Несущее тело — это конфигурация самолета или космического корабля с неподвижным крылом, в которой тело само создает подъемную силу . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным обычным фюзеляжем или вообще без него , несущее тело можно рассматривать как фюзеляж с небольшим количеством обычного крыла или вообще без него . В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет устранения ненесущих поверхностей, несущие тела обычно минимизируют сопротивление и структуру крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или входа космического корабля в атмосферу . Все эти режимы полета создают проблемы для обеспечения надлежащей безопасности полетов.
Несущие тела были основной областью исследований в 1960-х и 70-х годах как средство создания небольшого и легкого пилотируемого космического корабля. США построили несколько ракетных самолетов с несущим корпусом для проверки этой концепции, а также несколько ракетных возвращаемых аппаратов, которые прошли испытания над Тихим океаном. Интерес угас, поскольку ВВС США потеряли интерес к миссии с экипажем, и основные разработки закончились в процессе проектирования космического корабля "Шаттл", когда стало ясно, что фюзеляжи сложной формы затрудняют установку топливных баков.
В передовых концепциях космических самолетов 1990-х и 2000-х годов действительно использовались конструкции с несущим корпусом. Примеры включают систему запуска персонала HL-20 (1990 г.) и космический самолет «Прометей» (2010 г.). Космический самолет с подъемным корпусом Dream Chaser , являющийся развитием технологии HL-20, был предложен в качестве одного из трех транспортных средств, потенциально способных доставлять американский экипаж на Международную космическую станцию и обратно , но в конечном итоге вместо этого был выбран в качестве средства снабжения. В 2015 году промежуточный экспериментальный аппарат ЕКА осуществил первый в истории успешный вход в атмосферу космического корабля с несущим корпусом. [1]
Несущий корпус был изобретен в 1917 году, когда в патенте Роя Скроггса был описан самолет с чем-то вроде треугольного крыла в плане с толстым фюзеляжем . [2] Однако на низких скоростях полета подъемное тело неэффективно и не вошло в основные конструкции самолетов. [ нужна цитата ]
Исследования несущего тела, связанные с аэрокосмической отраслью , возникли из идеи о том, что космический корабль снова войдет в атмосферу Земли и приземлится так же, как обычный самолет . После входа в атмосферу капсульные космические корабли серий « Меркурий» , «Близнецы » и «Аполлон» практически не контролировали место приземления. Управляемый космический корабль с крыльями мог бы значительно расширить зону посадки. Однако крылья аппарата должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать динамические и термические нагрузки как при входе в атмосферу, так и при гиперзвуковом полете. Одно из предложений полностью исключило крылья: спроектировать корпус фюзеляжа так, чтобы он сам создавал подъемную силу.
Усовершенствование концепции несущего тела в НАСА началось в 1962 году с Р. Дейла Рида из Центра летных исследований Армстронга НАСА . [3] Первой полноразмерной моделью, вышедшей в рамках программы Рида, был НАСА M2-F1 , корабль без двигателя, сделанный из дерева. Первоначальные испытания проводились путем буксировки M2-F1 по высохшему дну озера на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии за модифицированным Pontiac Catalina . [4] Позже корабль был отбуксирован за C-47 и отпущен. Поскольку M2-F1 представлял собой планер , для увеличения зоны приземления был добавлен небольшой ракетный двигатель . M2-F1 вскоре получил прозвище «Летающая ванна».
В 1963 году НАСА начало программы по созданию более тяжелых транспортных средств с несущим кузовом с ракетным двигателем, которые будут запускаться по воздуху из-под правого крыла NB-52B, производного от реактивного бомбардировщика B-52 . Первые полеты начались в 1966 году. Из несущих тел Драйдена все, кроме NASA M2-F1 без двигателя, использовали ракетный двигатель XLR11 , который использовался на Bell X-1 . [5] Последующий проект, получивший обозначение Northrop HL-10, был разработан в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли . Отрыв воздушного потока стал причиной крушения подъемного корпуса Northrop M2-F2 . [ нужна цитата ] HL-10 попытался решить часть этой проблемы, наклонив вертикальные стабилизаторы левого и правого борта наружу и увеличив центральный. [ нужна цитата ]
Начиная с 1965 года был разработан российский несущий корпус МиГ-105 или ЭПОС (российская аббревиатура от «Экспериментальный пассажирский орбитальный самолет») и совершено несколько испытательных полетов. Работы закончились в 1978 году, когда усилия переключились на программу «Буран» , а работы над другим небольшим космическим кораблем частично продолжились в рамках программы «Бор» .
IXV — это экспериментальная возвращаемая машина Европейского космического агентства с несущим корпусом, предназначенная для проверки европейских многоразовых пусковых установок , которые могут быть оценены в рамках программы FLPP . IXV совершил свой первый полет в феврале 2015 года с помощью ракеты Vega . [6]
В 2010 году компания Orbital Sciences предложила коммерческий космический самолет с несущим корпусом. [7] Более подробно « Прометей » описан ниже.
Подъемные тела создают сложные проблемы управления, конструкции и внутренней конфигурации. В конечном итоге от подъемных тел отказались в пользу конструкции треугольного крыла для космического челнока. Данные, полученные в ходе летных испытаний с использованием высокоскоростных заходов на посадку с очень крутыми углами снижения и высокими скоростями снижения, были использованы для моделирования профилей полета и приземления шаттла.
При планировании входа в атмосферу место посадки выбирается заранее. Для многоразовых возвращаемых аппаратов обычно отдается предпочтение основной площадке, ближайшей к стартовой площадке, чтобы снизить затраты и сократить время выполнения запуска. Однако погода вблизи места посадки является основным фактором безопасности полета. В некоторые сезоны погода в местах посадки может меняться быстро относительно времени, необходимого для начала и выполнения входа в атмосферу и безопасной посадки. Из-за погодных условий возможно, что транспортному средству придется совершить посадку на другом месте. Кроме того, в большинстве аэропортов нет взлетно-посадочных полос достаточной длины, чтобы обеспечить скорость захода на посадку и расстояние крена, необходимое космическому кораблю. В мире существует немного аэропортов, которые могут поддерживать или модифицироваться для поддержки такого типа требований. Таким образом, альтернативные посадочные площадки очень широко разбросаны по США и по всему миру. Эти проблемы были обусловлены разработкой треугольного крыла шаттла. Эти требования еще больше усугублялись требованиями, расширявшими зону посадки шаттла.
Тем не менее, концепция несущего кузова была реализована в ряде других аэрокосмических программ, включая ранее упомянутые NASA X-38 , Lockheed Martin X-33 , многоблочное космическое транспортно-восстановительное устройство BAC , европейский EADS Phoenix и совместный российский проект. -Европейский космический корабль «Клипер» . Из трех основных конструктивных форм, обычно анализируемых для таких программ (капсула, подъемный корпус, самолет), подъемный корпус может предложить лучший компромисс с точки зрения маневренности и термодинамики, одновременно отвечая требованиям миссии своих клиентов.
Dream Chaser — это суборбитальный и орбитальный [8] космический самолет с подъемным корпусом вертикального взлета и горизонтальной посадки (VTHL) , разрабатываемый Sierra Nevada Corporation (SNC). Планируется, что конструкция Dream Chaser в конечном итоге будет перевозить до семи человек на низкую околоземную орбиту и обратно, а в настоящее время космический самолет планируется использовать для доставки грузов на Международную космическую станцию в рамках программы Commercial Resupply Services . Транспортное средство будет стартовать вертикально на Atlas V и приземляться горизонтально на обычных взлетно-посадочных полосах. [9]
.jpg/1280px-General_Airborne_Transport_XCG-16_--_2000-3085_(flight).jpg){kind=spacer}
В некоторых самолетах с крыльями также используются корпуса, создающие подъемную силу. Некоторые из проектов монопланов с высоким крылом компании Bellanca Aircraft Company начала 1930-х годов , такие как Bellanca Aircruiser , имели фюзеляжи неопределенной аэродинамической формы, способные создавать некоторую подъемную силу, причем даже стойки крыльев на некоторых версиях имели расширенные обтекатели, чтобы придать им некоторую подъемную силу. -генерирующая способность. Более современные аэродинамические исследования показали, что гоночный самолет Gee Bee R-1 Super Sportster 1930-х годов обладал значительной способностью создавать подъемную силу благодаря конструкции фюзеляжа, что важно для предполагаемой гоночной роли R-1, в то время как в Пилон с высоким наклоном поворачивается во время гонки. [10] В период с 1920-х по 1950-е годы Винсент Бурнелли разработал несколько самолетов, в которых использовался подъемный механизм фюзеляжа. Как и более ранние монопланы Bellanca, Short SC.7 Skyvan создает значительную подъемную силу за счет формы фюзеляжа, почти такую же, как 35%, которые производит каждое из крыльев.
Истребители, такие как F-15 Eagle, также создают значительную подъемную силу за счет широкого фюзеляжа между крыльями. Поскольку широкий фюзеляж F-15 Eagle настолько эффективен при подъемной силе, F-15 способен успешно приземлиться только с одним крылом, хотя и почти на полной мощности, при этом тяга значительно способствует подъемной силе. Летом 1983 года израильский F-15 в тренировочных целях устроил имитацию воздушного боя со «Скайхоками» недалеко от Нахаль-Цина в пустыне Негев. Во время учений один из «Скайхоков» просчитался и сильно столкнулся с корнем крыла F-15 . Пилот F-15 знал, что крыло серьезно повреждено, но решил попытаться приземлиться на ближайшей авиабазе, не зная степени повреждения крыла. И только после приземления, когда он выбрался из кабины и посмотрел назад, пилот понял, что произошло: у самолета полностью оторвалось крыло, и он посадил самолет с прикрепленным только одним крылом. Через несколько месяцев поврежденный F-15 получил новое крыло и вернулся в строй в составе эскадрильи. Инженерам McDonnell Douglas с трудом верилось в историю с однокрылым приземлением: с точки зрения их моделей планирования это было невозможно. [11]
В 2010 году компания Orbital Sciences предложила космический самолет «Прометей» со «смешанным несущим телом» , размером примерно в четверть размера космического корабля «Шаттл» , в качестве коммерческого варианта доставки астронавтов на низкую околоземную орбиту в рамках программы коммерческого экипажа . [7] Транспортное средство с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой (VTHL) должно было быть запущено на ракете Atlas V , рассчитанной на человека , но приземлилось на взлетно-посадочной полосе. [12] Первоначальная конструкция должна была перевозить экипаж из 4 человек, но она могла перевозить до 6 человек или комбинацию экипажа и груза. Помимо Orbital Sciences, в консорциум, стоявший за этим предложением, входили Northrop Grumman , которая должна была построить космический самолет, и United Launch Alliance , которая предоставила бы ракету-носитель. [13] Не будучи выбранной НАСА для участия в второй фазе премии CCDev, компания Orbital объявила в апреле 2011 года, что они, скорее всего, свернут свои усилия по разработке коммерческого корабля для экипажа. [14]
Принципы проектирования несущих тел используются и при строительстве гибридных дирижаблей .
С начала 1960-х до середины 1970-х годов в Летно-исследовательском центре Армстронга правительство США разработало различные конструкции подъемных кузовов транспортных средств для проверки концепции и летных испытаний . [3] К ним относятся:
Подъемные тела появлялись в некоторых научно-фантастических произведениях, в том числе в фильме « Оставленные» и в роли космического корабля Джона Крайтона «Фарскейп-1» в сериале « Фарскейп» . В сериале Discovery Channel предполагалось использовать подъемные тела для доставки зонда на далекую планету, похожую на Землю, в компьютерной анимации « Планета пришельцев» . Двойник Джерри Андерсона 1969 года использовал спускаемый аппарат / подъемник вертикального взлета и посадки с подъемным телом, чтобы посетить планету, похожую на Землю, но потерпел крушение в обеих попытках. В его серии «НЛО» использовался подъемный корпус, визуально похожий на M2-F2 для орбитальных операций («Человек, который вернулся»). В компьютерной игре Buzz Aldrin's Race Into Space модифицированный X-24A становится альтернативным лунным космическим кораблем, который игрок может выбрать вместо капсулы Gemini или Apollo .
В телевизионной программе 1970-х годов «Человек за шесть миллионов долларов» в заголовке шоу использовались кадры с поднимающимся корпусом самолета, взятые из реальных учений НАСА . Сцены включали отделение HL-10 от своего самолета-носителя — модифицированного B-52 — и M2-F2, пилотируемый Брюсом Петерсоном , который сильно разбился и кувыркался вдоль взлетно-посадочной полосы высохшего дна озера Эдвардс. Причина крушения была связана с возникновением голландского крена , вызванного нестабильностью управления, вызванной отрывом потока. [ нужна цитата ]
В эпизоде «Смертельный повтор» (8-я серия 2-го сезона, вышедшая в эфир 22 сентября 1974 г.) используется HL-10 как опора истории. [16]
Dream Chaser станет полноценным суборбитальным аппаратом на пути к достижению орбитальных возможностей.
Генеральный директор Дэйв Томпсон сказал: «В настоящее время я не ожидаю, что мы продолжим реализацию нашего собственного проекта в этой гонке. Мы будем наблюдать за ним, и если появится возможность, мы можем пересмотреть свое решение. Но на данный момент Я бы не ожидал большой активности с нашей стороны на рынке коммерческих экипажей».
