Испытание на падение — это метод проверки летных характеристик прототипа или экспериментального самолета и космического корабля путем подъема испытательного корабля на определенную высоту и последующего его выпуска. Испытательные полеты с участием самолетов с двигателями, особенно самолетов с ракетными двигателями , могут называться сбросами из-за запуска ракет самолета после выпуска с самолета-носителя.
В случае воздушного судна без двигателя испытательное транспортное средство падает или скользит после его выпуска при спуске без двигателя к месту посадки. Испытания на падение могут использоваться для проверки аэродинамических характеристик и динамики полета испытательного транспортного средства, для проверки его систем посадки или для оценки живучести при запланированной или аварийной посадке. Это позволяет конструкторам транспортных средств проверять компьютерные летные модели , испытания в аэродинамической трубе или другие теоретические характеристики конструкции самолета или космического корабля.
Испытания на падение с большой высоты могут проводиться путем перевозки испытательного транспортного средства на борт базового корабля на заданную высоту для сброса. [1] Испытания на падение на малой высоте могут проводиться путем спуска испытательного транспортного средства с крана или портала . [2]
Шасси самолетов, используемых на авианосцах, должно быть прочнее, чем у самолетов наземного базирования, из-за более высоких скоростей захода на посадку и скорости снижения при приземлении авианосца. [3] [4] Еще в 1940-х годах были проведены испытания на падение: палубный самолет, такой как Grumman F6F Hellcat, поднимался на высоту десяти футов, а затем падал, имитируя удар приземления со скоростью девятнадцать футов в секунду. (5,8 м/с). В конечном итоге F6F был сброшен с высоты двадцати футов (6,1 м), продемонстрировав, что он может выдержать вдвое большую силу, чем приземляющийся авианосец. [5] [6] Испытания на падение до сих пор используются при разработке и испытаниях палубных самолетов; В 2010 году Lockheed Martin F-35C Lightning II прошел испытания на падение, чтобы имитировать максимальную скорость снижения 26,4 фута в секунду (8,0 м / с) во время приземления авианосца. [7] [8]
Многочисленные экспериментальные и прототипные самолеты прошли испытания на падение или сбрасывание. Множество двигателей X-самолетов , в том числе Bell X-1 , Bell X-2 , North American X-15 , Martin Marietta X-24A и X-24B , Orbital Sciences X-34 , Boeing X-40 и NASA X-43A. были специально разработаны для запуска сбрасыванием. Испытательные образцы НАСА X-38 без двигателя также прошли испытания на падение с высоты до 45 000 футов (14 000 м) с целью изучения его аэродинамических и управляемых качеств, возможностей автономного полета и развертывания управляемого параплана . [9]
Некоторые экспериментальные самолеты, предназначенные для запусков с воздуха, такие как Northrop HL-10 , провели как испытания на падение без двигателя, так и запуски с двигателем. Перед полетами с использованием ракетного двигателя HL-10 совершил 11 полетов без двигателя с целью изучения управляемости и устойчивости несущего тела в полете. [10]
Ранние экспериментальные самолеты, такие как Х-1 и Х-2 , находились на борту модифицированных бомбардировщиков B-29 и B-50 . [11] [12] В 1950-х годах ВВС США предоставили НАСА бомбардировщик B-52, который будет использоваться в качестве базового корабля для экспериментального X-15 . Построенный в 1955 году, B-52 был лишь 10-м самолетом, сошедшим с конвейера, и использовался ВВС для летных испытаний, прежде чем передать его НАСА. [13] Самолет с бортовым номером НАСА 008 пилоты ВВС прозвали « Шарами 8» , следуя традиции называть самолеты, пронумерованные несколькими нулями, «Шарами» плюс окончательный номер. [14]
Balls 8 претерпел значительные модификации, чтобы нести Х-15.Под правым крылом между фюзеляжем и бортовым двигателем был установленспециальный пилон , предназначенный для перевозки и выпуска Х-15. В одном из закрылков правого крыла также была вырезана выемка, чтобы на самолете можно было разместить вертикальное оперение Х-15. Balls 8 был одним из двух таких бомбардировщиков, модифицированных для перевозки X-15; в то время как другой самолет был снят с вооружения в 1969 году после окончания программы X-15, НАСА продолжало использовать Balls 8 для испытаний на падение до тех пор, пока он не был снят с эксплуатации в 2004 году. За свою 50-летнюю карьеру Balls 8 нес множество экспериментальных машин, включая HL- 10, Х-24А, Х-24Б, Х-38 и Х-43А. [13]
Во время проектирования орбитального корабля «Спейс Шаттл» в 1970-х годах инженеры обсуждали, следует ли спроектировать орбитальный аппарат для посадки без двигателя или оснастить его выдвижными реактивными двигателями для совершения принудительной посадки. В то время как конструкция посадки с двигателем требовала перевозки двигателей и реактивного топлива, что увеличивало вес и сложность орбитального корабля, инженеры начали отдавать предпочтение варианту посадки с двигателем. В ответ НАСА провело испытания X-24B на падение без двигателя , чтобы продемонстрировать возможность посадки самолета с несущим корпусом в полете без двигателя. В 1975 году самолет X-24B был сброшен с Balls 8 на высоте 45 000 футов (14 000 м) над пустыней Мохаве , а затем запустил ракетные двигатели, чтобы увеличить скорость и поднять его на высоту 60 000 футов (18 000 м). После отключения ракетного двигателя условия высокой скорости и большой высоты позволили X-24B смоделировать траекторию орбитального корабля космического корабля "Шаттл" в условиях постатмосферного входа . X-24B успешно совершил две точные посадки без двигателя на базе ВВС Эдвардс , продемонстрировав возможность создания несущего корпуса без двигателя для космического корабля "Шаттл". Эти успехи убедили руководителей программы «Спейс Шаттл» принять решение о конструкции посадки без двигателя, которая позволила бы снизить вес и увеличить грузоподъемность орбитального корабля. [15] [16]
В 1977 году была проведена серия испытаний космического корабля " Шаттл Энтерпрайз " на падение с целью проверки летных характеристик космического корабля "Шаттл". Поскольку космический шаттл спроектирован так, чтобы планировать без двигателя во время спуска и приземления, была проведена серия испытаний на падение с использованием испытательного орбитального корабля, чтобы продемонстрировать, что орбитальным кораблем можно успешно управлять в полете без двигателя. В этих испытаниях на падение, известных как программа испытаний на заход и посадку , использовался модифицированный Боинг 747 , известный как самолет-носитель-шаттл или SCA, для подъема предприятия на высоту от 15 000 до 30 000 футов (от 4 600 до 9 100 м). После серии летных испытаний, в ходе которых орбитальный аппарат не был выпущен, с августа по октябрь 1977 года было проведено пять испытаний в свободном полете. [17]
Хотя испытания «Энтерпрайза » в свободном полете включали выпуск самолета без двигателя из самолета с двигателем, эти испытания не были типичными для испытаний на падение, поскольку орбитальный аппарат фактически переносился и спускался с позиции над SCA. Такое расположение было потенциально опасным, поскольку сразу после выпуска «Энтерпрайз» находился в свободном полете прямо перед хвостовым плавником SCA. В результате «падение» было проведено с помощью серии тщательно спланированных маневров, чтобы минимизировать риск столкновения самолетов. Сразу после выпуска «Энтерпрайз» должен был подняться вправо, в то время как SCA выполнил неглубокое пикирование влево, что позволило быстро отделить два самолета по вертикали и горизонтали. [18]
В середине 2013 года корпорация Sierra Nevada планирует провести испытания на падение прототипа коммерческого космического самолета Dream Chaser . В ходе первого беспилотного летного испытания прототип Dream Chaser будет сброшен с высоты 12 000 футов (3700 м) вертолетом Columbia 234-UT, где планируется, что аппарат автономно долетит до посадки без двигателя в Летно-исследовательском центре Драйдена . [19] [20] Dream Chaser успешно завершил свободный полет и прошел испытание на падение 11 ноября над пустыней Мохаве . Беспилотный аппарат совершил посадку на базе ВВС Эдвардс .
Испытания на падение прототипов пилотируемых космических капсул могут проводиться для проверки живучести при посадке, в первую очередь путем проверки характеристик спуска капсулы и ее систем посадки после входа в атмосферу . Эти испытания обычно проводятся без экипажа перед любыми испытаниями пилотируемого космического полета.
В 1963 году компания North American Aviation построила BP-19A, стандартный беспилотный командный модуль Apollo для использования в испытаниях на падение. В 1964 году НАСА провело серию испытаний, включавших сбрасывание BP-19A с C-133 Cargomaster для проверки парашютных систем капсулы перед началом пилотируемых испытаний космического корабля «Аполлон». [21]
В 2011 и 2012 годах НАСА провело серию испытаний на выживаемость при посадке на воду в своей пилотируемой капсуле «Орион» , неоднократно сбрасывая испытательный корабль «Орион» в большой водный бассейн. В ходе испытаний моделировалось приземление на воду на скоростях от 7 до 50 миль в час (от 11 до 80 км/ч) за счет изменения высоты спускного портала над бассейном. Диапазон скоростей приземления позволил НАСА смоделировать ряд возможных условий входа и посадки во время посадки на воду. [22] [23] [24] [25]
В 2011 и 2012 годах НАСА также провело испытания на падение парашютных систем испытательного корабля «Орион» и возможностей наземного приземления. В каждом испытании космический корабль «Орион» сбрасывался с грузового самолета С-17 или С-130 . Для испытаний капсулу монтируют на паллетную систему и помещают внутрь грузового самолета. Парашюты на поддоне используются для вытягивания поддона и капсулы из задней части самолета; Затем капсула отделяется от поддона и начинает свободное падение. [26]
4 марта 2012 года самолет C-17 сбросил испытательный образец «Орион» с высоты 25 000 футов (7600 м). Парашюты капсулы успешно развернулись на высоте от 15 000 до 20 000 футов (от 4600 до 6100 м), замедлив космический корабль до приземления на землю в пустыне Аризоны. Капсула приземлилась со скоростью 17 миль в час (27 км/ч), что значительно ниже расчетной максимальной скорости приземления. [27]
В сентябре 2011 года компания Boeing провела серию испытаний на падение в пустыне Мохаве на юго-востоке Калифорнии , чтобы проверить конструкцию парашютной системы капсулы CST-100 и системы амортизации подушек безопасности . Подушки безопасности расположены под тепловым экраном CST-100, который предназначен для отделения от капсулы во время спуска с парашютом на высоте около 5000 футов (1500 м). Испытания проводились на путевой скорости от 10 до 30 миль в час (от 16 до 48 км/ч), чтобы имитировать условия бокового ветра во время приземления. Компания Bigelow Aerospace построила мобильную испытательную установку и провела испытания. [28]
В апреле 2012 года компания Boeing провела еще одно испытание на падение прототипа космической капсулы CST-100, чтобы проверить системы приземления капсулы. Испытательный автомобиль был поднят на вертолете на высоту 11 000 футов (3 400 м), а затем выпущен; Затем три основных парашюта капсулы успешно раскрылись и замедлили спуск капсулы. Непосредственно перед приземлением шесть подушек безопасности капсулы надулись под капсулой, чтобы поглотить часть энергии удара при приземлении. Подобные испытания на падение запланированы для проведения дополнительных испытаний подушек безопасности, а также испытаний тормозного парашюта и сброса теплозащитного экрана. [29]
В 2009 и 2010 годах НАСА провело пару испытаний на падение с целью изучения живучести вертолетов при крушении. Используя вертолет MD 500 , подаренный армией США, НАСА сбросило вертолет под углом с высоты 35 футов (11 м), чтобы имитировать жесткую посадку вертолета. Сложные манекены для краш-тестов с имитацией внутренних органов были расположены внутри вертолета и использовались для оценки внутренних повреждений в результате такой аварии. [30] [31] Из-за значительного повреждения испытательного вертолета после второго испытания третье испытание не планировалось. [31]