Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США - Проект компании «Scaled Composites» (Часть 3)

Проект компании «Scaled Composites» (Часть 3)

Схема полета ракетоплана «SpaceShipOne» весьма схожа с высотными запусками самолета Х-15. Аппарат подвешивается на двух крюках под гондолой самолета-носителя «White Knight» (вкл. 54). Отцепка происходит на высоте 15,3 км прй скорости полета М=0,6.

После непродолжительного планирования и ухода от самолета-носителя пилот ракетоплана, увеличив угол тангажа, включает маршевый двигатель. Подъем происходит практически вертикально с перегрузкой 3—4 g. Через 65 с после запуска двигатель отключается на высоте 45 км, сообщив аппарату скорость около М=3,5. При приближении к апогею пилот дает команду на складывание крыла. С помощью пневмопривода его задняя часть (около 25% от длины базовой хорды) вместе с хвостовыми балками поднимается на угол 65е.

Достигнув по крутой баллистической траектории высоты 100 км, аппарат начнет столь же отвесный спуск. При снижении в состоянии невесомости, которая будет длиться 3—4 мин, пассажирам будет предоставлена возможность управления изделием с помощью газоструйных сопел (инер-циальная система наведения и ориентации имеет также приемники системы GPS).

При входе в плотные слои атмосферы со скоростью около М=3 угол атаки аппарата с поднятым «оперением» составит 53°, а аэродинамическое качество 0,7. Пиковая перегрузка при спуске не превысит 5 g, в течение примерно 20 с экипаж будет испытывать нагрузку в 4 g.

На высоте около 24 км после снижения скорости спуска до дозвуковых значений крыло будет возвращено в исходное положение, и аппарат начнет планирование с аэродинамическим качеством около 7 и скоростью около 200 км/ч. Посадка же должна осуществляться при скорости 126 км/ч.

Ракетоплан имеет комбинированное шасси с двумя основными опорами колесного типа и передним скользящим костылем. Выпуск шасси производится пружинными толкателями. Основные опоры оснащены тормозной системой с гидроприводом.

Штатные запуски аппарата «SpaceShipOne» осуществляются над территорией базы Эдвардз на удалении 63 км от аэродрома компании «Scaled Composites» в Мохаве, откуда взлетает самолет-носитель. Посадка ракетоплана производится в Мохаве; общая продолжительность его автономного полета после отцепки не превышает 30 мин.
В случае отказа маршевого двигателя при запуске ракетоплан сможет вернуться на свой аэродром. При возникновении серьезной аварии в полете экипаж будет покидать аппарат с парашютами. Контроль за ходом полета осуществляется с передвижного командного пункта.

Летная отработка аппарата «SpaceShipOne» началась весной 2003 г. — 20 мая был произведен первый совместный полет новой аэрокосмической системы. При испытании в кабине самолета находились два пилота, участвующих в программе; в незаправленном топливом ракетоплане был помещен массовый макет летчика. Кроме того, все его управляющие поверхности были зафиксированы в нейтральном положении. В ходе почти двухчасового полета самолет, поднявшись на высоту сброса аппарата, развил скорость 198 км/ч. Особенностью повторного совместного полета, состоявшегося 29 июля, стала штатная заправка аппарата окислителем, который был слит перед посадкой.

, Первый пилотируемый полет ракетоплана «SpaceShipOne» состоялся 7 августа 2003 г. Незаправленный, но с балластом 63, 4 кг в сопле двигателя аппарат был отделен на высоте 14,3 км при скорости 190 км/ч. Устойчивое планирование проходило на скоростях 180—200 км/ч. При скорости 138 км/ч началась тряска ручки управления, вызванная неустойчивым обтеканием. Пилот увеличил скорость полета (с боковым скольжением) и довел ее до значения 270 км/ч, после чего максимально отклонил рули направления, используя их в качестве тормоза.

После успешно выполненного маневра аппарат начал заход на посадку со скоростью 184 км/ч; касание аэродромной полосы произошло при скорости 133 км/ч. Некоторую озабоченность у конструкторов вызвал большой угол тангажа 13°, при котором клиренс между нижней частью вертикального оперения и землей составил всего 30—40 см (при наклоне 17° произошло бы касание). Общая продолжительность полета составила 19 мин.

Весьма сложным и напряженным стал второй планирующий полет аппарата 27 августа 2003 г. Вскоре после отцепки от самолета, на высоте 13 км при скорости 162 км/ч пилот привел в действие механизм складывания крыла. Подъем его задней части привел к увеличению угла атаки ракетоплана до 70° и росту аэродинамического сопротивления, в результате чего началось практически вертикальное снижение со скоростью 50 м/с. Постепенно корпус аппарата принял горизонтальное (по линии горизонта) положение, при котором эффективно работали рули направления и стабилизаторы. При индикаторной скорости 108 км/ч был зарегистрирован несильный бафтинг.

На 70 с полета на высоте 9 км оперение было переведено в нормальное состояние, и аппарат начал планирование с углом -30° к горизонту, быстро увеличивая скорость. На этом этапе был произведен маневр по определению критического угла атаки незаправленного аппарата, то есть имевшего переднею центровку. Срыв потока начался при угле атаки 19° на скорости 126 км/ч.

После выравнивания скорость аппарата была доведена до 360 км/ч и выполнен маневр с перегрузкой 3,4 g. Под завершение полета, длившегося 10,5 мин, летчик выполнил «бочку» и совершил посадку при сильном ветре, потребовавшем использования тормозной системы при пробеге.

Первые проблемы с аэродинамикой аппарата «SpaceShipOne» возникли 23 сентября при третьем полете, когда началась отработка планирования с задней центровкой. Смещение центра масс было обеспечено крепежом стальных пластин массой 77 кг в макете сопла маршевого двигателя. Подобный режим спуска может возникнуть в случае аварийного останова двигателя и возвращения на базу с остатками горючего в камере сгорания.

Вскоре после отцепки при эквивалентной скорости 153 км/ч аппарат вошел в режим срыва потока (при передней центровки это происходит при меньшей эквивалентной скорости — около 126 км/ч). Но при этом резко увеличился угол тангажа (до 20°), уменьшить который с помощью элевонов не удалось. С большим трудом пилоту удалось вывести изделие в относительно нормальный планирующий полет, отказавшись от ранее запланированных маневров. Заход на посадку происходил при скорости почти 200 км/ч, что на 5% превысило номинальное значение.

Анализ возникшей аномалии и моделирование обтекания хвостовой части показали, что зависание ракетоплана произошло в результате срыва потока со стабилизатора, создавшего настолько сильный момент на кабрирование, что элевоны не смогли его скомпенсировать.

Для устранения подобного явления был предложен ряд доработок оперения, в частности стабилизатор был оборудован аэродинамическим гребнем, который предотвращает ранний срыв потока на концевых частях поверхности, повышая тем самым эффективность элевонов. Кроме того, на хвостовой балке перед стабилизатором был установлен тонкий горизонтальный зализ, для соответствующего направления сорванного с законцовки крыла потока.

емкостью с водой, помещенной в хвостовом отсеке. Аппарат сохранял хорошую устойчивость и управляемость при срыве потока на скорости 234 км/ч, а также когда пилот выполнял интенсивные маневры со скольжением для инициирования различных вихревых потоков.

Затем балластная вода была слита для смещения центра масс к носку аппарата. При передней центровке было сложено крыло, причем операция выполнялась при критических углах атаки. Тем не менее управляемость изделием полностью сохранилась. После проверки бортового оборудования пилот опустил «оперение» и завершил полет, длившийся 17 мин 49 с.

После этого испытания на аппарате «SpaceShipOne» был установлен стабилизатор большего размаха с удлиненными элевонами. Увеличение длины оперения позволило существенно повысить его эффективность, что и было подтверждено в двух ноябрьских полетах (14 и 19 числа), выполнявшихся с предельно задней центровкой изделия.

Важным этапом в реализации программы стал восьмой полет ракетоплана «SpaceShipOne», осуществленный 17 декабря 2003 г. Столетняя годовщина полета самолета братьев Райт была отмечена новой вехой в авиации — впервые созданный на частные средства пилотируемый аппарат преодолел звуковой барьер.

Для выполнения полета с непродолжительным запуском маршевого двигателя топливный бак окислителя ракетоплана был заправлен примерно на треть, а в камеру сгорания помещено около половины штатного топливного заряда.

Отцепка аппарата «SpaceShipOne» от самолета «White Knight» произошла на высоте 14,4 км при скорости М=0,55. После- непродолжительного планирования до высоты 13,2 км пилот увеличил угол тангажа и включил двигатель. С перегрузкой 2,5 g аппарат начал набор высоты с углом наклона траектории 60е.

Спустя 9 с его скорость превысила М=1, при этом были зафиксированы небольшие колебания в плоскости крена. (Послеполетный анализ телеметрии не показал возможностей сколько-нибудь опасного развития этой аномалии. Поэтому было решено не проводить каких-либо доработок с резолюцией: «По этим вибрациям пассажиры будут знать о преодолении звукового барьера».)

Активный участок длился 15 с, в течение которых ракетоплан развил скорость М=1,2. Отключение в достаточно плотных слоях атмосферы двигателя, работавшего практически при полной тяге, вызвало тормозную перегрузку 1,2 g, превысившую номинальную примерно на 30%. При штатном полете останов двигателя будет производиться более медленно, с постепенным снижением тяги за счет падения давления в баке окислителя.

По баллистической, близкой к вертикальной траектории ракетоплан поднялся на высоту 20,7 км. Перед достижением апогея пилот поднял «оперение». При прохождении пика траектории в течение 10—15 с длился период «микроневесомости» порядка 0,1 g.

Падение аппарата длилось около 1 мин, после чего летчик, опустив хвостовую часть, начал 12-минутное планирование на аэродром. Удачный полет был немного «смазан» нештатной посадкой: при выравнивании начались колебания по крену. В результате превышения нагрузок при приземлении сломалась левая нога шасси и опершийся на вертикальный киль хвостового оперения ракетоплан вынесло с полосы. Торможение было непродолжительным. Пилот не пострадал, а повреждения аппарата оказались незначительными.

Произошедшая авария не смогла обесценить успех компании «Scaled Composites». Более того, он был дополнен небольшой сенсацией: спонсор проекта решил назвать свое имя — им оказался миллиардер Пол Гарднер Аллен (1953 г.р.), один из основателей компании «Microsoft».

Второй высотный полет (8 апреля 2004 г.) стал как бы зеркальным отображением первого: нештатная ситуация возникла сразу же после отделения аппарата «SpaceShipOne» от самолета-носителя — маршевый двигатель удалось запустить только на второй минуте планирования, когда аппарат снизился до высоты 11,5 км. Тем не менее за 40 с работы силовой установки ракетоплан разогнался до скорости М=1,6, позволившей ему затем подняться на высоту 31,5 км.

По мере накопления опыта (ранее компания «Scaled Composites» не создавала сверхзвуковых аппаратов) программа испытаний ракетоплана «SpaceShipOne» усложняется. 13 мая 2004 г. состоялся запуск изделия с продолжительностью работы двигателя 55 с, в результате чего пассивный участок полета начался на высоте 45 км при скорости М=2,5. Еще на начальной стадии разгона, вероятно из-за перегрузок, отключился основной дисплей приборной доски. Тем не менее, ориентируясь по горизонту, пилот обеспечил практически номинальную траекторию полета и достиг высоты 63,4 км.

Впервые за время испытаний вход в атмосферу осуществлялся на сверхзвуковой скорости М=1,9с углом атаки 53— 65° и перегрузкой 3,5 g. На этапе спуска возникли небольшие колебания аппарата в плоскости крена, что специалистами было объяснено плесканием в баке остатков окислителя (при этом запуске, как и при предшествующем, ракетоплан стартовал полностью заправленным).

Планирующий полет с высоты 16,5 км завершился штатной посадкой. По результатам последующего за приземлением осмотра было отмечено отличное состояние теплозащиты ракетоплана, не потребовавшей восстановительных работ перед новым стартом.

<<<Назад Страница 147 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz