North American X-15

„Hiperszonikus majdneműrhajó”


Tervezés:

A járművek fejlődésének egyik elsődleges előremozdítói a rekordok: a korábbiaknál gyorsabban, magasabbra, távolabbra jutás vágya. Ezeket a törekvéseket gyakran a hadseregek is támogatják, hogy általuk újabb, az elődöket felülmúló harcjárművekhez jussanak.

Jó példa erre a repülés: bár szűk értelemben csak a XX. század elején terjedtek el és a 100 km/h-s rekordot csak 1910-ben sikerült átlépni, a repülésben mindkét világégés hatalmas fejlődést jelentett.

A második világháború végére a kétsoros dugattyús motorok teljesítménye gyakran már a 2000 lóerőt is meghaladta és több típussal sikerült vízszintes repülésben elérni a 700 km/h-s sebességet (ezzel azonban elérték e technológia határát)

A fejlődés ennek ellenére nem állt meg, mert ekkorra már működőképesek voltak a sugárhajtóművek, melyek a korábbiknál nagyságrendekkel nagyobb tolóerő leadására voltak képesek.

Az Amerikai Egyesült Államokban a NACA (angol; nemzeti légügyi tanácsadó bizottság, a NASA elődje) elindított egy mai napig tartó program-sorozatot (”X”-repülők), melyben újfajta technológiákat próbáltak ki, későbbi katonai felhasználás céljával.

Az első project a rakétahajtású X-1 volt, melyet a Bell repülőgépgyártó épített és a típus elsőként lépte át a hangsebességet.

A program ezután két kategóriára oszlott: ebből az egyik az új megoldásokra helyezte a hangsúlyt (pl.: csupaszárny X-4, változtatható szárny-nyilazású X-5 vagy a Convair XFY-hoz hasonlóan függőlegesen felszálló X-13). A másik csapásirány a minél nagyobb teljesítmény elérése volt: ebből a célból épült a hangsebesség háromszorosára képes X-3 vagy a később az SR-71-es kémrepülőn is használt torlósugaras hajtómű repülő próbapadja, az X-7.

A kísérletek alapján a dugattyús motorok hangsebesség alatti (szubszonikus), a sugárhajtóművek hangsebesség feletti (transszonikus) sebességre képesek, a leggyorsabb torlósugár-hajtóműves járművekkel elérhető sebesség kb. 4 Mach volt.

Az ötvenes évek közepén három amerikai szervezet, a NACA, a USAF (légierő) és a US Navy (haditengerészet) közösen finanszírozott egy programot, melynek célja egy olyan jármű megalkotása volt, amely képes elérni az ötszörös hangsebességet (5 Mach, a hiperszonikus sebesség alsó határa).

Ez az embert és gépet egyaránt a végletekig megterhelő kísérlet az űrrepülés egyik elődje is volt: bár megfelelő erejű hordozórakétákkal már folytak kutatások, e program a mezoszféra (80 km) feletti repülés emberre gyakorolt hatását is tanulmányozta.

Az 1955-ös X-15 kódnevű gépet két cég készítette: a North American vállalat NA-240-es tervében a Reaction Motors (röviden RMI) hajtóműve dolgozott (az RMI készítette az X-1 rakéta-hajtóművét is).


Konstrukció:

A Lockheed F-104 „Starfighter” vadászgépet gyakran „rakéta, benne egy emberrel” kifejezéssel emlegették, de ez az elnevezés sokkal jobban illett az X-15-re. A rekorder jármű négy részből állt: az orrban volt a pilótafülke, mögötte ez üzemanyagtartályok, hátul a hajtómű kiömlőnyílása, a törzs közepén pedig a szárnyak.

Hiperszonikus sebességnél az elnyújtott forma az ideális és mivel ekkor a levegőben maradáshoz szükséges erőt már szinte kizárólag a hajtómű szolgáltatja, a kör keresztmetszetű X-15-ös kisméretű trapézszárnyakat kapott.

A hagyományos elrendezésű vezérsíkok igen kisméretűek voltak, viszont a nagy igénybevétel miatt (a szárnyakhoz hasonlóan) jóval vastagabbra tervezték őket a megszokottnál. Mivel a repülés legmagasabb szakaszán, a légritka térben ezek az aprócska szárnyak gyakorlatilag használhatatlanok voltak, a gép orrába és a farba is beépítettek egy-egy kisméretű, manőverezést-segítő rakétát.

A repülő mozgatásáról kezdetben a Reaction Motors két XLR11-es hajtóműve gondoskodott: az etil-alkohol és folyékony oxigén keverékével működő motorok 27-27 kN tolóerő leadására voltak képesek. A rekord eléréséhez ez kevés lett volna, ezért később áttértek az egyetlen (Thiokol) XLR99-es (ammónia-folyékony oxigén) hajtómű alkalmazására, amely elődei együttes teljesítményének az ötszörösére volt képes (összehasonlításként: a szintén rekorder XB-70 „Valkyrie” hajtóművei utánégetővel is az XLR99 teljesítményének kb. a felére, 128 kN-ra voltak képesek).

A minél nagyobb sebesség eléréséhez az X-15-ös egyéb alkatrészeinek tömegét a lehető legkisebbre kellett csökkenteni. A cél érdekében többek között a vezethetőséget is fel kellett áldozni. A pilóta alig látott ki a kisméretű ablakokon és a gép repülési jellemzői is kifejezetten rosszak voltak - ez azért volt fontos, mert az utolsó szakaszban a gépet vitorlázva kellett letenni (ld. „Szolgálatban” bekezdés).

A tömeg további csökkentésére egy régi, de jól bevált megoldást választottak - hátsó, teherviselő kerekek és a nehéz behúzó mechanizmus helyett két kiengedhető csúszótalppal oldották meg a földet érést (hasonlóan egyes második világháború végi német és japán rakétahajtású géphez).

Az X-15-ös egyik legfontosabb megoldandó problémája (a többi rendkívül nagy sebességű repülőhöz hasonlóan) a termelődő hő megfelelő evezetése volt. A gép orr-részét úgy alakították ki, hogy a hő egy részét továbbadja - ezáltal az egész törzs 300 C fokra hevült fel, viszont a belépőél és az orrcsúcs terhelése is elfogadható szinten (700 C fok alatt) maradt.

Ez még mindig túl sok lett volna, ezért a mesterséges hűtés mellett a gépet egy speciális, leégő bevonattal is ellátták, mely égése közben hőt vont el a géptörzstől.

Mivel a típus kizárólag a rekord-kísérlethez készült, sohasem hordozott fegyvereket (erre nem is volt lehetőség, mivel a belső szekciót az üzemanyag töltötte ki és nem létezett olyan fegyver, amely károsodás nélkül elviselte volna az óriási hőt).


Szolgálatban:

Mivel az X-15 hajtóműve csak néhány percig üzemelt, a gép nem volt képes önállóan a levegőbe emelkedni (a súlycsökkentés miatt szó sem lehetett kiegészítő hajtóműről). A start előtt ezért a mintegy 15 tonnás repülőt egy B-52-es bombázó szárnya alá rögzítették, majd az X-15-ös megfelelő sebességnél (800 km/h fölött) levált a hordozóról.

A hajtómű csak az önálló repülés kezdeti fázisában működött: ekkor rövid idő alatt hihetetlen sebességre és magasságba emelte a gépet. A ballisztikai pályára állított X-15-ös a legmagasabb fázisban kiért a világűrbe, pár percig a súlytalanságban haladt, majd visszatért a légkör sűrűbb, alsó rétegébe.

Az utolsó szakaszban a típussal vitorlázva közelítették meg a leszállópályát, mivel el kellett ”veszíteni” a korábbi rendkívüli sebességet (ennek a procedúrának a bonyolultabb változatát használták a mára nyugdíjazott szovjet és amerikai űrsiklók is).

A kétkomponensű hajtóművel felszerelt X-15-ös szerkezetileg rendkívül egyszerű, ennek ellenére a program kezdetben elég döcögősen haladt. Az XLR99-es hajtómű késett, ezért ideiglenesen a fent is említett, jóval szerényebb teljesítmény nyújtó XLR11-es hajtómű került beépítésre.

Az X-15első felszállásra 1959. június 8-án került sor (a kísérletek alatt a hordozó szerepét egy, a NASA birtokában lévő átalakított NB-52-es végezte). Ez még nem valódi repülés volt, mert a hajtóművet nem indították be.

Scott Crossfield berepülőpilótának nem volt könnyű dolga, mert a repülés végső szakaszában silórepülésben kellett földet érni egy olyan géppel, aminek gyakorlatilag nem voltak szárnyai (a siklórepülők ennek a vitorlázás megkönnyítésére rendkívül nagy fesztávú szárnyakat kapnak).

A sikeres tesztek után Crossfield még ugyanazon év szeptember 19-én végrehajtotta az első ”valódi” repülést, mely alatt elérte a hangsebesség kétszeresét.

Szűk két hónappal később (1959. A november 5-én) menet közben kigyulladt a hajtómű (ismét Crossfield vezetett). A pilóta sikeresen katapultált, de a gép a becsapódástól kettétört (ez a baleset igen szerencsés véget ért - a pilóta nem sérült meg és a gépet is sikerült helyrehozni).

1960 közepén már elérték a háromszoros hangsebességet (az XLR11-es hajtóművekkel összesen 27 repülést hajtottak végre, a legnagyobb sebesség 3,5 Mach volt).

Ezután kezdődtek a kísérletek az XLR99-es hajtóművel felszerelt X-15A-kal.

A Joe Walker pilóta vezette modell már jól mutatta a jármű hihetetlen teljesítményét: 1962. június 27-én 6605 km/h-val halad, egy évvel később (1963. augusztus 22) pedig 107.960. m magasságba emelkedett (ezt a magasságot hagyományos repülő máig nem múlta felül.

Egy újabb kényszerelszállást követően a második gépet X-15A-2-vé (ld. jobbra) alakítottak át (beépítettek egy törzstoldatot, módosították - még kisebbre - a kabin üvegezését és két külső kiegészítő üzemanyag-tartály szereltek fel). Az áttervezést (természetesen) a még nagyobb sebesség elérése indokolta. Az új gép a színében is különbözött az elődöktől: a hővédő burkolat fehér színe éles ellentétben állt a korábbi fekete borítással.

Ennek ellenére a várt teljesítménynövekedés csak 1967. október 3-án érett be, amikor William J. Knight pilóta elképesztő, 7297 km/h-s sebességet ért el (a baloldali fényképen ő látható az X-15A-2 előtt, 1965-ben). Sajnos repülés közben átégett a hajtóművet tartó konzol, emiatt kényszerleszállást kellett végrehajtani. Bár tűz nem ütött ki, de Knight-nak kényszerleszállást kellett végrehajtani (csakhogy a gép súlya még a biztonságos leszállósúly felett volt). A pilóta időben katapultált és túlélte a balesetet, de a második gép megsemmisült.

Sok más, a repülés korlátai feszegető repüléshez hasonlóan az X-15 karrierjét is beárnyékolja egy katasztrófa: a harmadikként elkészült gép 1967. november 17-én (Michael Adams pilótával a fedélzetén) a levegőben darabjaira hullott, megölve az őrnagyot.

A kísérleteket ennek ellenére nem állították le - az utolsó, 198. repülésre 1968. október 24-én került sor (a pilóták között megtalálhatjuk azt a Neil Alden Armstrong-ot is, aki később elsőként lépett a Holdra - ő hétszer repült az X-15-tel). Az X-15-ös project lezárása egyben az ember által vezetett csúcsteljesítményű hagyományos repülés végét is jelentette (az elért sebességi és magassági rekordot már csak űrrepülőgépek és rakéták tudták túlszárnyalni).

Ennek ellenére az X-15-ös program nem csak a kiemelkedő teljesítmény miatt fontos - az amerikaiak rengeteg értékes információhoz jutottak, melyeket később az űrrepülések alkalmával tudtak hasznosítani.

Az 1961-es pánikot követően (a szovjetek az addig magabiztosan USÁ-t megelőzve küldtek embert a világűrbe), felmerült, hogy egy átalakított változat, az X-15B szállítsa az első amerikai asztronautát (mivel a NACA-t beleolvasztották a frissen létrehozott NASA-ba, ezt a tervezetet a NASA Mercury űrkabinjának javára törölték).

Érdekes, hogy az X-15 ennek ellenére nem viselheti a leggyorsabb hagyományos repülő címet (mivel nem önerőből szállt fel, ezért külön kategóriában tartják számon). A magassági rekord viszont kétségtelen - az X-15 repüléseit több szervezet is űrrepülésnek ismeri el.

Bár a hidegháború végével elapadtak a pénzek az ehhez hasonló tervekre, a nem ember által irányított kategóriában közel négy évtized után új rekord született - 2004. november 16-án az X-43-as kísérleti repülő (szintén egy B-52-es szárnya alól indulva) kb. 12.144.km/h-s sebességet ért el (igaz, csupán 10 másodperc erejéig, utána a Csendes-óceánba zuhant).


Műszaki adatok:

Név: North American X-15

Típus: kísérleti (rakétahajtású) repülőgép

Fizikai jellemzők:

Hossz: 15,45 m

Fesztáv: 6,80 m

Magasság: 4,12 m

Szerkezeti tömeg: 6.620.kg

Max. felszálló tömeg: 15.420.kg

Motor: rakétahajtómű, 313 kN tolóerővel (Thiokol XLR99-RM-2)

Személyzet: 1 fő

Fegyverzet: nincs

Teljesítmények:

Végsebesség: 7274 km/h

Csúcsmagasság: 108.000.m

Emelkedőképesség: 18288 m/perc

Hatótávolság: 450 km


Vissza
Ötlet.Minőség.Elfnet.hu | 2011-2017 | Minden jog fenntartva.