Испытание на падение — это метод проверки характеристик прототипа или экспериментального самолета и космического корабля в полете путем подъема испытательного аппарата на определенную высоту и последующего его сброса. Испытательные полеты с участием самолетов с двигателем, в частности, самолетов с ракетным двигателем , могут называться пусками с падением из-за запуска ракет самолета после его сброса с самолета-носителя.
В случае неисправного летательного аппарата испытательный аппарат падает или скользит после его освобождения при неисправном спуске к месту посадки. Испытания на падение могут использоваться для проверки аэродинамических характеристик и динамики полета испытательного аппарата, для проверки его систем посадки или для оценки выживаемости при запланированной или аварийной посадке. Это позволяет конструкторам аппарата проверять компьютерные модели полета , испытания в аэродинамической трубе или другие теоретические характеристики конструкции самолета или космического корабля.
Испытания на падение с большой высоты могут проводиться путем переноса испытательного транспортного средства на борту базового корабля на заданную высоту для сброса. [1] Испытания на падение с малой высоты могут проводиться путем сброса испытательного транспортного средства с крана или портала . [2]
Шасси самолетов, используемых на авианосцах, должны быть прочнее, чем у наземных самолетов, из-за более высоких скоростей захода на посадку и снижения при посадке на авианосец. [3] [4] Еще в 1940-х годах проводились испытания на падение, когда самолет, базирующийся на авианосце, такой как Grumman F6F Hellcat, поднимался на высоту десяти футов, а затем сбрасывался, 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), что показало, что он может выдержать в два раза большую силу, чем при посадке на авианосец. [5] [6] Испытания на падение до сих пор используются при разработке и тестировании самолетов, базирующихся на авианосце; в 2010 году Lockheed Martin F-35C Lightning II прошел испытания на падение, чтобы имитировать его максимальную скорость снижения 26,4 фута в секунду (8,0 м/с) при посадке на авианосец. [7] [8]
Многочисленные экспериментальные и прототипные самолеты были испытаны на падение или запущены с падения. Многие двигатели X-planes , включая 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 с падения. Испытательные образцы безмоторного NASA X-38 также были испытаны на падение с высоты до 45 000 футов (14 000 м) для изучения его аэродинамических и управляемых качеств, возможностей автономного полета и развертывания его управляемого парашюта . [9]
Некоторые экспериментальные самолеты, разработанные для запуска с воздуха, такие как Northrop HL-10 , проводили как испытания на падение без двигателя, так и запуски с двигателем. Перед полетами с двигателем, используя свой ракетный двигатель, HL-10 совершил 11 полетов с падением без двигателя, чтобы изучить управляемость и устойчивость несущего тела в полете. [10]
Ранние экспериментальные самолеты, такие как X-1 и X-2 , перевозились на борту модифицированных бомбардировщиков B-29 и B-50 . [11] [12] В 1950-х годах ВВС США предоставили NASA бомбардировщик B-52 для использования в качестве базового корабля для экспериментального X-15 . Построенный в 1955 году, B-52 был всего лишь 10-м, сошедшим с конвейера, и использовался ВВС для летных испытаний , прежде чем передать его NASA. [13] Имея бортовой номер NASA 008, самолет получил прозвище Balls 8 от пилотов ВВС, следуя традиции называть самолеты с номерами, состоящими из нескольких нулей, «Balls» плюс конечный номер. [14]
Balls 8 получил значительные модификации для перевозки X-15. Специальный пилон , предназначенный для перевозки и выпуска X-15, был установлен под правым крылом между фюзеляжем и внутренним двигателем. Выемка была также вырезана в одном из закрылков правого крыла, чтобы самолет мог разместить вертикальное оперение X-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, NASA продолжало использовать Balls 8 для испытаний на падение, пока он не был снят с вооружения в 2004 году. За свою 50-летнюю карьеру Balls 8 нес множество экспериментальных аппаратов, включая HL-10, X-24A, X-24B, X-38 и X-43A. [13]
Во время проектирования орбитального аппарата Space Shuttle в 1970-х годах инженеры спорили, следует ли проектировать орбитальный аппарат для планирования при посадке без двигателя или оснастить орбитальный аппарат выдвижными реактивными двигателями для выполнения посадки с двигателем. В то время как конструкция посадки с двигателем требовала переноски двигателей и реактивного топлива, что добавляло вес и сложность орбитальному аппарату, инженеры начали отдавать предпочтение варианту посадки с двигателем. В ответ на это НАСА провело испытания на падение X-24B 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 запустили 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 имитировать траекторию орбитального корабля Space Shuttle в условиях после входа в атмосферу . X-24B успешно совершил две точные посадки без двигателя на авиабазе Эдвардс , продемонстрировав осуществимость конструкции несущего корпуса без двигателя для Space Shuttle. Эти успехи убедили ответственных за программу Space Shuttle взять на себя обязательство по конструкции посадки без двигателя, что позволило бы сэкономить вес и увеличить грузоподъемность орбитального корабля. [15] [16]
В 1977 году была проведена серия испытаний на падение космического челнока Enterprise для проверки летных характеристик космического челнока. Поскольку космический челнок спроектирован для планирования без двигателя во время спуска и посадки, серия испытаний на падение с использованием испытательного орбитального аппарата была использована для демонстрации того, что орбитальный аппарат может успешно управляться в полете без двигателя. Эти испытания на падение, известные как программа испытаний на заход на посадку и посадку , использовали модифицированный Boeing 747 , известный как самолет-носитель шаттла или SCA, для доставки Enterprise на высоту от 15 000 до 30 000 футов (от 4600 до 9100 м). После серии испытаний в условиях несвободного полета, в которых орбитальный аппарат не был освобожден, в августе-октябре 1977 года было проведено пять испытаний в условиях свободного полета. [17]
В то время как испытания свободного полета Enterprise включали в себя отделение самолета без двигателя от самолета с двигателем, эти испытания не были типичными для испытаний на падение, поскольку орбитальный аппарат фактически переносился и отделялся от позиции над SCA. Такое расположение было потенциально опасным, поскольку помещало Enterprise в свободный полет непосредственно перед хвостовым плавником SCA сразу после отделения. В результате «падение» проводилось с использованием серии тщательно спланированных маневров, чтобы минимизировать риск столкновения самолетов. Сразу после отделения Enterprise поднимался вправо, в то время как SCA выполнял неглубокое пикирование влево, что позволяло быстрое вертикальное и горизонтальное разделение между двумя самолетами. [18]
В середине 2013 года корпорация Sierra Nevada планирует провести испытания на падение своего прототипа коммерческого космоплана 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, как планируется, аппарат автономно долетит до безмоторной посадки в 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 авиабазе Эдвардс .
Испытания на падение прототипов пилотируемых космических капсул могут проводиться для проверки выживаемости при посадке, в первую очередь путем тестирования характеристик спуска капсулы и ее систем посадки после входа в атмосферу . Эти испытания обычно проводятся без экипажа перед любым испытанием пилотируемого космического полета.
В 1963 году компания North American Aviation построила BP-19A, беспилотный командный модуль Apollo для использования в испытаниях на падение. В 1964 году NASA провело серию испытаний, включавших сброс BP-19A с C-133 Cargomaster с целью проверки парашютных систем капсулы перед началом пилотируемых испытаний космического корабля Apollo. [21]
В 2011 и 2012 годах НАСА провело серию коротких испытаний на выживаемость при посадке на воду в своей пилотируемой капсуле Orion , многократно сбрасывая испытательный аппарат Orion в большой водный бассейн. Испытания имитировали посадку на воду на скоростях от 7 до 50 миль в час (от 11 до 80 км/ч) путем изменения высоты посадочной платформы над бассейном. Диапазон скоростей посадки позволил НАСА имитировать ряд возможных условий входа и посадки во время посадки на воду. [22] [23] [24] [25]
В 2011 и 2012 годах НАСА также провело испытания парашютных систем испытательного корабля Orion и возможностей посадки на суше. В каждом испытании космический корабль Orion сбрасывался с грузового самолета C-17 или C-130 . Для испытаний капсула устанавливается на систему поддонов и помещается 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 Orion с высоты 25 000 футов (7 600 м). Парашюты капсулы успешно раскрылись на высоте от 15 000 до 20 000 футов (от 4 600 до 6 100 м), замедлив космический корабль до посадки 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, проведенных в пустыне Мохаве на юго-востоке Калифорнии , для проверки конструкции парашюта и систем амортизации приземления подушек безопасности капсулы CST-100 . Подушки безопасности расположены под тепловым экраном CST-100, который предназначен для отделения от капсулы во время спуска на парашюте на высоте около 5000 футов (1500 м). Испытания проводились на скорости относительно земли от 10 до 30 миль в час (от 16 до 48 км/ч) для имитации условий бокового ветра во время посадки. Bigelow Aerospace построила мобильный испытательный стенд и провела испытания. [28]
В апреле 2012 года Boeing провел еще одно испытание на падение своего прототипа космической капсулы CST-100, чтобы проверить системы посадки капсулы. Испытательный аппарат был поднят вертолетом на высоту 11 000 футов (3400 м), а затем отпущен; затем три основных парашюта капсулы успешно раскрылись и замедлили спуск капсулы. Непосредственно перед посадкой шесть подушек безопасности капсулы надулись под капсулой, чтобы поглотить часть энергии удара при посадке. Аналогичные 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, чтобы изучить выживаемость при крушениях вертолетов. Используя вертолет MD 500 , подаренный армией США, НАСА сбросило вертолет под углом с высоты 35 футов (11 м), чтобы имитировать жесткую посадку вертолета. Внутри вертолета были размещены сложные манекены для краш-тестов с имитаторами внутренних органов, которые использовались для оценки внутренних повреждений в результате такого падения. [30] [31] Из-за обширных повреждений испытательного вертолета после второго испытания третий тест не планировался. [31]