Экспериментальный аппарат Northrop M2-F2 (M2-F3) (США)

Результатом работ ЛИЦ NASA по программке M2-F1, также исследовательских работ, проведенные в центрах Эймса и Лэнгли, стал выданный NASA в июне 1964 г договор на создание 2-ух «тяжелых» аппаратов - M2-F2 (по конфигурации Центра Эймса) и HL-10 (по конфигурации Центра Лэнгли). Оба АНК строились компанией Northrop и для разгона до сверхзвуковых скоростей комплектовались кислородно-спиртовым движком XLR-11-RM-13 тягой 3600 кгс. Наряду с этим по заказу ВВС США компания Martin сделала несущий корпус X-24. Конкретно эти аппараты предназначались для имитации полета АНК в спектре скоростей от 320 до 16 000 км/ч и поболее. По плану разработчиков, конфигурация в виде полуконуса, уже опробованная на малых моделях при управляемом спуске в атмосфере, должна была подтвердить аэродинамические свойства, требующиеся как для выполнения гиперзвуковых маневров, так и для безмоторной посадки на ВПП. Для полетов на большой высоте и скорости фанерный M2-F1 просто не был адаптирован.

Маленькая совместная группа профессионалов Northrop и NASA действовала верно и отлично. Инженеры дневали и ночевали в цехе, где строились аппараты. Принципные решения принимались стремительно, с минимумом бюрократизма. Одно из них имело принципиальные последствия. Из-за наличия ЖРД хвостовая часть оказалась перетяжеленна и добивалась балансировки. Кто-то предложил заместо установки дополнительного балласта усилить раму кабины, применив в конструкции сталь заместо алюминия. Эта рама потом выручила жизнь пилота Брюса Питерсона... На постройку обоих аппаратов ушло всего 19 месяцев.

M2-F2 был готов в июне 1965 т. Он смотрелся существенно элегантнее собственного макета, хотя имел близкие размеры. Цельнометаллический аппарат оснастили убирающимся шасси; кабину перераблотали, ее фонарь сдвинули вперед; убрали горизонтальные рули, торчавшие на M2-F1 в стороны от килей. Продольное и поперечное управление сейчас производилось при помощи поверхностей, расположенных сверху и снизу на хвостовой части (углы отличия 10°). Для поперечного управления две верхние поверхности отклонялись дифференциально. Для продольного и поперечного управления служили элевоны, а для путного - расщепляющиеся рули направления, которые могли применяться как воздушные тормоза. Штатной платформой для пуска АНК стал самолет-носитель NB-52 - один из 2-ух бомбардировщиков, купленных NASA для пусков ракетопланов X-15.

Летные тесты M2-F2 производились на базе ВВС Эдвардс объединенной группой профессионалов NASA и ВВС США. При подготовке аппарата к первому испытательному полету появилось несколько заморочек, которые нужно было решить до летных испытаний. Тесты облегченного АНК массой 2700 кг на рулежке при индикаторной воздушной скорости около 260 км/ч, проведенные при включении 2-ух посадочных ракетных движков тягой по 225 кгс, проявили, что аэродинамическая система управления недостаточно эффективна для управления по курсу даже при огромных скоростях. Хотя аппарат был устойчивым в канале тангажа, он оказался очень чувствительным в управлении по курсу: к примеру, даже при малозначительной разнице в высоте стоек шасси имелась тенденция разворачиваться в сторону более низкой стойки. ЛА комплектовался неуправляемым носовым колесом, и летчик мог обеспечить малое управление на земле только при помощи системы дифференциального торможения.

Другим шагом в подготовке M2-F2 к первому полету были натурные тесты в АД Т, которые проявили, что аппарат имеет наибольшее аэродинамическое качество на «дозвуке» - всего 3,0. Это было значительно меньше значения, приобретенного в процессе продувок в АДТ маломасштабной модели. При выпущенном шасси качество падало до 2,5, что тоже было существенно меньше расчетной величины. Расхождения объяснялись шероховатостью поверхностей и обыкновенными производственными допусками, также воздействием масштаба. Последующие исследования, основанные на этих данных, указали на необходимость разработки новейшей модификации аппарата, которая имела бы более высочайшее аэродинамическое качество и дозволила бы усовершенствовать технику посадки. Для сужения хвостовой части аппарата был изменен элемент крепления ракетного мотора. Это приметно понизило донное и балансировочное сопротивление, и прирастило аэродинамическое качество до 3,1.

23 марта 1966 г. M2-F2 сделал собственный 1-ый полет под крылом В-52, без отделения от самолета-носителя, а 16 июля 1966 г. отправился в свободное «плавание» под управлением все такого же Милтона Томпсона. Для первого полета избрали функцию захода на посадку с убранным шасси по крутой линии движения с большой индикаторной скоростью (565 км/ч). Исследования на моделирующей установке проявили, что от окончания выравнивания и до момента приземления в распоряжении летчика будет примерно 10 секунд... Сначало шасси аппарата рассчитывалось на выпуск под действием аэродинамических нагрузок и веса, что занимало около 5 сек. Но потом его видоизменили, чтоб оно выпускалось при помощи пневматики всего в секунду. Такое решение сохраняло более высочайшее аэродинамическое качество практически до момента касания, также уменьшило возможность несимметричного выпуска шасси и возникновения неустановившихся движений по наклону и рысканью.

В одном из интервью этот выдающийся летчик-испытатель говорил: «Я сделал 1-ые 5 полетов. Цель программки состояла в том, чтоб обеспечить выполнение захода на посадку. К примеру, в первом полете мы спускались с высоты 45000 футов (13 700 м) после сброса с B-52. Я планировал, делал три виража и летел прямо вперед в течение минутки либо около того, потом делал левый поворот, позже очередной левый поворот, уже заходя к ВПП. Весь полет длился приблизительно 3,5 мин». Характеризуя аэродинамику M2-F2, Томпсон высказался без обиняков: «Грубые расчеты проявили, что, если б человек выпал из В-52, когда я запускался, я обогнал бы его у земли! С чисто аэродинамической точки зрения M2-F2 был очень нехорошим аппаратом, так стремительно он снижался...» Одна из заморочек заключалась в появлении неприемлемого гистерезиса механической проводки системы управления. Для ее устранения проводку отрегулировали так, чтоб в начальном положении рули направления устанавливались не по сгустку, а под углом 5°. Это вновь привело к уменьшению аэродинамического свойства.

Наибольшее число заморочек было связано с системой увеличения стойкости, которая работала неудовлетворительно. Даже после ее доработок все еще наблюдались колебания по тангажу и наклону частотой 2-3 Гц, но, правда, с малой амплитудой. Были испробованы все вероятные пути решения этой проблемы, но решить ее вполне в процессе летных испытаний так и не удалось. Правда, амплитуду колебаний снизили так, что летчики не могли их найти. Для проверки прочности конструкции аппарат (без летчика) подвешивался под крыло бомбовоза B-52 на пилоне при помощи специально разработанного переходного устройства. Такие же тесты, но уже с летчиком, проводились для кропотливой проверки работы всех систем аппарата. При всем этом для имитации реального полета производилось резвое понижение самолета B-52 с расчетной высоты сброса аппарата, а на АНК выдвигалась воздушная турбина и выпускалось шасси. Эти полеты нашли новые проблемы: недостаточную продуктивность противообледенительной системы фонаря кабины; замерзание клапанов системы подачи перекиси водорода в посадочные ЖРД; большой расход воздуха в кабине, неудовлетворительную работу радиооборудования, новые проблемы в системе увеличения стойкости.

Принципиальной для подготовки летчика числилась тренировка на недвижном наземном тренажере с шестью степенями свободы. Тщательно изучался весь спектр рабочих режимов аппарата. Проводились бессчетные исследования черт маневренности при 3-х, 5 и 6 степенях свободы. В конечном итоге был разработан профиль полета, придерживаясь которого, можно было бы обойти предполагаемых небезопасных режимов полета. От летчика требовалось отлично знать эти режимы и избегать их, также выводить ЛА в случае ненамеренного входа в эти режимы. Были учтены все затруднения, которые можно было предугадать. Также был разработан порядок действий в аварийной обстановке. В первом планирующем полете M2-F2 достигнул скорости приблизительно 720 км/ч. Наибольшая скорость в серии полетов составила 750 км/ч, большая длительность - 4 мин 21 сек. Планирующие полеты на M2-F2 сделали Милтон Томпсон (5 полетов), Брюс Питерсон (3 полета), Дон Сорли (3) и Джерри Джентри (5).

10 мая 1967 г был выполнен шестнадцатый и последний полет. Он завершился трагедией: при посадке самолет свалился на дно сухого озера Роджерс. АНК, пилотируемый Брюсом Питерсоном, попал в режим «голландского шага», когда летчик пробовал возвратить себе управление. Потом, пытаясь обойти столкновения со спасательным вертолетом, пилот перескочил размеченную полосу и стал садиться в немаркированной зоне, где было тяжело оценить высоту над землей... Питерсон включил 500-фунтовый посадочный движок, чтоб прирастить подъемную силу, но коснулся поверхности ранее, чем шасси вполне вышло и стало на замки, на скорости 400 км/ч. M2-F2 закувыркался и перевернулся 6 раз, до того как застыл на месте. Питерсона извлекли из аппарата и срочно выслали в лазарет... Часть видеосъемок M2-F2, включая аварийную посадку Питерсона, была применена в телефильме «Человек на 6 миллионов долларов» (The Six Million Dollar Man) и потом открывала каждую серию телевизионного телесериала.

Летчики-испытатели и спецы NASA сообразили, что проблемы с поперечным управлением не убрать, если не добавить аппарату аэродинамической стойкости. После ремонта в ЛИЦ аппарат был обустроен доп (третьим) вертикальным стабилизатором, установленным меж маленьких килей, и получил новое обозначение M2-F3. На него установили топливный бак огромных размеров с перекисью водорода и два доп посадочных мотора с общей регулируемой тягой 450 кгс, также реактивную систему управления, схожую с той, что стояла на X-15. При появлении боковой неустойчивости при малых углах атаки, требуемых для захода на посадку, летчик мог уменьшить угол захода на посадку, чтоб вывести самолет из зоны неустойчивости, и использовать посадочные движки. Для проверки расчетных посадочных черт аппарата был применен самолет F-104, совершавший посадку с выпущенными шасси, воздушными тормозами и закрылками и с движком, работающим на режиме малого газа.

1-ый полет на улучшенном аппарате M2-F3 выполнил 2 июня 1970 г. летчик-испытатель NASA Билл Дейна. После 3-х планирующих тестов начались полеты с включением ЖРД XLR-11 после отделения от B-52, что позволяло достигнуть наибольшей скорости 1710 км/ч (М=1,6). Большей высоты подъема (21 790 м) достигнул пилот Джон Мэнке (John А. Manke) в последнем, 27-м полете 21 декабря 1972 г. На M2-F3 летали Уилльям Дэйна (19 полетов), Джон Мэнке (4 полета), Сесил Пауэлл (3), Джерольд Джентри (1). На данный момент этот аппарат выставлен в Государственном авиационно-космическом музее NASM (National Air and Space Museum) рядом с ракетопланом X-15.

Оценивая результаты полетов АНК данной серии, можно сказать, что как экспериментальные эти аппараты имели применимые свойства маневренности и стойкости на всех исследованных режимах полета. Но летчики, испытавшие эти ЛА, не рекомендовали использовать их для постоянной эксплуатации по многим причинам. Во-1-х, невзирая на применимые свойства продольного движения, поведение ЛА в боковом направлении вызывало прирекания. Реакция по наклону на управляющий входной сигнал изменялась от реверса наклона при огромных углах атаки до таковой чувствительности при очень малых углах атаки, что деяния летчика вызывали колебания аппарата. Потому на малых углах летчики-испытатели сознательно снимали ноги с педалей руля направления, боясь ненамеренной «раскачки» АНК.

Разумеется, подобные свойства маневренности неприемлемы для аппарата, созданного для постоянной эксплуатации. Во-2-х, для аппарата обязателен заход на посадку по крутой линии движения, чтоб он мог выполнить выравнивание и посадку с выключенными движками. Даже при безупречных летных критериях навряд ли найдется летчик, испытывающий желание после галлактического полета хоть какой длительности производить маневр, который обеспечил бы вертикальную скорость понижения 75-90 м/сек до высоты порядка 300 м над землей. На этой высоте летчик должен начать выравнивание с перегрузкой, равной двум, располагая при всем этом приблизительно 25 секундами для выпуска шасси и приземления. А уход на 2-ой круг неосуществим...

Общие свойства M2-F2 Экипаж: 1 Длина: 6,76 м Размах: 2,95 м Высота: 2,90 м Площадь крыла: 15 м2 Вес пустого: 2096 кг Полная масса: 2722 кг Наибольший взлетный вес: 3395 кг Силовая установка: 1 жидкостный ракетный движок Reaction Motors XLR-11, тяга 8000 lbf (36 kN) с 4-мя узлами камеры сжигания Наибольшая скорость: 750 км/ч Наибольшая скорость: 0,707 Маха Спектр: 15,9 км Практический потолок: 14000 м Нагрузка на крыло: 211 кг/м2 Тяга/вес : 1,3

Источник: dogswar.ru