Løftehus - Lifting body

Amerikanskproduserte løftekarosserier X-24A, M2-F3 og HL-10

Et løfteorgan er et fastvinget fly eller romfartøy hvor kroppen selv produserer løft . I motsetning til en flygende vinge , som er en vinge med minimal eller ingen konvensjonell flykropp , kan et løftehus betraktes som et flykropp med liten eller ingen konvensjonell vinge . Mens en flygende vinge søker å maksimere cruiseeffektiviteten ved subsoniske hastigheter ved å eliminere ikke-løftende overflater, minimerer løfteorganer generelt trekket og strukturen til en vinge for subsonisk, supersonisk og hypersonisk flytur eller romfartøyets gjeninngang . Alle disse flyregimene utgjør utfordringer for riktig flysikkerhet.

Løfteorganer var et stort forskningsområde på 1960- og 70 -tallet som et middel til å bygge et lite og lett bemannet romfartøy. USA bygde en rekke løfterakettrakettfly for å teste konseptet, i tillegg til flere rakettoppskytede kjøretøyer som ble testet over Stillehavet. Interessen avtok ettersom det amerikanske flyvåpenet mistet interessen for det bemannede oppdraget, og større utvikling ble avsluttet under romfergenes designprosess da det ble klart at de sterkt formede flykroppene gjorde det vanskelig å montere drivstofftankasje.

Avanserte romflykonsepter på 1990- og 2000-tallet brukte design av løftekarosserier. Eksempler inkluderer HL-20 Personal Launch System (1990) og Prometheus romfartøy (2010). Den drømmen Chaser løfte kroppen spaceplane, en forlengelse av HL-20-teknologi, var under utvikling som i 2012 som en av tre biler til potensielt bære amerikanske mannskap til og fra internasjonale romstasjonen . I 2015 utførte ESA Intermediate eXperimental Vehicle den første vellykkede reentry -en noensinne av et romfartøy med løftekarosserier.

Historie

Løftlegemet ble unnfanget så lenge siden som i 1917, da noe som en Delta Wing Plan Form med et tykt inkludert flykropp ble beskrevet i et patent av Roy Scroggs . Ved lave luftfartshastigheter er løftelegemet imidlertid ineffektivt og kom ikke inn i det vanlige flydesignet.

Luftfartsrelatert løftekroppsforskning oppsto fra ideen om at romskip skulle komme inn i jordens atmosfære igjen og lande omtrent som et vanlig fly . Etter atmosfærisk gjeninnføring hadde det tradisjonelle kapsellignende romfartøyet fra Mercury , Gemini og Apollo- serien svært liten kontroll over hvor de landet. Et styrbart romfartøy med vinger kan utvide landingshylsen betydelig. Kjøretøyets vinger må imidlertid være designet for å tåle dynamiske og termiske påkjenninger ved både re-entry og hypersonisk flyging. En foreslått løsning eliminerte vingene helt: design flykroppen selv for å produsere løft.

Martin Aircraft Company X-24 bygget som en del av et eksperimentelt amerikansk militærprogram fra 1963 til 1975

NASA 's avgrensninger av løfte kroppen konseptet startet i 1962 med R. Dale Reed fra NASA ' s Armstrong Flight Research Center . Den første modellen i full størrelse som kom ut av Reeds program, var NASA M2-F1 , et håndverk uten kraft fra tre. Første tester ble utført ved å slepe M2-F1 langs en tørr innsjø ved Edwards Air Force Base California, bak en modifisert Pontiac Catalina . Senere ble fartøyet slept bak en C-47 og løslatt. Siden M2-F1 var en seilfly , ble en liten rakettmotor lagt til for å forlenge landingshylsen. M2-F1 fikk snart tilnavnet "Flying Bathtub".

I 1963 begynte NASA med programmer med tyngre rakettdrevne løftekar som skal lanseres luft under styrbordfløyen til en NB-52B, en derivat av B-52 jetbombeflyet. De første flyvningene startet i 1966. Av Dryden løftekarosserier brukte alle bortsett fra den ikke- drevne NASA M2-F1 en rakettmotor XLR11 slik den ble brukt på Bell X-1 . En oppfølgingsdesign betegnet Northrop HL-10 ble utviklet ved NASA Langley Research Center . Separasjon av luftstrøm forårsaket krasj av Northrop M2-F2 løftekarosseri. HL-10 forsøkte å løse en del av dette problemet ved å vinkle babord og styrbord vertikale stabilisatorer utover og forstørre den midtre.

Fra 1965 ble det russiske løftekarosseriet Mikoyan-Gurevich MiG-105 eller EPOS (russisk akronym for Experimental Passenger Orbital Aircraft) utviklet og flere testflyvninger foretatt. Arbeidet ble avsluttet i 1978 da innsatsen flyttet til Buran-programmet , mens arbeidet med et annet småskala romskip delvis fortsatte i Bor- programmet.

Den IXV er et ESA løftelegemet eksperimentell re-entry kjøretøy beregnet på å validere europeiske gjenbrukbare bæreraketter som kan evalueres i rammen av den FLPP program. IXV foretok sin første flytur i februar 2015, lansert av en Vega -rakett.

Orbital Sciences foreslo et kommersielt løfte-romfartøy i 2010. Prometheus er mer fullstendig beskrevet nedenfor.

Luftfartsapplikasjoner

Løfteorganer utgjør komplekse kontroll-, strukturelle og interne konfigurasjonsproblemer. Løftekarosserier ble til slutt avvist til fordel for en deltavingedesign for romfergen. Data innhentet i flytest ved bruk av høyhastighets landingsmetoder ved svært bratte nedstigningsvinkler og høy synkehastighet ble brukt til modellering av Shuttle fly- og landingsprofiler.

Ved planlegging for atmosfærisk re-entry velges landingsstedet på forhånd. For kjøretøyer som kan brukes på nytt, foretrekkes vanligvis et primært sted som er nærmest oppskytingsstedet for å redusere kostnader og forbedre utsendingstiden. Været i nærheten av landingsstedet er imidlertid en viktig faktor for flysikkerheten. I noen sesonger kan været på landingssteder endres raskt i forhold til tiden som er nødvendig for å starte og utføre re-entry og sikker landing. På grunn av været er det mulig at kjøretøyet må utføre en landing på et annet sted. Videre har de fleste flyplasser ikke rullebaner med tilstrekkelig lengde til å støtte innflygingslandingshastigheten og rulleavstanden som kreves av romfartøyer. Det finnes få flyplasser i verden som kan støtte eller modifiseres for å støtte denne typen krav. Derfor er alternative landingssteder svært vidt fordelt over USA og rundt om i verden.

Shuttles deltavinge -design ble drevet av disse problemene. Disse kravene ble ytterligere forverret av militære krav (USAF ville bruke den fremtidige skyttelen for nyttelaster for forsvarssatellitt og andre oppdrag) som forlenget Shuttle's landing landing envelope.

Selv om en løfte legeme konfigurasjon som ikke ville ha vært utsatt for vingen forkanten svikt som forårsaket den andre skyttel tap , kunne en slik konfigurasjon ikke oppfyller uren konvolutt kravene til både NASA og det militære.

Likevel har løfte kroppen konseptet blitt implementert i en rekke andre romfartsprogrammer, den tidligere nevnte NASA X-38 , Lockheed Martin X-33 , BAC 's Multi Unit Space Transport Og Recovery Device , Europas EADS Phoenix , og felles russisk -Europeisk Kliper -romfartøy. Av de tre grunnleggende designformene som vanligvis analyseres for slike programmer (kapsel, løftehus, fly), kan løftehuset tilby den beste avveining når det gjelder manøvrerbarhet og termodynamikk mens de oppfyller kundenes oppdragskrav.

En annen bruk av et løftekarosseri er SpaceXs Falcon 9 -rakett første etappe. Under landingsforsøk bruker den første etappen rutenett som styrer løftet produsert av den sylindriske kroppen i den første fasen. I følge SpaceX kan rutenettene vippe den første etappen til omtrent tjue grader for å generere løft og styre scenen mot en flytende landingsplattform eller bakkeplate .

Løftende kroppsfly i dag

Den drøm chaser er en Bemannet suborbital og orbital vertikal letting, horisontal-landing (VTHL) løftelegemet spaceplane blir utviklet av Sierra Nevada Corporation (SNC). Dream Chaser-designet er planlagt å bære opptil syv mennesker til og fra bane rundt jorden . Kjøretøyet ville starte vertikalt på en Atlas V og lande horisontalt på konvensjonelle rullebaner.

Kroppsløft

Burnelli General Airborne Transport XCG-16, et løftekar-fly (1944)

Noen fly med vinger bruker også kropper som genererer heis. Noen av de tidlige 1930-tallets høyvingede monoplan-designene fra Bellanca Aircraft Company , for eksempel Bellanca Aircruiser , hadde vagt flyskiveformede flykropper som var i stand til å generere litt løft, med til og med vingestagene på noen versjoner gitt utvidede fairings for å gi dem litt løft -genererende evne. The Gee Bee R-1 Super Sportster racing plan 1930, på samme måte, fra mer moderne aerodynamiske studier, har vist seg å ha hatt betydelig evne til å generere løft med sin flykroppen design, viktig for R-en er ment racing rolle, mens i høyt banket pylon svinger mens du løper. Vincent Burnelli utviklet flere fly mellom 1920- og 1950 -årene som brukte flykrokheis. Som de tidligere Bellanca -monoplanene, produserer Short SC.7 Skyvan et betydelig løft fra flykroppens form, nesten like mye som de 35% hver av vingene produserer. Jagerfly som F-15 Eagle produserer også betydelig løft fra den brede flykroppen mellom vingene. Fordi F-15 Eagles brede flykropp er så effektiv i løft, var en F-15 i stand til å lande vellykket med bare en vinge, om enn under nesten full kraft, med skyvekraft som bidro betydelig til løft.

I løpet av sommeren 1983 , iscenesatt en israelsk F-15 en mock dogfight med Skyhawks til opplæringsformål, nær Nahal Tzin i Negev-ørkenen. Under øvelsen feilberegnet en av Skyhawks og kolliderte kraftig med F-15s vingrot. F-15s pilot var klar over at vingen hadde blitt alvorlig skadet, men bestemte seg for å prøve å lande i en nærliggende flybase, uten å vite omfanget av vingeskadene. Det var først etter at han hadde landet, da han klatret ut av cockpiten og så bakover, at piloten innså hva som hadde skjedd: vingen var fullstendig revet av flyet, og han hadde landet flyet med bare en vinge festet. Noen måneder senere hadde den ødelagte F-15 fått en ny fløy, og kom tilbake til operativ tjeneste i skvadronen. Ingeniørene på McDonnell Douglas hadde vanskelig for å tro historien om den envingede landingen: for så vidt angår planleggingsmodellene deres, var dette en umulighet.

I 2010 foreslo Orbital Sciences Prometheus 'blended lift-body' romfartøy , omtrent en fjerdedel av romfergen , som et kommersielt alternativ for å frakte astronauter til bane med lav jord under det kommersielle mannskapsprogrammet . Den vertikal takeoff, horisontal Landing (VTHL) bilen skulle ha blitt lansert på et menneskelig-karakter Atlas V raketten, men ville lande på en rullebane. Den opprinnelige designen skulle ha båret et mannskap på 4, men den kunne bære opptil 6, eller en kombinasjon av mannskap og last. I tillegg til Orbital Sciences inkluderte konsortiet bak forslaget Northrop Grumman , som ville ha bygd romfartøyet, og United Launch Alliance , som ville ha skaffet kjøretøyet. Orbital ble ikke valgt til en CCDev fase 2 -pris av NASA, og kunngjorde i april 2011 at de sannsynligvis vil avvikle innsatsen for å utvikle et kommersielt mannskapskjøretøy.

Designprinsipper for løftekarosserier brukes også i konstruksjonen av hybrid luftskip .

Liste over Armstrong Flight Research Center som løfter karosserier (1963 til 1975)

Den amerikanske regjeringen utviklet en rekke proof-of-concept og flight-test kjøretøy løftende karosseridesign fra begynnelsen av 1960-årene til midten av 1970-tallet ved Armstrong Flight Research Center . Disse inkluderte:

• M2-F1
• M2-F2
• M2-F3
• HL-10
• X-24A
• X-24B

Løfte karosseripiloter og flyreiser

* Wood , Haise og Engle foretok hver sin enkeltflyging på bakken med M2-F1.

Populær kultur

Wainfan Facetmobile FMX-4 hjemmebygde løftekar-fly, fotografert ovenfra under flyging

Løfteorganer har dukket opp i noen science fiction- verk, inkludert filmen Marooned , og som John Crichtons romfartøy Farscape-1 i TV-serien Farscape . The Discovery Channel TV-serien antatt å bruke løfte organer for å levere en sonde til en fjern jordlignende planet i dataanimert fremmed planet . Gerry Andersons dobbelsengere fra 1969 brukte en VTOL landings / landstiger for å besøke en jordlignende planet, bare for å krasje i begge forsøkene. Hans serie UFO inneholdt et løftekar som visuelt ligner M2-F2 for orbitaloperasjoner ("The Man Who Came Back"). I dataspillet Buzz Aldrin's Race Into Space blir et modifisert X-24A et alternativt måne-kompatibelt romfartøy som spilleren kan velge over Gemini- eller Apollo- kapsel.

TV -programmet The Six Million Dollar Man fra 1970 -tallet brukte opptak av et løftekarfly, hentet fra faktiske NASA -øvelser, i showets tittelsekvens . Scenene inkluderte at en HL-10 ble skilt fra transportflyet-en modifisert B-52-og en M2-F2 som ble styrt av Bruce Peterson , krasjet og tumlet voldsomt langs Edwards rullebane med tørr innsjø. Årsaken til krasjet ble tilskrevet begynnelsen av nederlandsk rull som stammer fra kontrollinstabilitet forårsaket av strømningsseparasjon.

Se også

• Martin X-23 PRIME
• BOR-4
• Kliper
• HL-20 Personal Launch System
• Dream Chaser (romfartøy)
• Space Rider (romfartøy)
• Prometheus (romfartøy)
• Facetmobile
• Blandet vingekropp
• Flygende vinge
• SENNEP
• 1953 Horton "Wingless" http://aerospacelegacyfoundation.com/aviation-history-flying-wings/
• Arup S-2 1932, Snyder "Arup" (utvisker grensen mellom "flygende vinge" og løftekarosseri)
• Burnelli RB-1

Referanser

Referanser

Andre kilder

• McPhee, John (1973), The Deltoid Pumpkin Seed ; ISBN  0-374-51635-9 . (Story of the Aereon , en kombinasjon aerodyne / aerostat , aka hybrid luftskip .)

Eksterne linker

• Faktablad for løfteorganer (NASA)
• NASA Tech Paper 3101: Numerisk analyse og simulering av et sikret returflyvningsfelt for mannskap (beregning av luftstrøm over et løftehus)
• NASA -fotosamlinger fra Dryden Flight Research Center
  • HL-10
  • M2-F1
  • M2-F2
  • M2-F3
  • X-24A og X24B
  • Kort M2-F1 historie
  • Litt historie om å løfte kroppsflyging
  • Wingless Flight: The Lifting Body Story. NASA History Series SP-4220 1997 PDF