NASA X-43 - NASA X-43

X-43
X-43A.jpg
Test uçuşu sırasında ateşlemeden kısa bir süre sonra NASA'nın X-43A'sını hızlandıran Pegasus roket güçlendirici (27 Mart 2004)
rol Deneysel hipersonik İHA
Ulusal köken Amerika Birleşik Devletleri
Tasarım grubu NASA
Tarafından inşa edildi Micro Craft (gövde)
GASL (motor)
Birincil kullanıcı NASA
Sayı inşa 3

NASA X-43 , bir olduğu deneysel insansız hypersonic uçak birden planlanan ile ölçekli çeşitli yönlerini test etmek içindir varyasyonlar hypersonic uçuş . Bu bir parçası olan X-düzlem serisi ve spesifik olarak , NASA sitesindeki Hiper-X programı. Jet uçakları için birkaç hava hızı rekoru kırdı . X-43, yaklaşık Mach 9.6 ile rekor düzeydeki en hızlı jet motorlu uçaktır.

Bir kanatlı roketi bir "yığın" olarak adlandırılan üstüne yerleştirilen X-43 ile, oldu başlatılan damla bir mesafede Boeing B-52 Stratofortress . Güçlendirici roket ( Pegasus roketinin modifiye edilmiş bir ilk aşaması ), yığını hedef hız ve irtifaya getirdikten sonra, atıldı ve X-43, kendi motoru olan bir scramjet kullanarak serbest uçtu .

Serideki ilk uçak olan X-43A, üçü üretilmiş tek kullanımlık bir araçtı. İlk X-43A, 2001'de uçuşta arıza yaptıktan sonra imha edildi. Diğer ikisinin her biri 2004'te başarılı bir şekilde uçtu ve hız rekorları kırdı, scramjet'ler yaklaşık 10 saniye çalıştı, ardından 10 dakikalık süzülmeler ve kasıtlı olarak okyanusa düştü. X-43 serisindeki daha fazla uçak için planlar askıya alındı ​​veya iptal edildi (ve yerini USAF tarafından yönetilen X-51 programı aldı).

geliştirme

X-43, NASA'nın Amerikan uzay ajansı ve Boeing , Micro Craft Inc, Orbital Sciences Corporation ve General Applied Science Laboratory (GASL) gibi müteahhitleri içeren Hyper-X programının bir parçasıydı . Micro Craft Inc., X-43A'yı ve GASL motorunu yaptı.

NASA'nın Aeronautics Enterprise'ın birincil hedeflerinden biri, hava soluyan hipersonik uçuş için teknolojilerin geliştirilmesi ve gösterilmesiydi. Ulusal Havacılık ve Uzay Uçağı (NASP) programının Kasım 1994'te iptal edilmesinin ardından, Birleşik Devletler, uyumlu bir hipersonik teknoloji geliştirme programından yoksundu. 1990'ların sonlarında NASA tarafından geliştirilen "daha iyi, daha hızlı, daha ucuz" programlardan biri olan Hyper-X, Ulusal Havacılık ve Uzay Uçağı teknolojisini kullandı ve bu da onu hızlı bir şekilde hipersonik hava soluma tahrikinin gösterilmesine doğru hareket ettirdi.

Hyper-X Aşama I, Langley Araştırma Merkezi , Hampton, Virginia ve Dryden Uçuş Araştırma Merkezi , Edwards, California tarafından ortaklaşa yürütülen bir NASA Havacılık ve Uzay Teknolojisi Girişimi programıydı . Langley lider merkezdi ve hipersonik teknoloji geliştirmeden sorumluydu. Dryden uçuş araştırmalarından sorumluydu.

Aşama I, scramjet itiş gücü, hipersonik aerodinamik ve tasarım yöntemlerini uçuş-doğrulamak için yedi yıllık, yaklaşık 230 milyon dolarlık bir programdı .

X-43 serisi uçaklar 2006 yılında X-51 ile değiştirildiği için sonraki aşamalara devam edilmedi .

Tasarım

Alt tarafa takılı scramjet ile sanatçının X-43A konsepti
NASA'nın B-52B fırlatma uçağı, X-43A hipersonik araştırma aracını taşıyarak havalanıyor (27 Mart 2004)

X-43A uçağı, uzunluğu 3,7 m'nin (12 ft) biraz üzerinde olan, pilotsuz küçük bir test aracıydı . Araç, uçağın gövdesinin kanatlara dayanmak yerine uçuş için önemli miktarda kaldırma sağladığı bir kaldırıcı gövde tasarımıydı . Uçak kabaca 1.400 kg (3.000 lb) ağırlığındaydı. X-43A, yüksek hızlı uçuşta, itme gücü olmadan süzülürken bile tamamen kontrol edilebilecek şekilde tasarlanmıştır . Ancak, uçak inip kurtarılmak üzere tasarlanmamıştı. Test bittiğinde test araçları Pasifik Okyanusu'na çarptı .

Mach hızlarında seyahat etmek, süpersonik aerodinamik sürüklemeye dahil olan sıkıştırma şok dalgaları nedeniyle çok fazla ısı üretir . Yüksek Mach hızlarında, ısı o kadar yoğun olabilir ki, gövdenin metal kısımları eriyebilir. X-43A, motor kaportasının ve yan duvarın ön kenarlarının arkasındaki suyu döndürerek bu yüzeyleri soğutarak bunu telafi etti. Testlerde, su sirkülasyonu Mach 3 civarında aktive edildi.

Motor

Langley'nin 8 fitlik (2 m), yüksek sıcaklıklı rüzgar tünelindeki X-43 uçağının tam ölçekli modeli .

Araç, süpersonik yanmalı bir ramjet veya " scramjet " motoru geliştirmek ve test etmek için yaratıldı; bu motor, süpersonik hızlarda akan hava içinde harici yanmanın gerçekleştiği bir motor varyasyonu. X-43A'nın geliştiricileri, uçağın gövdesini tahrik sisteminin bir parçası olacak şekilde tasarladı: ön kısım, giriş hava akışının bir parçasıdır, arka kısım ise bir egzoz nozulu olarak işlev görür.

X-43A'nın motoru öncelikle hidrojen yakıtı ile beslendi . Başarılı testte, yaklaşık bir kilogram (iki pound) yakıt kullanıldı. Roketlerden farklı olarak, scramjet ile çalışan araçlar, motora yakıt sağlamak için gemide oksijen taşımazlar. Oksijen taşıma ihtiyacını ortadan kaldırmak, aracın boyutunu ve ağırlığını önemli ölçüde azaltır. Gelecekte, daha hafif araçlar ağır sürebilir yükleri içine alan çok daha verimli aynı ağırlıkta veya taşıma yükleri.

Scramjet'ler yalnızca Mach 4.5 veya daha yüksek hızlarda çalışır, bu nedenle roketler veya diğer jet motorları, başlangıçta scramjet ile çalışan uçakları bu temel hıza yükseltmek için gereklidir. X-43A durumunda, uçak dönüştürülmüş bir Boeing B-52 Stratofortress bombardıman uçağından fırlatılan bir Pegasus roketi ile yüksek hıza çıkarıldı . Kombine X-43A ve Pegasus aracı, programın ekip üyeleri tarafından "yığın" olarak adlandırıldı.

X-43A test araçlarındaki motorlar, belirli bir hız aralığı için özel olarak tasarlanmıştır, yalnızca gelen hava akışı beklendiği gibi hareket ederken yakıt-hava karışımını sıkıştırabilir ve ateşleyebilir. İlk iki X-43A uçağı yaklaşık olarak Mach 7'de uçmak üzere tasarlanmıştır, üçüncüsü ise 30.000 m (98.000 ft) veya daha fazla irtifalarda Mach 9.8'den (10.655.3 km/sa; 6.620.9 mph) daha yüksek hızlarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Operasyonel test

Mach 7'de X-43A'nın CFD görüntüsü
X-43A, B-52B Stratofortress'in kanatlarının altından düşürülüyor

NASA'nın 2 Haziran 2001'deki ilk X-43A testi başarısız oldu çünkü Pegasus güçlendirici, B-52 taşıyıcısından serbest bırakıldıktan yaklaşık 13 saniye sonra kontrolünü kaybetti. Roket , transonik giderken bir kontrol salınımı yaşadı ve sonunda roketin sancak elevonunun arızalanmasına yol açtı . Bu, roketin planlanan rotadan önemli ölçüde sapmasına neden oldu ve bir güvenlik önlemi olarak imha edildi. Olayla ilgili bir soruşturma, roketin yetenekleri ve uçuş ortamı hakkında kesin olmayan bilgilerin kazaya katkıda bulunduğunu belirtti. Bu test için veri modellemedeki çeşitli yanlışlıklar, kullanılan belirli Pegasus roketi için yetersiz bir kontrol sistemine yol açtı, ancak başarısızlık için nihai olarak tek bir faktör suçlanamazdı.

Mart 2004'teki ikinci testte, Pegasus başarıyla ateş etti ve test aracını yaklaşık 29.000 metre (95.000 ft) yükseklikte serbest bıraktı. Ayrıldıktan sonra motorun hava girişi açıldı, motor ateşlendi ve uçak daha sonra roketten uzaklaşarak Mach 6.83'e (7.455.75 km/sa; 4.632.79 mph) ulaştı. Yakıt, uçağın 24 km'den (15 mil) fazla seyahat ettiği bir süre olan 11 saniye boyunca motora akıyordu. Pegasus hidrofor ayrımının ardından araç hızında küçük bir düşüş yaşadı ancak daha sonra scramjet motoru aracı tırmanışta hızlandırdı. Tükenmeden sonra, kontrolörler hala araca manevra yapabildiler ve birkaç dakika boyunca uçuş kontrollerini değiştirebildiler; hava direnciyle yavaşlayan uçak okyanusa düştü. Bu uçuşla X-43A, dünyanın en hızlı serbest uçan hava soluyan uçağı oldu.

NASA, 16 Kasım 2004'te X-43A'nın üçüncü bir versiyonunu uçurdu. Değiştirilmiş Pegasus roketi, 13.000 m (43.000 ft) yükseklikte bir B-52 ana gemisinden fırlatıldı. X-43A, yaklaşık 33.500 m (110.000 ft) yükseklikte Mach 9.64 (10.240.84 km/sa; 6.363.36 mph) ile yeni bir hız rekoru kırdı ve aracın ilgili ısı yüklerine dayanma kabiliyetini daha da test etti.

Değiştirmeler

Ocak 2006'da USAF , Kıta Amerika Birleşik Devletleri'nden Kuvvet Uygulaması ve Fırlatma veya FALCON scramjet yeniden kullanılabilir füzesini duyurdu .

Mart 2006'da, Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı (AFRL) süpersonik yanmalı ramjet "WaveRider" uçuş test aracının X-51A olarak belirlendiği açıklandı. USAF Boeing X-51 ilk olarak 26 Mayıs 2010'da uçtu, bir B-52'den düşürüldü.

Varyantlar

2004'teki X-43 testlerinden sonra, NASA Dryden mühendisleri, tüm çabalarının yaklaşık 20 yıl içinde iki aşamalı yörüngeden mürettebatlı bir aracın üretilmesiyle sonuçlanmasını beklediklerini söyledi. Bilim adamları , öngörülebilir gelecekte Ulusal Havacılık ve Uzay Uçağı (NASP) gibi yörüngeye tek aşamalı mürettebatlı bir aracın olacağından şüphe duyduklarını dile getirdiler .

Diğer X-43 araçları planlandı, ancak Haziran 2013 itibariyle askıya alındı ​​veya iptal edildi. X-43A ile aynı temel gövde tasarımına sahip olmaları bekleniyordu, ancak uçağın orta ila önemli ölçüde daha büyük olması bekleniyordu.

X-43B

X-43B, bir türbin bazlı bir kombine çevrim (TBCC) motor veya bir araya getiren bir tam boyutlu bir araç olması bekleniyordu roket göre kombine çevrim (RBCC) ISTAR motoru. Jet türbinleri veya roketler, başlangıçta aracı süpersonik hıza çıkaracaktı. Bir ramjet , Mach 2.5'te başlayarak devralabilir ve motor yaklaşık Mach 5'te bir scramjet konfigürasyonuna dönüşür.

X-43C

X-43C biraz daha büyük olurdu X-43A ve muhtemelen ile, bir hidrokarbon yakıt canlılığını test etmek beklenen HyTech motoru. Çoğu scramjet tasarımı yakıt olarak hidrojen kullanırken, HyTech, operasyonel araçların desteklenmesi için daha pratik olan geleneksel gazyağı tipi hidrokarbon yakıtlarla çalışır. Soğutma için kendi yakıtını kullanacak tam ölçekli bir motorun yapılması planlandı. Motor soğutma sistemi, hızlı bir yanma için uzun zincirli hidrokarbonları kısa zincirli hidrokarbonlara bölerek kimyasal bir reaktör görevi görecekti.

X-43C, Mart 2004'te süresiz olarak askıya alındı. Bağlantılı hikaye, projenin süresiz olarak askıya alındığını ve Tuğamiral Craig E. Steidle'ın 18 Mart 2004'te bir Ev Uzay ve Havacılık alt komitesi duruşmasının önüne çıktığını bildiriyor . 2005 yılının ortalarında, X -43C'nin yıl sonuna kadar finanse edildiği görüldü.

X-43D

X-43D, X-43A ile neredeyse aynı olurdu, ancak hız zarfını Mach 15'e genişletti. Eylül 2007 itibariyle, Boeing'den Donald B. Johnson ve NASA'dan Jeffrey S. Robinson tarafından yalnızca bir fizibilite çalışması yapıldı. Langley Araştırma Merkezi . Çalışmanın girişine göre, "X-43D'nin amacı, yerde toplanması imkansız değilse bile zor olan yüksek Mach uçuş ortamı ve motor çalışabilirlik bilgilerini toplamaktır."

Ayrıca bakınız

Karşılaştırılabilir rol, konfigürasyon ve çağa sahip uçak

Referanslar

Notlar

bibliyografya

  • Bentley, Matthew A. Uzay Uçakları: Havaalanından Uzay Limanına (Astronomer Evreni). New York: Springer, 2008. ISBN  978-0-38776-509-9 .
  • Swinerd, Graham. Uzay Aracı Nasıl Uçar: Formül Olmadan Uzay Uçuşu. New York: Springer, 2010. ISBN  978-1-44192-629-6 .

Dış bağlantılar