който постепенно да се разпадне по време на полет. Отстрани коремната перка е модифицирана така, че да побира рамджет с диаметър 91 cm. Тъй като вече не ставаше въпрос за катапултиране на долната част по време на полет, просветът трябваше да бъде увеличен.

Накрая бяха монтирани нови отделения за носене на измервателното оборудване. В крайна сметка X-15A-2 тежи с 10 тона повече от X-15. Това налага и сериозно укрепване на шасито.

Този модел има право и на няколко изпитателни цикъла, които се провеждат на: 

• 15 юни 1964 г.: обозначава първия „пленителен“ полет, закачен под крилото на транспортния B-52;
•  25 юни 1964 г: първият реален полет без резервоари и рамджет;
•  17 февруари 1965 г. е първият полет, придружен от нова измервателна апаратура;
• 3 ноември 1965 г. е  първият полет с празни външни резервоари;
•  1ᵉʳ юли 1966 г. е първият полет с напълнени външни резервоари;
•  21 август 1967 г. представлява първият полет с допълнителен изолационен слой.

При първите полети се наблюдават няколко инцидента, дължащи се на шасито, което има склонност да се разгъва по време на полет. Всъщност именно X-15A-2 постига рекорд за скорост, достигайки 7 272,68 км/ч на 3 октомври 1967 г. По време на този полет обаче температурата на повърхността се повишава над очакваните 1 300 °C. Това причинява сериозни повреди на част от корпуса на самолета. Въпреки че North American предава самолета в кондиция, в крайна сметка той никога не се връща във въздуха.

Какво трябва да се знае за самолета на НАСА X-43?

Когато става въпрос за НАСА X-43, за да разберете повече за този модел самолет, първо трябва да знаете какъв точно е неговият тип. Едва след това можем да говорим за неговия дизайн и плана за рекордната скорост от 10 Маха.

Какъв тип е самолетът?

X-43A емалък безпилотен апарат. В профил то е плоско. Този самолет има заострените линии на конструкцията Waverider: дължина 3,65 м, размах на крилата 1,5 м, височина 0,60 м и тегло 1,2 тона. Важно е също така да се отбележи, че този самолет е проектиран на принципа на задвижването „Scramjet“. Принципът на задвижване „scramjet“, който е въображаем от 1918 г., е отбелязан от НАСА като граала на аеронавтичния свят.

Какъв е проблемът, който трябва да бъде решен преди проектирането му?

При конвенционалния двигател въздухът, който влиза в двигателя, се компресира от компресор. След това се смесва с гориво в горивна камера, след което се разширява в турбина, която задвижва компресора, и се изхвърля от двигателя с по-висока скорост, отколкото при влизането му. Въпреки това, тъй като скоростта на движение напред спрямо околната среда се увеличава, охлаждането на въздуха при навлизането му в двигателя генерира компресия. Това води до все по-голямо нагряване на въздуха още преди да е влязъл в компресора.

По механични и топлинни причини температурата във въртящите се части, особено на входа на турбината, е ограничена. За да се запазят тези части, колкото по-висока е скоростта на самолета, толкова по-малко енергия може да се подаде към горивната камера. Това е така, тъй като въздухът вече ще е бил загрят от забавянето във въздухозаборника (и от компресора). Поради това тягата на конвенционалния турбореактивен самолет намалява при висока скорост. Рамджетът се основава на същия принцип, но използва само забавянето на потока във въздухозаборника, за да компресира въздуха: формата му е тази, която замества компресора. В този случай не е необходима турбина, тъй като няма компресор, който да се задвижва. И накрая, ограничението на скоростта идва от топлинното съпротивление на частите, изграждащи двигателя.

Основният проблем идва от факта, че рамджетът трябва да достигне определена скорост, за да може да се задвижва самостоятелно. Използването на самолет-носител като бомбардировача B-52 например или експлоатацията на турбореактивен двигател като Leduc 022 или Nord 1500 Griffon II. Но проблемът продължаваше да съществува в много ситуации. През 50-те години на ХХ век френските инженери откриват, че рамджетът е нефункционален при ниски скорости. Например при ниска скорост от 1 Мах прочутият Leduc пропускал неизползвано гориво в газовете на дюзата. Дори при скорост над 2 Маха северният 1500 Griffon II проявявал същото последствие.

Като тогавашните сплави не били в състояние да издържат на по-високи скорости, проектът за рамджет бил изоставен. С разработването на нови сплави и керамични материали през последните години стана възможно да се възобновят проектите за хиперзвукова скорост (> Mach 5). При тези проекти ефективността на рамджета или суперзвездата теоретично е максимална. Но дори и тогава, само ако изгарянето е достатъчно бързо, за да приключи преди излизането от дюзата и по този начин да се осигури максимална тяга.

НСА, желаейки да изследва работата на рамджета при пълна скорост, без загуби, реши да адаптира своята тестова апаратура на ракета Пегас. Тази ракета успя да достигне до голяма степен хиперзвукова скорост от около Mach 6. Тази начална скорост разкри всички възможности на Х-43 и неговия подобрен статичен двигател.

По отношение на плана за достигане на рекордната скорост от 10 Маха

Самолетът X-43A е закачен на носа на ракета „Пегас“, която има възможност да го задвижи до скорост, надвишаваща 6 Маха. Самата тази ракета е прикрепена под дясното крило на гигантски двумоторен бомбардировач B-52, Balls 8, възстановен за експеримента.

• Първоначално
  бомбардировачът лети на височина малко под 13 000 метра и пуска ракетата Pegasus. 15-метровата ракета X-43A се изстрелва в продължение на 90 секунди до височина 29 000 метра, придавайки скорост над Мах 7, и я пуска.
• Рампето на самолета X-43A, след което се намира в свободен полет, се задейства  за 12 секунди, за да осигури самостоятелния му полет със скорост 10 Мах през този период.
• Открива се самолет след това извършва серия от аеродинамични маневри, докато е в контролирано плъзгане в продължение на около шест минути, преди да се гмурне в Тихия океан.

Какво е хиперзвукова скорост

В аеродинамиката хиперзвуковите скорости са скорости, които са силно свръхзвукови. В общия случай се счита, че този режим на потока се достига от скорост на Мах от приблизително 5. Хиперзвуковият режим е поделемент на свръхзвуковия режим.

Хиперзвуковият режим на потока се достига, когато в течащия газ са налице реакции на молекулярна дисоциация: последният може да бъде локално толкова горещ, че да се създаде плазма. Тогава обичайните свойства на потока често се променят (граничен слой, турбулентност).

Изследването на хиперзвуковите потоци изисква много специални аеродинамични тунели или използването на изчислителни кодове, които изискват отчитане на молекулярната дисоциация. Хиперзвуковите потоци представляват интерес най-вече за изучаване на потоците, които се срещат при повторно влизане в атмосферата:

• Около влизащите в атмосферата бойни глави на балистични ракети ;
• Около совалките или космически капсули.

За да научите повече, посетете Military Surplus.