North American X-15 - North American X-15

X-15
Foguete preto com asas atarracadas e estabilizadores verticais curtos acima e abaixo da unidade da cauda
O X-15 se afastando de seu avião de lançamento
Função Aeronave experimental de pesquisa movida a foguete de alta velocidade
Fabricante Aviação norte-americana
Primeiro voo 8 de junho de 1959
Introdução 17 de setembro de 1959
Aposentado Dezembro de 1968
Usuários primários NASA da Força Aérea dos Estados Unidos
Número construído 3

O North American X-15 é uma aeronave movida a foguete hipersônico . Foi operado pela Força Aérea dos Estados Unidos e pela Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço como parte da série X-plane de aeronaves experimentais . O X-15 estabeleceu recordes de velocidade e altitude na década de 1960, alcançando a borda do espaço sideral e retornando com dados valiosos usados ​​em projetos de aeronaves e espaçonaves . A velocidade mais alta do X-15, 4.520 milhas por hora (7.274 km / h; 2.021 m / s), foi alcançada em 3 de outubro de 1967, quando William J. Knight voou a Mach 6,7 a uma altitude de 102.100 pés (31.120 m), ou 19,34 milhas. Isso estabeleceu o recorde mundial oficial para a velocidade mais alta já registrada por uma aeronave motorizada com tripulação, que permanece ininterrupta.

Durante o programa X-15, 12 pilotos fizeram um total de 199 voos. Destes, 8 pilotos realizaram 13 voos combinados que atenderam ao critério de voo espacial da Força Aérea ao exceder a altitude de 50 milhas (80 km), qualificando, assim, esses pilotos como astronautas . Os pilotos da Força Aérea se qualificaram para as asas de astronautas militares imediatamente, enquanto os pilotos civis acabaram ganhando asas de astronauta da NASA em 2005, 35 anos após o último vôo do X-15.

Design e desenvolvimento

X-15 após acender o motor do foguete
X-15A-2, com revestimento ablativo selado, tanques de combustível externos e teste simulado de ramjet

O X-15 foi baseado em um estudo de conceito de Walter Dornberger para o National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) para uma aeronave de pesquisa hipersônica . Os pedidos de proposta (RFPs) foram publicados em 30 de dezembro de 1954 para a fuselagem e em 4 de fevereiro de 1955 para o motor de foguete . O X-15 foi construído por dois fabricantes: a North American Aviation foi contratada para a fuselagem em novembro de 1955, e a Reaction Motors foi contratada para a construção dos motores em 1956.

Como muitas aeronaves da série X , o X-15 foi projetado para ser carregado e lançado sob a asa de uma nave - mãe B-52 . Força Aérea NB-52A, "The High and Mighty One" (serial 52-0003) e NB-52B, "The Challenger" (serial 52-0008, também conhecido como Balls 8 ) serviram como aviões porta-aviões para todos os voos do X-15. O lançamento do X-15 do NB-52A ocorreu a uma altitude de cerca de 8,5 milhas (13,7 km) e a uma velocidade de cerca de 500 milhas por hora (805 km / h). A fuselagem do X-15 era longa e cilíndrica, com carenagens traseiras que achatavam sua aparência e estabilizadores de barbatana dorsal e ventral grossos. Partes da fuselagem (a pele externa) eram de liga de níquel resistente ao calor ( Inconel -X 750). O trem de pouso retrátil compreendia uma carruagem da roda do nariz e dois patins traseiros. Os patins não se estendiam além da nadadeira ventral , o que exigia que o piloto alijasse a nadadeira inferior pouco antes do pouso. A barbatana inferior foi recuperada por pára-quedas.

Sistemas de cockpit e piloto

Cockpit de um X-15

O X-15 foi o produto de pesquisa de desenvolvimento e foram feitas alterações em vários sistemas ao longo do programa e entre os diferentes modelos. O X-15 foi operado em vários cenários diferentes, incluindo fixação a uma aeronave de lançamento, queda, partida e aceleração do motor principal, voo balístico no ar / espaço, reentrada no ar mais denso, planagem sem motor para pouso e pouso direto sem uma partida do motor principal. O motor do foguete principal operou apenas por uma parte relativamente curta do vôo, mas impulsionou o X-15 para suas altas velocidades e altitudes. Sem o empuxo do motor principal, os instrumentos e superfícies de controle do X-15 permaneceram funcionais, mas a aeronave não conseguiu manter a altitude.

Como o X-15 também precisava ser controlado em um ambiente onde havia muito pouco ar para as superfícies aerodinâmicas de controle de vôo , ele tinha um sistema de controle de reação (RCS) que usava propulsores de foguete. Havia duas configurações diferentes de controle do piloto do X-15: uma usava três joysticks, a outra, um joystick.

O tipo X-15 com vários manípulos de controle para o piloto posicionava um leme e manche tradicional entre um joystick esquerdo que enviava comandos para o Sistema de Controle de Reação e um terceiro joystick à direita usado durante manobras de alto G para aumentar o manche central. Além das informações do piloto, o X-15 " Stability Augmentation System " (SAS) envia informações aos controles aerodinâmicos para ajudar o piloto a manter o controle de atitude . O Sistema de Controle de Reação (RCS) pode ser operado em dois modos - manual e automático. O modo automático usou um recurso chamado "Reaction Augmentation System" (RAS) que ajudou a estabilizar o veículo em grandes altitudes. O RAS era normalmente usado por aproximadamente três minutos de um vôo do X-15 antes do desligamento automático.

A configuração de controle alternativa usava o sistema de controle de vôo MH-96, que permitia um joystick no lugar de três e uma entrada simplificada do piloto. O MH-96 podia combinar automaticamente os controles aerodinâmicos e de foguete, dependendo da eficácia de cada sistema no controle da aeronave.

Entre os vários controles estavam o acelerador do motor de foguete e um controle para alijar a nadadeira ventral. Outras características do cockpit incluem janelas aquecidas para evitar a formação de gelo e um apoio de cabeça para a frente para períodos de alta desaceleração.

O X-15 tinha um assento ejetável projetado para operar em velocidades de até Mach 4 (4.480 km / h; 2.784 mph) e / ou 120.000 pés (37 km) de altitude, embora nunca tenha sido usado durante o programa. Em caso de ejeção, o assento foi projetado para acionar aletas, que foram utilizadas até atingir uma velocidade / altitude mais segura para acionar seu pára-quedas principal. Os pilotos usavam trajes pressurizados, que podiam ser pressurizados com gás nitrogênio. Acima de 35.000 pés (11 km) de altitude, a cabine foi pressurizada a 3,5 psi (0,24 atm) com gás nitrogênio, enquanto o oxigênio para a respiração era alimentado separadamente ao piloto.

Propulsão

Cauda X-15 com XLR-99

Os 24 voos motorizados iniciais usaram dois motores de foguete de propelente líquido XLR11 do Motors Reaction , aprimorados para fornecer um total de 16.000 libras-força (71 kN) de empuxo em comparação com 6.000 libras-força (27 kN) que um único XLR11 fornecia em 1947 para tornar o Bell X-1 a primeira aeronave a voar mais rápido que a velocidade do som . O XLR11 usava álcool etílico e oxigênio líquido .

Em novembro de 1960, a Reaction Motors entregou o motor de foguete XLR99 , gerando 57.000 libras-força (250 kN) de empuxo. Os 175 voos restantes do X-15 usaram motores XLR99, em uma configuração de motor único. O XLR99 usava amônia anidra e oxigênio líquido como propelente, e peróxido de hidrogênio para acionar a turbobomba de alta velocidade que distribuía propelentes para o motor. Ele poderia queimar 15.000 libras (6.804 kg) de propelente em 80 segundos; Jules Bergman intitulou seu livro sobre o programa Ninety Seconds to Space para descrever o tempo total de voo com motor da aeronave.

O sistema de controle de reação X-15 (RCS), para manobrar no ambiente de baixa pressão / densidade, usava peróxido de alto teste (HTP), que se decompõe em água e oxigênio na presença de um catalisador e pode fornecer um impulso específico de 140 segundos. O HTP também alimentou uma turbobomba para os motores principais e unidades de potência auxiliares (APUs). Tanques adicionais para hélio e nitrogênio líquido desempenhavam outras funções; o interior da fuselagem foi purgado com gás hélio e nitrogênio líquido foi usado como refrigerante para vários sistemas.

Cauda em cunha e estabilidade hipersônica

X-15 anexado a sua nave-mãe B-52 com um T-38 voando nas proximidades

O X-15 tinha uma cauda em cunha grossa para permitir que ele voasse de maneira estável em velocidades hipersônicas. Isso produziu uma quantidade significativa de arrasto de base em velocidades mais baixas; a extremidade cega na parte traseira do X-15 poderia produzir tanto arrasto quanto um F-104 Starfighter inteiro .

Uma forma de cunha foi usada porque é mais eficaz do que a cauda convencional como superfície estabilizadora em velocidades hipersônicas. Uma área de cauda vertical igual a 60 por cento da área da asa foi necessária para dar ao X-15 estabilidade direcional adequada.

-  Wendell H. Stillwell, X-15 Research Results (SP-60)

A estabilidade em velocidades hipersônicas era auxiliada por painéis laterais que podiam ser estendidos da cauda para aumentar a área total da superfície, e esses painéis funcionavam como freios a ar.

Histórico operacional

Pilotos do X-15 em dezembro de 1965, da esquerda para a direita: Joe Engle , Bob Rushworth , John McKay , Pete Knight , Milt Thompson e Bill Dana .
Noticiário mostrando um voo de teste do X-15 em 1959

Altitudes alcançados pelo X-15 aeronaves ficaram aquém das de Alan Shepard 's e Gus Grissom ' s projeto Mercury cápsulas espaciais em 1961, ou de qualquer outro ser humano nave espacial , exceto a SpaceShipTwo spaceplane. No entanto, o X-15 ocupa o primeiro lugar entre as aeronaves com tripulação de foguetes, tornando-se o primeiro avião espacial operacional do mundo no início dos anos 1960.

Antes de 1958, os oficiais da Força Aérea dos Estados Unidos (USAF) e da NACA discutiram um avião espacial orbital X-15 , o X-15B, que seria lançado ao espaço sideral de cima de um míssil SM-64 Navaho . Isso foi cancelado quando o NACA se tornou NASA e adotou o Projeto Mercúrio em seu lugar.

Em 1959, o programa do planador espacial Boeing X-20 Dyna-Soar se tornaria o meio preferido da USAF para lançar em órbita espaçonaves com tripulação militar. Este programa foi cancelado no início dos anos 1960, antes que um veículo operacional pudesse ser construído. Várias configurações do Navaho foram consideradas, e outra proposta envolvia um estágio Titan I.

Três X-15s foram construídos, voando 199 voos de teste, o último em 24 de outubro de 1968.

O primeiro vôo X-15 foi um vôo planado sem motor por Scott Crossfield , em 8 de junho de 1959. Crossfield também pilotou o primeiro vôo motorizado em 17 de setembro de 1959, e seu primeiro vôo com o motor de foguete XLR-99 em 15 de novembro de 1960. Doze testes os pilotos voaram no X-15. Entre eles estavam Neil Armstrong , mais tarde astronauta da NASA e o primeiro homem a pisar na Lua, e Joe Engle , mais tarde comandante das missões do ônibus espacial da NASA .

Em uma proposta de 1962, a NASA considerou usar o B-52 / X-15 como uma plataforma de lançamento para um foguete Blue Scout para colocar satélites pesando até 150 libras (68 kg) em órbita.

Em julho e agosto de 1963, o piloto Joe Walker ultrapassou 100 km de altitude, juntando-se aos astronautas da NASA e aos cosmonautas soviéticos como os primeiros seres humanos a cruzar essa linha em seu caminho para o espaço sideral . A USAF concedeu asas de astronauta a qualquer pessoa que alcançasse uma altitude de 50 milhas (80 km), enquanto a FAI estabeleceu o limite do espaço em 100 quilômetros (62,1 milhas).

Em 15 de novembro de 1967, o piloto de teste da Força Aérea dos Estados Unidos, Major Michael J. Adams, foi morto durante o vôo 191 do X-15 quando X-15-3, AF Ser. No. 56-6672, entrou em um giro hipersônico enquanto descia, então oscilou violentamente conforme as forças aerodinâmicas aumentaram após a reentrada. Como o sistema de controle de vôo de sua aeronave operou as superfícies de controle até seus limites, a aceleração foi construída para 15  g 0 (150  m / s 2 ) vertical e 8,0  g 0 (78  m / s 2 ) lateral. A fuselagem se partiu a 60.000 pés (18 km) de altitude, espalhando os destroços do X-15 em 50 milhas quadradas (130 km 2 ). Em 8 de maio de 2004, um monumento foi erguido no local da cabine, perto de Joanesburgo, Califórnia . O Major Adams foi condecorado postumamente com asas de astronauta da Força Aérea em seu vôo final no X-15-3, que alcançou uma altitude de 50,4 milhas (81,1 km). Em 1991, seu nome foi adicionado ao Astronaut Memorial .

Acidente de X-15-2 em Mud Lake, Nevada

O segundo avião, X-15-2, foi reconstruído após um acidente de pouso em 9 de novembro de 1962, que danificou a aeronave e feriu seu piloto, John McKay (embora McKay tenha retornado ao vôo como piloto X-15 após este acidente, seus ferimentos contribuíram a uma morte prematura e ele morreu em 1975, com 52 anos). Ele foi alongado em 2,4 pés (73 cm), tinha um par de tanques de combustível auxiliar anexados sob sua fuselagem e asas, e um revestimento ablativo totalmente resistente ao calor foi adicionado. O avião foi rebatizado de X-15A-2 e voou pela primeira vez em 25 de junho de 1964. Atingiu sua velocidade máxima de 4.520 milhas por hora (7.274 km / h) em outubro de 1967 com o piloto William "Pete" Knight of a Força Aérea dos EUA no controle.

Cinco aeronaves principais foram usadas durante o programa X-15: três aviões X-15 e dois bombardeiros NB-52 "não padronizados" modificados :

  • X-15-1 - 56-6670 , 81 voos gratuitos
  • X-15-2 (mais tarde X-15A-2 ) - 56-6671 , 31 voos gratuitos como X-15-2, 22 voos gratuitos como X-15A-2; 53 no total
  • X-15-3 - 56-6672 , 65 voos gratuitos, incluindo odesastredo voo 191
  • NB-52A - 52-003 apelidado de The High and Mighty One (aposentado em outubro de 1969)
  • NB-52B - 52-008 apelidado de The Challenger , mais tarde Balls 8 (retirado em novembro de 2004)

Além disso, aeronaves de perseguição F-100 , F-104 e F5D e transportes C-130 e C-47 apoiaram o programa.

O 200º vôo sobre Nevada foi agendado para 21 de novembro de 1968, a ser pilotado por William "Pete" Knight. Numerosos problemas técnicos e surtos de mau tempo atrasaram este vôo proposto seis vezes, e foi permanentemente cancelado em 20 de dezembro de 1968. Este X-15 (56-6670) foi separado do B-52 e então colocado em armazenamento indefinido. A aeronave foi posteriormente doada ao Smithsonian Air & Space Museum para exibição.

Exibições estáticas atuais

X-15 no National Air and Space Museum em Washington, DC
X-15 no Museu da USAF

Maquetes

Naves-mãe da Stratofortress

NB-52B Balls 8 decola com um X-15
  • NB-52A (AF Ser. No. 52-003) é exibido no Pima Air & Space Museum adjacente a Davis-Monthan AFB em Tucson, Arizona. Lançou o X-15-1 30 vezes, o X-15-2 11 vezes e o X-15-3 31 vezes (assim como o M2-F2 quatro vezes, o HL-10 11 vezes e o X -24A duas vezes).
  • NB-52B (AF Ser. No. 52-008 ) está em exibição permanente fora do portão norte de Edwards AFB , Califórnia. Lançou a maioria dos voos do X-15.

Vôos recordes

Voos mais altos

Durante 13 do total de 199 voos do X-15, oito pilotos voaram acima de 264.000 pés ou 50 milhas, qualificando-se como astronautas de acordo com a definição dos Estados Unidos de fronteira espacial. Todos os cinco pilotos da Força Aérea voaram acima de 50 milhas e receberam asas de astronauta militar simultaneamente com suas realizações, incluindo Adams, que recebeu a distinção postumamente após o desastre do voo 191. No entanto, os outros três eram funcionários da NASA e não receberam uma condecoração comparável na época. Em 2004, a Federal Aviation Administration conferiu suas primeiras asas de astronauta comercial a Mike Melvill e Brian Binnie , pilotos do SpaceShipOne comercial , outro avião espacial com perfil de voo comparável ao do X-15. Depois disso, em 2005, a NASA concedeu retroativamente suas asas de astronauta civil para Dana (então viva) e para McKay e Walker (postumamente). Forrest S. Petersen, o único piloto da Marinha no programa X-15, nunca levou a aeronave acima da altitude necessária e, portanto, nunca ganhou asas de astronauta.

Dos treze voos, apenas dois - os voos 90 e 91, pilotados por Walker - ultrapassaram a linha Kármán , a altitude de 100 km internacionalmente reconhecida usada pela FAI para denotar a borda do espaço.

Voos X-15 com mais de 50 milhas em ordem cronológica
Voo Encontro Velocidade máxima Altitude Piloto
Voo 62 17 de julho de 1962 3.831 mph (6.165 km / h) 59,6 mi (95,9 km) Robert M. White
Voo 77 17 de janeiro de 1963 3.677 mph (5.918 km / h) 51,4 mi (82,7 km) Joseph A. Walker
Voo 87 27 de junho de 1963 3.425 mph (5.512 km / h) 53,9 mi (86,7 km) Robert A. Rushworth
Flight 90 19 de julho de 1963 3.710 mph (5.971 km / h) 65,8 mi (105,9 km) Joseph A. Walker
Voo 91 22 de agosto de 1963 3.794 mph (6.106 km / h) 67,0 mi (107,8 km) Joseph A. Walker
Voo 138 29 de junho de 1965 3.431 mph (5.522 km / h) 53,1 mi (85,5 km) Joe H. Engle
Voo 143 10 de agosto de 1965 3.549 mph (5.712 km / h) 51,3 mi (82,6 km) Joe H. Engle
Flight 150 28 de setembro de 1965 3.731 mph (6.004 km / h) 55,9 mi (90,0 km) John B. McKay
Voo 153 14 de outubro de 1965 3.554 mph (5.720 km / h) 50,4 mi (81,1 km) Joe H. Engle
Voo 174 1 de novembro de 1966 3.750 mph (6.035 km / h) 58,1 mi (93,5 km) William H. "Bill" Dana
Voo 190 17 de outubro de 1967 3.856 mph (6.206 km / h) 53,1 mi (85,5 km) William J. "Pete" Knight
Voo 191 15 de novembro de 1967 3.569 mph (5.744 km / h) 50,3 mi (81,0 km) Michael J. Adams
Voo 197 21 de agosto de 1968 3.443 mph (5.541 km / h) 50,6 mi (81,4 km) William H. Dana

fatal

Voos mais rápidos registrados

Referência de velocidade e altitude chave do X-15
X-15 dez voos mais rápidos
Voo Encontro Velocidade máxima Altitude Piloto
Voo 45 9 de novembro de 1961 4.092 mph (6.585 km / h) 19,2 mi (30,9 km) Robert M. White
Voo 59 27 de junho de 1962 4.104 mph (6.605 km / h) 23,4 mi (37,7 km) Joseph A. Walker
Flight 64 26 de julho de 1962 3.989 mph (6.420 km / h) 18,7 mi (30,1 km) Neil A. Armstrong
Voo 86 25 de junho de 1963 3.910 mph (6.293 km / h) 21,7 mi (34,9 km) Joseph A. Walker
Voo 89 18 de julho de 1963 3.925 mph (6.317 km / h) 19,8 mi (31,9 km) Robert A. Rushworth
Voo 97 5 de dezembro de 1963 4.017 mph (6.465 km / h) 19,1 mi (30,7 km) Robert A. Rushworth
Voo 105 29 de abril de 1964 3.905 mph (6.284 km / h) 19,2 mi (30,9 km) Robert A. Rushworth
Voo 137 22 de junho de 1965 3.938 mph (6.338 km / h) 29,5 mi (47,5 km) John B. McKay
Voo 175 18 de novembro de 1966 4.250 mph (6.840 km / h) 18,7 mi (30,1 km) William J. "Pete" Knight
Voo 188 3 de outubro de 1967 4.520 mph (7.274 km / h) 19,3 mi (31,1 km) William J. "Pete" Knight

Pilotos

Pilotos X-15 e suas realizações durante o programa
Piloto Organização Ano atribuído
a X-15
Total de
voos
Voos
espaciais da USAF
Voos
espaciais da FAI
Max
Mach

Velocidade máxima
(mph)

Altitude máxima
(milhas)
Michael J. Adams Força aérea dos Estados Unidos 1966 7 1 0 5,59 3.822 50,3
Neil A. Armstrong NASA 7 0 0 5,74 3.989 39,2
Scott Crossfield Aviação norte-americana 14 0 0 2,97 1.959 15,3
William H. Dana NASA 1965 16 2 0 5,53 3.897 58,1
Joe H. Engle Força aérea dos Estados Unidos 1963 16 3 0 5,71 3.887 53,1
William J. Knight Força aérea dos Estados Unidos 1964 16 1 0 6,7 4.519 53,1
John B. McKay NASA 1960 29 1 0 5,65 3.863 55,9
Forrest S. Petersen Marinha dos Estados Unidos 5 0 0 5,3 3.600 19,2
Robert A. Rushworth Força aérea dos Estados Unidos 34 1 0 6,06 4.017 53,9
Milton O. Thompson NASA 1963 14 0 0 5,48 3.723 40,5
Joseph A. Walker NASA 25 3 2 5,92 4.104 67,0
Robert M. White Força aérea dos Estados Unidos 1957 16 1 0 6,04 4.092 59,6

Morto na queda do X-15-3

Especificações

North American X-15 3-view.svg

Outras configurações incluem os Motores de reação XLR11 equipados com X-15 e a versão longa.

Características gerais

  • Tripulação: Um
  • Comprimento: 15,47 m (50 pés e 9 pol.)
  • Envergadura: 22 pés 4 pol. (6,81 m)
  • Altura: 13 pés e 3 pol. (4,04 m)
  • Área da asa: 200 pés quadrados (19 m 2 )
  • Peso vazio: 14.600 lb (6.622 kg)
  • Peso bruto: 34.000 lb (15.422 kg)
  • Powerplant: 1 × Motores de reação XLR99 -RM-2 motor de foguete de combustível líquido , 70.400 lbf (313 kN) de empuxo

atuação

  • Velocidade máxima: 4.520 mph (7.270 km / h, 3.930 kn)
  • Alcance: 280 mi (450 km, 240 nm)
  • Teto de serviço: 354.330 pés (108.000 m)
  • Taxa de subida: 60.000 pés / min (300 m / s)
  • Empuxo / peso : 2,07

Veja também

Aeronave de função, configuração e época comparáveis

Listas relacionadas

Referências

Notas

Bibliografia

links externos

NASA
Não NASA