X-15 norteamericano


El North American X-15 es un avión hipersónico propulsado por cohetes . Fue operado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio como parte de la serie X-plane de aviones experimentales . El X-15 estableció récords de velocidad y altitud en la década de 1960, llegando al borde del espacio exterior y regresando con datos valiosos utilizados en el diseño de aeronaves y naves espaciales . La velocidad más alta del X-15, 4.520 millas por hora (7.274 km / h; 2.021 m / s), se logró en octubre de 1967, cuando William J. Knight voló a Mach6.70 a una altitud de 102,100 pies (31,120 m), o 19.34 millas. Esto estableció el récord mundial oficial de la velocidad más alta jamás registrada por un avión propulsado con tripulación, que permanece intacto. [1] [2] [3] [4]

Durante el programa X-15, 12 pilotos volaron un total de 199 vuelos. De estos, 8 pilotos volaron un total de 13 vuelos que cumplieron con el criterio de vuelo espacial de la Fuerza Aérea al exceder la altitud de 50 millas (80 km), calificando así a estos pilotos como astronautas . Los pilotos de la Fuerza Aérea calificaron para las alas de astronauta militar de inmediato, mientras que los pilotos civiles finalmente recibieron alas de astronauta de la NASA en 2005, 35 años después del último vuelo X-15. [5] [6]

X-15 después de encender el motor cohete
X-15A-2, con recubrimiento ablativo sellado, tanques de combustible externos y prueba simulada de ramjet

El X-15 se basó en un estudio de concepto de Walter Dornberger para el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) para un avión de investigación hipersónico . [7] Las solicitudes de propuestas (RFP) se publicaron el 30 de diciembre de 1954 para la estructura del avión y el 4 de febrero de 1955 para el motor de cohete . El X-15 fue construido por dos fabricantes: North American Aviation fue contratada para la estructura del avión en noviembre de 1955, y Reaction Motors fue contratada para construir los motores en 1956.

Como muchos aviones de la serie X , el X-15 fue diseñado para ser transportado en alto y lanzado desde debajo del ala de una nave nodriza B-52 . Air Force NB-52A, "The High and Mighty One" (serie 52-0003) y NB-52B, "The Challenger" (serie 52-0008, también conocido como Balls 8 ) sirvieron como aviones de transporte para todos los vuelos X-15. La liberación del X-15 de NB-52A se llevó a cabo a una altitud de aproximadamente 8,5 millas (13,7 km) y una velocidad de aproximadamente 500 millas por hora (805 km / h). [8] El fuselaje del X-15 era largo y cilíndrico, con carenados traseros que aplanaban su apariencia, y estabilizadores de aleta en cuña gruesos, dorsal y ventral. Partes del fuselaje (la piel exterior [9] ) eran de aleación de níquel resistente al calor ( Inconel -X 750). [7] El tren de aterrizaje retráctil constaba de un carro de rueda de morro y dos patines traseros. Los patines no se extendieron más allá de la aleta ventral, lo que requirió que el piloto tirara la aleta inferior justo antes de aterrizar. La aleta inferior fue recuperada en paracaídas.

Sistemas de cabina y piloto

Cabina de un X-15

El X-15 fue el producto de una investigación de desarrollo y se realizaron cambios en varios sistemas a lo largo del programa y entre los diferentes modelos. El X-15 se operó en varios escenarios diferentes, incluido el acoplamiento a un avión de lanzamiento, caída, arranque y aceleración del motor principal, vuelo balístico en el aire / espacio fino, reentrada en aire más denso, planeo sin motor para aterrizar y aterrizaje directo sin un arranque del motor principal. El motor del cohete principal funcionó solo durante una parte relativamente corta del vuelo, pero impulsó al X-15 a sus altas velocidades y altitudes. Sin el empuje del motor principal, los instrumentos y las superficies de control del X-15 siguieron funcionando, pero la aeronave no pudo mantener la altitud.

Como el X-15 también tenía que controlarse en un entorno donde había muy poco aire para las superficies de control de vuelo aerodinámico , tenía un sistema de control de reacción (RCS) que usaba propulsores de cohetes. [10] Había dos configuraciones diferentes de control de piloto X-15: una usaba tres joysticks, la otra, un joystick. [11]

El tipo X-15 con múltiples palancas de control para el piloto colocaba un timón y una palanca tradicionales entre un joystick izquierdo que enviaba comandos al Sistema de Control de Reacción, [12] y un tercer joystick a la derecha utilizado durante maniobras de alta G para aumentar la palo central. [12] Además de la entrada del piloto, el X-15 " Stability Augmentation System " (SAS) envió entradas a los controles aerodinámicos para ayudar al piloto a mantener el control de actitud . [12] El sistema de control de reacción (RCS) podría funcionar en dos modos: manual y automático. [11] El modo automático utilizó una función llamada "Sistema de aumento de reacción" (RAS) que ayudó a estabilizar el vehículo a gran altitud. [11] El RAS se usó típicamente durante aproximadamente tres minutos de un vuelo X-15 antes del apagado automático. [11]

La configuración de control alternativa utilizó el sistema de control de vuelo MH-96, que permitió un joystick en lugar de tres y simplificó la entrada del piloto. [13] El MH-96 podía combinar automáticamente los controles aerodinámicos y de cohetes, dependiendo de la eficacia de cada sistema para controlar la aeronave. [13]

Entre los muchos controles estaban el acelerador del motor cohete y un control para deshacerse de la aleta ventral de la cola. [12] Otras características de la cabina incluían ventanas con calefacción para evitar la formación de hielo y un reposacabezas delantero para períodos de alta desaceleración. [12]

El X-15 tenía un asiento eyectable diseñado para operar a velocidades de hasta Mach 4 (4,480 km / h; 2,784 mph) y / o 120,000 pies (37 km) de altitud, aunque nunca se usó durante el programa. [12] En caso de eyección, el asiento fue diseñado para desplegar aletas, que se utilizaron hasta que alcanzó una velocidad / altitud más segura para desplegar su paracaídas principal. [12] Los pilotos llevaban trajes presurizados, que podían presurizarse con gas nitrógeno. [12] Por encima de los 35.000 pies (11 km) de altitud, la cabina se presurizó a 3,5 psi (0,24 atm) con gas nitrógeno, mientras que el oxígeno para respirar se suministró por separado al piloto. [12]

Propulsión

Cola X-15 con XLR-99

Los 24 vuelos propulsores iniciales utilizaron dos motores de cohete propulsores líquidos XLR11 de Reaction Motors , mejorados para proporcionar un total de 16,000 libras-fuerza (71 kN) de empuje en comparación con las 6,000 libras-fuerza (27 kN) que un solo XLR11 proporcionó en 1947 para convertir al Bell X-1 en el primer avión en volar más rápido que la velocidad del sonido . El XLR11 utilizó alcohol etílico y oxígeno líquido .

En noviembre de 1960, Reaction Motors entregó el motor de cohete XLR99 , generando 57,000 libras de fuerza (250 kN) de empuje. Los 175 vuelos restantes del X-15 utilizaron motores XLR99, en una configuración de un solo motor. El XLR99 usó amoníaco anhidro y oxígeno líquido como propulsor, y peróxido de hidrógeno para impulsar la turbobomba de alta velocidad que entregaba propulsores al motor. [10] Podría quemar 15.000 libras (6.804 kg) de propulsor en 80 segundos; [10] Jules Bergman tituló su libro sobre el programa Ninety Seconds to Space para describir el tiempo total de vuelo propulsado de la aeronave. [14]

El sistema de control de reacción X-15 (RCS), para maniobrar en el entorno de baja presión / densidad, utilizó peróxido de alta prueba (HTP), que se descompone en agua y oxígeno en presencia de un catalizador y podría proporcionar un impulso específico de 140 segundos. [11] [15] El HTP también alimentó una turbobomba para los motores principales y las unidades de potencia auxiliar (APU). [10] Los tanques adicionales para helio y nitrógeno líquido realizaron otras funciones; el interior del fuselaje se purgó con gas helio y se utilizó nitrógeno líquido como refrigerante para varios sistemas. [10]

Cola de cuña y estabilidad hipersónica

X-15 unido a su nave nodriza B-52 con un T-38 volando cerca

El X-15 tenía una cola de cuña gruesa que le permitía volar de manera constante a velocidades hipersónicas. [16] Esto produjo una cantidad significativa de resistencia base a velocidades más bajas; [16] el extremo romo en la parte trasera del X-15 podría producir tanta resistencia como un caza estelar F-104 completo . [dieciséis]

Se utilizó una forma de cuña porque es más eficaz que la cola convencional como superficie estabilizadora a velocidades hipersónicas. Se requería un área de cola vertical igual al 60 por ciento del área del ala para darle al X-15 una estabilidad direccional adecuada.

-  Wendell H. Stillwell, Resultados de la investigación X-15 (SP-60)

La estabilidad a velocidades hipersónicas se vio favorecida por paneles laterales que podían extenderse desde la cola para aumentar el área de superficie general, y estos paneles se duplicaron como frenos de aire. [dieciséis]

Pilotos del X-15 a diciembre de 1965, de izquierda a derecha: Joe Engle , Bob Rushworth , John McKay , Pete Knight , Milt Thompson y Bill Dana .
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Noticiero que muestra un vuelo de prueba del X-15 en 1959

Altitudes alcanzadas por X-15 aviones estuvieron a la altura de los de Alan Shepard 's y Gus Grissom ' s Proyecto Mercury cápsulas espaciales en 1961, o de cualquier otro humano nave espacial , excepto el SpaceShipTwo avión espacial. Sin embargo, el X-15 ocupa el primer lugar entre los aviones tripulados propulsados ​​por cohetes, convirtiéndose en el primer avión espacial operativo del mundo a principios de la década de 1960.

Antes de 1958, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) y los funcionarios de la NACA discutieron un avión espacial orbital X-15 , el X-15B que se lanzaría al espacio exterior desde lo alto de un misil SM-64 Navaho . Esto se canceló cuando la NACA se convirtió en NASA y adoptó el Proyecto Mercurio en su lugar.

En 1959, el programa de planeadores espaciales Boeing X-20 Dyna-Soar se convertiría en el medio preferido de la USAF para poner en órbita naves espaciales tripuladas por militares. Este programa se canceló a principios de la década de 1960 antes de que se pudiera construir un vehículo operativo. [5] Se consideraron varias configuraciones del Navajo, y otra propuesta involucró una etapa Titán I. [17]

Se construyeron tres X-15, que realizaron 199 vuelos de prueba, el último el 24 de octubre de 1968.

El primer vuelo X-15 fue un vuelo de planeo sin motor de Scott Crossfield , el 8 de junio de 1959. Crossfield también pilotó el primer vuelo motorizado el 17 de septiembre de 1959, y su primer vuelo con el motor cohete XLR-99 el 15 de noviembre de 1960. Doce pruebas los pilotos volaron el X-15. Entre ellos se encontraban Neil Armstrong , más tarde astronauta de la NASA y el primer hombre en poner un pie en la Luna, y Joe Engle , más tarde comandante de las misiones del transbordador espacial de la NASA.

En una propuesta de 1962, la NASA consideró usar el B-52 / X-15 como plataforma de lanzamiento para un cohete Blue Scout para colocar satélites que pesen hasta 150 libras (68 kg) en órbita. [17] [18]

En julio y agosto de 1963, el piloto Joe Walker superó los 100 km de altitud, uniéndose a los astronautas de la NASA y cosmonautas soviéticos como los primeros seres humanos en cruzar esa línea en su camino hacia el espacio exterior . La USAF otorgó alas de astronauta a cualquiera que alcanzara una altitud de 50 millas (80 km), mientras que la FAI estableció el límite de espacio en 100 kilómetros (62,1 millas).

El 15 de noviembre de 1967, el piloto de pruebas de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Mayor Michael J. Adams , murió durante el vuelo 191 del X-15 cuando X-15-3, AF Ser. No. 56-6672, entró en un giro hipersónico mientras descendía, luego oscilaba violentamente a medida que aumentaban las fuerzas aerodinámicas después del reingreso. A medida que el sistema de control de vuelo de su avión operaba las superficies de control hasta sus límites, la aceleración aumentaba a 15  g 0 (150  m / s 2 ) vertical y 8,0  g 0 (78  m / s 2 ) lateral. El fuselaje se rompió a 60.000 pies (18 km) de altitud, esparciendo los restos del X-15 en 50 millas cuadradas (130 km 2 ). El 8 de mayo de 2004, se erigió un monumento en la ubicación de la cabina, cerca de Johannesburgo, California . [19] El Mayor Adams recibió póstumamente alas de astronauta de la Fuerza Aérea para su último vuelo en el X-15-3, que había alcanzado una altitud de 50,4 millas (81,1 km). En 1991, su nombre se agregó al Astronaut Memorial . [19]

Accidente X-15-2 en Mud Lake, Nevada

El segundo avión, X-15-2, fue reconstruido después de un accidente de aterrizaje el 9 de noviembre de 1962 que dañó la nave e hirió a su piloto, John McKay . Se alargó 2,4 pies (73 cm), tenía un par de tanques de combustible auxiliares unidos debajo de su fuselaje y alas, y se le añadió un recubrimiento ablativo resistente al calor completo . El avión pasó a llamarse X-15A-2 y tomó vuelo por primera vez el 25 de junio de 1964. Alcanzó su velocidad máxima de 4.520 millas por hora (7.274 km / h) en octubre de 1967 con el piloto William "Pete" Knight de la Fuerza Aérea de los EE. UU. en control.

Se utilizaron cinco aviones principales durante el programa X-15: tres aviones X-15 y dos bombarderos NB-52 "no estándar" modificados :

  • X-15-1 - 56-6670 , 81 vuelos libres
  • X-15-2 (más tarde X-15A-2 ) - 56-6671 , 31 vuelos gratuitos como X-15-2, 22 vuelos gratuitos como X-15A-2; 53 en total
  • X-15-3 - 56-6672 , 65 vuelos gratuitos, incluido eldesastredel Vuelo 191
  • NB-52A - 52-003 apodado El Alto y Poderoso (se retiró en octubre de 1969)
  • NB-52B - 52-008 apodado The Challenger , más tarde Balls 8 (retirado en noviembre de 2004)

Además, los aviones de persecución F-100 , F-104 y F5D y los transportes C-130 y C-47 apoyaron el programa. [20]

El vuelo número 200 sobre Nevada se programó por primera vez para el 21 de noviembre de 1968, y lo volaría William "Pete" Knight. Numerosos problemas técnicos y brotes de mal tiempo retrasaron este vuelo propuesto seis veces, y fue cancelado definitivamente el 20 de diciembre de 1968. Este X-15 (56-6670) se separó del B-52 y luego se almacenó indefinidamente. Posteriormente, el avión fue donado al Smithsonian Air & Space Museum para su exhibición.

  • NB-52A (s / n 52-003), variante de prueba permanente, que lleva un X-15, con marcas de misión; Las siluetas horizontales X-15 denotan vuelos de planeo, las siluetas diagonales denotan vuelos propulsados.

  • X-15 justo después del lanzamiento.

  • X-15 aterrizando sobre sus patines, con la aleta ventral inferior desechada.

  • X-15A-2 (56-6671) con tanques de combustible externos

X-15 en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC
X-15 en el Museo de la USAF
  • X-15-1 (AF Ser. No. 56-6670) estaba en exhibición en la galería "Milestones of Flight" del Museo Nacional del Aire y el Espacio , Washington, DC , (Debido a las renovaciones del museo, el avión ya no está temporalmente en exhibicion).
  • X-15A-2 (AF Ser. No. 56-6671) se encuentra en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson , cerca de Dayton, Ohio . Fue retirado al museo en octubre de 1969. [21] El avión se exhibe en la Galería de Investigación y Desarrollo del museo junto con otros "aviones X", incluidos el Bell X-1 B y el Douglas X-3 Stiletto .

Maquetas

  • Dryden Flight Research Center , Edwards AFB , California, Estados Unidos (pintado con AF Ser. No. 56-6672)
  • Museo Pima Air & Space , adyacente a Davis-Monthan AFB , Tucson, Arizona (pintado con AF Ser. No. 56-6671)
  • Evergreen Aviation & Space Museum , McMinnville, Oregon (pintado con AF Ser. No. 56-6672). Una maqueta de madera a gran escala del X-15, se muestra junto con uno de los motores de cohetes.

Naves nodrizas Stratofortress

NB-52B Balls 8 despega con un X-15
  • NB-52A (AF Ser. No. 52-003) se exhibe en el Museo Pima Air & Space adyacente a Davis – Monthan AFB en Tucson, Arizona. Lanzó el X-15-1 30 veces, el X-15-2, 11 veces y el X-15-3 31 veces (así como el M2-F2 cuatro veces, el HL-10 11 veces y el X -24A dos veces).
  • NB-52B (AF Ser. No. 52-008 ) está en exhibición permanente afuera de la puerta norte de Edwards AFB , California. Lanzó la mayoría de vuelos X-15.

Vuelos más altos

Durante 13 de los 199 vuelos totales de X-15, ocho pilotos volaron por encima de 264.000 pies o 50 millas, por lo que calificaron como astronautas de acuerdo con la definición de frontera espacial de los Estados Unidos. Los cinco pilotos de la Fuerza Aérea volaron más de 50 millas y recibieron alas de astronauta militar al mismo tiempo que sus logros, incluido Adams, quien recibió la distinción póstumamente después del desastre del vuelo 191. [22] Sin embargo, los otros tres eran empleados de la NASA y no recibieron una decoración comparable en ese momento. En 2004, la Administración Federal de Aviación confirió sus primeras alas de astronauta comerciales a Mike Melvill y Brian Binnie , pilotos del SpaceShipOne comercial , otro avión espacial con un perfil de vuelo comparable al del X-15. Después de esto, en 2005, la NASA otorgó retroactivamente sus alas de astronauta civil a Dana (que entonces vivía) y a McKay y Walker (póstumamente). [23] [24] Forrest S. Petersen, el único piloto de la Armada en el programa X-15, nunca llevó el avión por encima de la altitud requerida y, por lo tanto, nunca ganó alas de astronauta.

De los trece vuelos, solo dos -los vuelos 90 y 91, piloteados por Walker- superaron la línea Kármán , la altitud de 100 km reconocida internacionalmente utilizada por la FAI para denotar el borde del espacio.

fatal

Los vuelos más rápidos registrados

Puntos de referencia clave de velocidad y altitud del X-15

Muerto en el accidente del X-15-3
** White reemplazó al piloto seleccionado Iven Kincheloe , quien murió antes del primer vuelo del X-15.

North American X-15 3-view.svg

Otras configuraciones incluyen el X-15 equipado con Reaction Motors XLR11 y la versión larga.

Características generales

  • Tripulación: uno
  • Longitud: 50 pies 9 pulg (15,47 m)
  • Envergadura: 22 pies 4 pulgadas (6,81 m)
  • Altura: 13 pies 3 pulgadas (4.04 m)
  • Área del ala: 200 pies cuadrados (19 m 2 )
  • Peso vacío: 14,600 lb (6,622 kg)
  • Peso bruto: 34.000 lb (15.422 kg)
  • Planta motriz: 1 × Reaction Motors XLR99 -RM-2 motor de cohete de combustible líquido , 70,400 lbf (313 kN) de empuje

Actuación

  • Velocidad máxima: 4.520 mph (7.270 km / h, 3.930 nudos)
  • Alcance: 280 mi (450 km, 240 nmi)
  • Techo de servicio: 354,330 pies (108,000 m)
  • Velocidad de ascenso: 300 m / s (60.000 pies / min)
  • Empuje / peso : 2,07

  • SpaceShipOne
  • Nave espacialDos

Aeronaves de función, configuración y época comparables

  • Campana X-2
  • Douglas D-558-2 Skyrocket

Listas relacionadas

  • Lista de aviones cohete
  • Lista de vuelos X-15
  • Lista de accidentes e incidentes relacionados con vuelos espaciales

Notas

  1. ^ Haskins, Caroline; Anderson, Brian; Koebler, Jason (6 de octubre de 2017). "Por qué el récord de velocidad de vuelo pilotado no se ha roto en 50 años" . Consultado el 5 de febrero de 2019 .
  2. ^ Gibbs, Yvonne, ed. (28 de febrero de 2014). "Hoja de datos de la NASA Armstrong: programa de investigación hipersónica X-15" . NASA . Consultado el 4 de octubre de 2015 .
  3. ^ "Aviones de investigación de alta velocidad norteamericanos X-15" . Aerospaceweb.org . 2010 . Consultado el 24 de noviembre de 2008 .
  4. ^ Jacopo Prisco (28 de julio de 2020). "X-15: El avión cohete tripulado más rápido de la historia" . CNN . Consultado el 12 de noviembre de 2020 .
  5. ↑ a b Jenkins , 2001 , p. 10.
  6. ^ Thompson, Elvia H .; Johnsen, Frederick A. (23 de agosto de 2005). "NASA Honors High Flying Space Pioneers" (Comunicado de prensa). NASA. Lanzamiento 05-233.
  7. ↑ a b Käsmann , 1999 , p. 105.
  8. ^ "Lanzamiento X-15 desde la nave nodriza B-52" . Centro de investigación de vuelo Armstrong. 6 de febrero de 2002. Foto E-4942.
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  22. ^ Jenkins (2000), Apéndice 8, p. 117.
  23. ^ Johnsen, Frederick A. (23 de agosto de 2005). "Pioneros X-15 honrados como astronautas" . NASA .
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NASA
  • X-15: Investigación hipersónica en el borde del espacio
  • Hipersónicos antes del transbordador: una historia concisa del avión de investigación X-15
  • El cortometraje Research Project X-15 está disponible para su descarga gratuita en Internet Archive
No perteneciente a la NASA
  • X-15A en Encyclopedia Astronautica
  • X-15: Avión de investigación avanzada , resumen de diseño de North America Aviation