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die rose的博客

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美国X系列试验机全揭秘(1):X-1 —— X-3  

2012-12-05 15:23:01|  分类: message |  标签: |举报 |字号 订阅

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美国X系列试验机全揭秘。本文基于维基百科的相关条目:因为zh.wikipedia中部分条目翻译并不完全,所以在这里的编译是基于en.wikipedia的条目版本进行的。

第一部分: X-1 至 X-3

X是一系列美国试验性航空器的代号,专用于测试新的航空/航天技术。通常为高度机密

我们就先从X-1开始吧

贝尔 X-1


贝尔X-1原名XS-1。是由NACA(美国国家航空咨询委员会)美国陆军、美国空军联合研制专用于超音速研究的项目。它是第一架在可控条件下水平飞行超越音速的航空器。同时也是X系列试验机中的第一架。

参数:

角色:火箭飞机,试验用航空器
厂商:贝尔航空
首飞:1946.1.19
状态:退役
主要用户:美国陆军航空队、美国国家航空咨询委员会

设计与研发:

1945.3.16。美国陆军航空兵试飞大队以及NACA(即现在的NASA)与贝尔航空签订协议建造3架XS-1(eXperimental, Supersonic 即试验性,超音速的简写).后称X-1。该航空器主要由于获得接近音速情况下的飞行数据。

X-1被称为“带机翼的子弹”,其外形接近于.50口径勃朗宁机枪弹(12.7mm)。因为该类弹药在超音速飞行中的很稳定。X-1座舱无弹射座椅,机鼻看上去就像是在一个子弹头上加装了一个挡风玻璃。改进型加装当初为英国Miles M.52喷气机设计的全动尾翼后使贝尔X-1能安全的突破音障。


火箭推进系统是由Reaction Motors建造的4燃烧室引擎。这是美国最早建造液态燃料推进引擎的公司之一。它燃烧乙烷基酒精与水和液氧的混合燃料。每个燃烧室能提供1500lbf(6700N)的推力。最初两架X-1试验机的燃料和氧气槽就是通过氮和一个蒸汽驱动涡轮泵
加压。燃料涡轮泵扮演着很重要的角色,它对于提升燃烧室压力和推力不可或缺。

试验记录
1946年1月25日。佛罗里达州 派恩堡陆军航空兵基地。
贝尔航空的首席试飞员威尔沃拉姆斯在一次滑翔飞行中成为驾驶XS-1的第一名飞行员。
1946年3月1号机被送回贝尔公司进行改造以准备在现今的爱德华兹空军基地进行动力飞行前,沃拉姆斯又驾驶其进行了9次滑翔飞行。由于沃拉姆斯于1946年8月30日意外身亡,古德林接替他成为了X-1-1主要试飞员,并在1946年-1947年期间进行了26次成功的飞行。

美国陆军航空兵对贝尔方面“过于谨慎”的试验步伐的不满与日俱增。数月的谈判后,陆军航空兵试飞大队与6月24日终止了与贝尔航空的合同。
古德林要求支付额外的150000美元才会进行突破音障的飞行。X-1-2的测试将会给后续高性能航空器的生产提供数据。

1947年10月14日,美国空军成为一个独立军种后一个月,首次载人飞行超音速试验到达了顶峰,查克·耶格驾驶X-1-1““迷人的葛兰妮”号由一架经过改造的B-29搭载升空后投放。X-1的峰值速度达到了1.06马赫(361m/s,1299km/h,807.2mph)
1949年1月5日,耶格驾驶X-1-1,在90秒内爬升到了23000英尺的高度(7000m)。

现状:


X-1-1,现展出于华盛顿特区的国家航空航天博物馆,放置于在“圣路易斯精神号”和“太空船一号”的旁边。

改进型:

X-1A
由空军订购于1948年4月2日。X-1A主要用于研究速度2马赫以上以及90000英尺(27km)以上高度的空气动力现象。较原版X-1要更长更重,气泡舱罩提供了更好的视野,使用和X-1A相同的XLR-11火箭引擎。该机于1953年1月14日在爱德华兹空军基地进行了首次无动力飞行。1月21日进行了首次动力飞行。
1953年12月12日。当耶格在74700英尺高度达成2.44马赫(2608km/h)的新速度记录时,不久后飞机突然失去控制。由于当时尚不了解“惯性耦合”这一现象,X-1A从最大高度急速下坠至25000英尺(7620m),飞行员暴露在8G的重力加速度中。再恢复对飞机的控制前耶格使用他的头盔打破了舱盖。
1954年NCAA在该机上加装了弹射座椅。
1955年8月8日准备从母机RB-50上分离时爆炸。

X-1B
该机型主要主要用于研究空气动力加热现象。飞机表面安装了超过300个热量探头。总共进行了27次试飞。
X-1C
X-1C被用来测试在高亚音速以及超音速飞行时的武器系统。还在设计中的X-1C被取消了。原因是F-86佩刀式战斗机和F-100超佩刀式战斗机这样的超音速战机的诞生使专门的测试平台已不再必要
X-1D
X-1D是首架第二代超音速火箭飞机。由EB-50A搭载投放,用于热传递研究。该机型装备了新的低压燃料系统和一个更大的油箱,航电设备也有一些小的改动。X-1D在罗杰斯干湖上空进行了首次飞行,这也是它唯一一次成功的飞行。无动力滑翔持续了9分钟,但在着陆时前方起落架失效,机身与地面接触滑行停止。修理花费了数周,第二次飞行定于8月中旬。1951年8月22日。在准备首次动力飞行时发生燃料爆炸。母机EB-50A执行丢弃操作,坠落时的撞击摧毁了X-1D。
X-1E

X-1E其实是大改之后的X-1-2。该机的任务是完成X-1D和X-1-3未完成的使命。
导致这两架飞机神秘爆炸的原因已查明,灌注了磷酸三甲苯酯(TCP,tricresyl phosphate)的乌尔姆皮革垫圈。这一皮革处置方式使用在液氧测量中。磷酸三甲苯酯在纯氧以及机械振动的环境中变的不稳定和易爆。为这一错误付出了2条人命,数人受伤以及损失多架飞机的代价。

该机型的改进包括:
1.一个涡轮泵燃料供给系统,替代了X-1-1和X-1-2的高压氮燃料系统。
2.重新设计的超薄机翼(翼根厚度为3又3/8英寸),基于X-3"短剑"的机翼设计,这使得X-1E能达到2马赫的速度。
3.“刀刃”挡风玻璃替代了之前的温室玻璃,上抬式座舱罩取代了侧开门,使其可以加装弹射座椅。
4.机体上加装了200个测量气压的端口和343个压力计。分别用于获取空气动力数据和测量结构负荷和机体与机翼产生的热量。
X-1E首飞于1955年12月15日,1958年11月在发现油箱壁结构裂缝前它已完成了26次飞行,并到达了3马赫的速度。

性能参数


贝尔 X-1
    * 乘员: 1
    * 长度: 30 英尺 11 英寸(9.4 m)
    * 翼展: 28 英尺 (8.5 m)
    * 高度: 10 英尺 10 英寸(3.3 m)
    * 翼面积: 130 平方英尺(12 m2)
    * 空载重量: 7,000 lb(3,175 kg)
    * 满载重量: 12,225 lb(5,545 kg)
    * 最大起飞重量: 12,250 lb(5,557 kg)
    * 发动机: 1×Reaction Motors XLR-11-RM3 火箭, 每个燃烧室6,000 lbf(26.7 kN)的推力
    * 最大速度: 957 mph (Mach 1.26) (1,541 km/h)
    * 续航: 5 分钟 (powered endurance)
    * 升限: 71,900 ft (21,900 m)
    * 机翼负荷: 94 lb/ft2 (463 kg/m2)
    * 推重比: 0.49


贝尔 X-1E
    * 乘员: 1
    * 长度: 31 ft (9.4488 m)
    * 翼展: 22 ft 10 in (6.9596 m)
    * 高度: 10 ft 10 in (3.3 m)
    * 机翼面积: 115 ft2 (10.684 m2)
    * 空载重量: 6,850 lb (3,107.107 kg)
    * 满载重量: 14,750 lb (6,690.487 kg)
    * 发动机: 1 × Reaction Motors RMI LR-8-RM-5 rocket, 6,000 lbf (26.7 kN)
    *最大速度:1450mph(2.4马赫)2333.548km/h
    *续航:4分45秒
    *升限:90000+ 英尺(27432m)

贝尔 X-2


角色:试验机
国家:美国
制造商:贝尔航空
首飞:1955.11.18
退役:1956.9.27
主要用户:美国空军 美国国家航空咨询委员会(NACA)

该机型被用来研究飞机在2-3马赫速度下飞行的表现。
贝尔X-2被建造用来获取超出X-1和D-558二型极限的飞行数据。研究被称为“热障”的空气动力加热现象。
由于空气动力设计的高要求和耐高温材料的使用,X-2的研发周期较长。它不仅使载人飞行器的速度、高度和温度记录再次刷新,同时它还是可调油门火箭发动机和数字飞行模拟的先驱。
提供足够的稳定性和操控性是在高超音速下研究者面临的主要问题之一。同时还有“热障"问题,即由空气摩擦导致的剧烈热效应。
X-2主要材料为不锈钢和铜镍合金。配备两具XLR25火箭发动机,提供2,500至15,000lbf(11-67kN)的推力。


1952年6月27日,由一架改装过的B-50轰炸机搭载,贝尔试飞员简齐格尔在爱德华兹空军基地完成了首次无动力滑翔飞行。1953年5月12日,测试二号机在一次检查飞机液氧系统的受控飞行中发生了机舱爆炸,X-2与齐格尔不幸机毁人亡。


1955年11月18日,Frank K. "Pete" Everest中校驾驶一号机完成了第一次动力飞行。在1956年的第九次也是最后一次飞行中,他达成了2.87马赫(1900mph,3050km/h)的速度记录。艾维斯特中校在报告中说在高速下操控仅具有边缘效应,高速飞行时的压力使得尾翼发生空气弹性变形是主因。再者,结合他的飞行数据、模拟以及风洞测试,得出了机体接近3马赫时将变的极不稳定的结论。
一对年轻的试飞员接手了后来的测试,Iven C. Kincheloe上尉和Milburn G. "Mel" Apt,1956年9月7日,Kincheloe成为了史上第一个爬升到了100000英尺以上(30,500 m) 的飞行员。他爬升到了X-2的升限126200英尺(38,466 m)。20天后,9月27日早晨,Apt首次驾驶火箭飞机飞行。他被要求遵照“最佳飞行路线”飞行并且速度在2.7马赫以上时避免任何过快的控制操作。按照计划极其精确的飞行,他成为了超越3马赫的第一人,速度达到了3.2马赫(2,094 mph, 3,370 km/h),飞行高度65500英尺(19,960 m)。飞行过程到目前都是完美的。但是,出于某些原因,到达最高速后不久Apt在速度还在3马赫以上时做了一个倾斜转弯动作(可能是仪表的显示延迟,指示的速度低于实际速度。也有可能是担心他已经离位于罗杰斯干湖的着陆地点太远)。X-2突然剧烈翻滚失控,他同样遭遇了3年前差点要了查克耶格命的“惯性耦合”现象。但是因为耶格凭借丰富的飞行经验和对X-1特性的熟悉,他得以重新恢复控制。而Apt最终未能恢复控制,机毁人亡。

然而X-2提供了高速情况下空气动力热增加和极端高度下飞行条件的有价值研究数据。这一悲剧使得NACA在开始详细飞行研究前就不得不终止了项目。高马赫试验火箭飞机不得不被延后,直到3年后——X-15,最先进的试验火箭飞机诞生。

相关参数:


   * 乘员: 1
    * 长度: 37英尺 10英寸 (11.5 m)
    * 翼展: 32英尺 3 英寸 (9.8 m)
    * 高度: 11英尺 10英寸 (3.6 m)
    * 翼面积: 260 平方英尺2 (24.2 m2)
    * 空载重量: 12,375 lb (5,600 kg)
    * 满载重量: 24,910 lb (11,300 kg)
    * 最大起飞重量: 24,910 lb (11,300 kg)
    * 发动机: 1 × Curtiss-Wright XLR25 火箭引擎, 15,000 lbf (67 kN)推力
    *最大速度: 3.196马赫 (2,094 mph, 3,370 km/h)
    *升限: 126,200 英尺 (38,466 m)

道格拉斯 X-3 “短剑”


角色:试验机
制造商:道格拉斯
设计:Schuyler Kleinhans, Baily Oswald and Francis Clauser
首飞:1952年10月15日
退役:1956年5月23日
主要用户:美国空军,美国国家航空咨询委员会(NACA)

道格拉斯 X-3 “短剑”是1950年代美国的试验喷射机。由道格拉斯飞机公司制造。“短剑”有着细长的机身和很尖的机鼻。X-3的主要任务是用于研究设计中需要包含哪些元素才能保持长时间的超音速飞行,该机型首次在主要机身部件中使用了钛金属。然而,动力严重不足使其完全达不到当初的设计目标,X-3甚至不能在水平飞行中达到1马赫。尽管试验机令人失望,但是洛克希德的设计师使用来自X-3的试验数据设计了F-104。该机型使用了类似的机翼设计并成功的达到了2马赫。

X-3是早期试验机里看上去最科幻的,但它的研究进程并不如原先计划的那样顺利。该机的原目标充满野心,能自行从跑道起飞并爬升到高空,同时保持2马赫的超音速巡航。然后再自行降落。该机的另一个任务是测试它的低纵横比机翼和钛金属在机体结构中的大量使用。1949年6月30日,两架X-3被批准建造。研发期间,X-3原计划使用的威斯丁豪斯J46引擎的推力、尺寸和重量均无法达到要求。所以选用了推力更低的威斯丁豪斯J34喷射引擎,仅能产生4,900 lbf (21.8 kN)的推力,开启加力燃烧也仅能产生7,000 lbf (31.3 kN)的推力。第一架试验机于1952年9月11日完成并送往加州爱德华兹空军基地。
X-3的最大特点是它拥有一个设计不落俗套的长机身和一个极小的梯形机翼。设计的考虑之一就是尽可能创造最小和“最细”的形状以产生一个流线型平台。扩展式机鼻方便加装实验设备,半埋入式机舱和挡风玻璃设计是为减少“热丛效应”的影响。低纵横比机翼专为高速飞行设计。由于引擎和机身问题,第二架试验机的建造被取消,机身被拆解用作备用零件。
X-3的“首飞”于1952年10月15日,由道格拉斯的飞行员 William Bridgeman驾驶。在高速滑行测试中Bridgeman 竟驾驶着X-3起飞了,它在飞了约1英里(1.6km)后降落。官方承认的首飞日期为1952年10月20日,飞行员仍为Bill Bridgeman,这次飞行持续了约20分钟。至1953年12月,Bridgeman总共完成了26次飞行(包括那次没被官方承认的“首飞”)。这几次试飞使人们意识到了一个大问题:X-3的发动机太不给力,动力不足以至于很难操纵。它的起飞速度异乎寻常的高达260节(482km/h),更糟的是,X-3的性能远未达到目标。它的第一次超音速飞行是一次向下15度的俯冲,速度为1.1马赫。X-3的最高速度为1.208马赫,这还是在1953年7月28日的一次向下30度的俯冲时达到的。
虽然X-3存在这样或那样的缺点,但他却是理想的试验机。他的引擎,燃料箱都集中在它又细又长的机身中。这样的布局使负载集中到了机身而非机翼上,这是典型的试验机布局。
在进行一次横滚测试时再次发生了“惯性耦合”现象,好在试飞员最终恢复了控制。飞行后测试发现机体已经到达承受极限,继续加速可能会导致解体。试飞员与X-3同时经历了“翻滚惯性耦合”:在一个轴上的机动会引起另外一个或两个轴不受控制地机动。与此同时部分F-100“超级军刀”战机遭遇了同样的问题。NACA便开启了一个新研究项目专门研究该现象并尝试找到解决方案。
尽管X-3并未完成他当初能够进行2马赫超音速巡航并提供气动数据的设计目标。然而他短暂的服役仍有其价值。它展现了翻滚时“惯性耦合”的危险性,并提供了与该现象相关的早期测试数据。洛克希德的F-104使用了与之类似的机翼。并且它是最早使用钛金属的飞机。最后。X-3很高的起飞和降落速度也使得轮胎技术获得了改进。

产量:
订购2架,但是仅建造一架。共进行了51次试飞。

性能参数:


    * 乘员: 1
    * 长度: 66 ft 9 in (20.3 m)
    * 翼展: 22 ft 8 in (6.9 m)
    * 高度: 12 ft 6 in (3.8 m)
    * 翼面积: 166.5 ft2 (15.47 m2)
    * 空载重量: 16,120 lb (7,310 kg)
    * 最大起飞重量: 23,840 lb (10,810 kg)
    * 发动机: 两具威斯丁豪斯J34加力燃烧喷射引擎, 3,370 lbf, 开启加力燃烧后4,850 lbf (15.0 kN, 开启加力燃烧后21.6 kN) 单个
    * 最大速度: 700 mph (1,125 km/h)
    * 航程: 497 mi (800 km)
    * 升限: 38,000 ft (11,600 m)
    * 推重比: 0.40

存放于美国空军博物馆中的X-3。

原本打算把X-5翻完再发的...但是一口气翻下来真的好累...于是就先发了X-1至X-3的。

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