Экспериментальный аппарат NASA M2-F1 (США)

Сначала 1960-х годов NASA и ВВС США разработали программку летных испытаний пилотируемых АНК (аппарат с несущим корпусом), главными целями которой являлись: - демонстрация способности выполнения маневров в полете и воплощения горизонтальной планирующей (безмоторной) посадки; - исследование режимов полета в спектре околозвуковых и малых сверхзвуковых скоростей; - демонстрация способности захода на посадку и планирующей посадки при критериях, обычных для орбитальной ступени многоразового воздушно-космического аппарата. Программка имела последующие этапы: 1) полеты при дозвуковых скоростях. АНК отделялся от самолета-носителя на высоте 13 700 м и скорости, соответственной числу М=0,65, и производил планирующий спуск, выполняя маневры, связанные с заходом на посадку в данном районе. В полете исследовались аэродинамическое качество аппарата при дозвуковых скоростях, свойства стойкости и маневренности, малые требования к системе демпфирования, воздействие бокового ветра и турбулентности. 2) полеты при околозвуковых и малых сверхзвуковых скоростях. После отделения от самолета-носителя при вышеуказанных критериях силовая установка докладывала АНК расчетную скорость и выводила его на заданную высоту. Потом движок выключался, и аппарат совершал планирующий полет, выполняя маневры, связанные с заходом на посадку. Богатство исследования концепции АНК были выполнены во 2-ой половине 1950-х Лабораторией аэронавтики имени Эймса Государственного консультативного комитета по аэронавтике NACA в Маунтин-Вью, шт Калифорния. К февралю 1962 т. аэродинамики предложили несколько вероятных форм АНК, а Дейл Рид (R. Dale Reed), главный спец Летно-исследовательского центра (ЛИЦ) NASA на авиабазе Эдварде, заручился поддержкой собственного управления в разработке реальных пилотируемых АНК. Первоочередная цель программки - демонстрация способности управляемого полета и горизонтальной планирующей (безмоторной) посадки АНК - была достигнута на пилотируемом аппарате M2-F1 («М» - пилотируемый и «F» - летный вариант). Этот легкий безмоторный ЛА (планер), снаружи напоминавший... ванну, предназначался для отработки посадки АНК. Силовая конструкция и шасси M2-F1, представлявшего собой срезанный вдоль конус с округленной верхушкой и 2-мя вертикальными стабилизаторами в хвостовой части, производились из железных труб, для обшивки использовалась фанера из красноватого дерева шириной 2,4 мм. Шпангоуты шириной 3,18 мм также из красноватого дерева, подкрепленного елью. Поверхность оклеена дакроном и покрыта особым лаком. Неуберающееся шасси - немного измененные передняя и главные опоры легкого самолета Cessna 150. Вертикальные стабилизаторы, вертикальные и горизонтальные рули и элевоны сделаны из тонких дюралевых листов, закрылки сварены из дюралевых труб и покрыты дакроном. Кабину, которая находилась в центральной части аппарата, закрывал плексигласовый фонарь, взятый от серийного планера. Он обеспечивал пилоту обзор впереди, вверху и по сторонам; глядеть вперед и вниз можно было через маленькое окошко, прорезанное в носовой части АНК и закрытое плексигласовой пластинкой вогнутой формы. Понизу с боковой стороны имелись также маленькие плоские иллюминаторы, служившие этим же целям. На прямой поверхности фюзеляжа предусматривалась установка некоторых выступающих агрегатов. Конкретно над обтекателем предлагалось монтировать Г-образную штангу приемника воздушного давления. Для получения требуемых способностей ее пришлось сделать достаточно длинноватой. Центральная часть фюзеляжа вмещала одноместную кабину пилота. Над ней находился фонарь с гаргротом. Выступавшая над фюзеляжем защита кабины имела форму эллипсоида и благодаря этому оказывала малое воздействие на поток воздуха. На уровне задней части гаргрота находились корневые участки хвостового оперения. Flying Bathtub получила пару килей трапециевидной формы, отличавшихся большой стреловидностью фронтальной кромки и малым удлинением. Задняя часть килей была выполнена отклоняемой и делала функции руля направления. В высшей части килей предлагалось укреплять маленькие стреловидные стабилизаторы. 1-ый вариант проекта предполагал установку третьего киля, размещенного меж 2-мя другими. Меж боковыми килями на хвосте фюзеляжа помещалась пара элевонов большой площади. Эти плоскости были взяты у серийного самолета Cessna 150. Экспериментальный аппарат NASA M2-F1 был должен получить трехточечное шасси с фронтальной опорой, тоже взятое у самолета «Cessna». Передняя стойка с колесом малого поперечника монтировалась под носом фюзеляжа и размещалась под углом, вынося колесо вперед. Главные стойки находились на уровне более широкого участка фюзеляжа. Все три стойки агрессивно закреплялись на железном силовом наборе. Механизмы уборки не использовались. Управление летательным аппаратом возлагалось на единственного летчика, находящегося в кабине. На рабочем месте пилота имелась приборная доска с несколькими стрелочными устройствами, ручка управления и пара педалей классической конструкции. Большой прозрачный фонарь кабины обеспечивал неплохой обзор верхней полусферы, но соответствующая форма фюзеляжа не позволяла смотреть за объектами впереди и понизу, что могло привести к дилеммам на взлете и посадке. Для улучшения обзора носовой обтекатель фюзеляжа выполнили прозрачным. На левом борту, рядом с кабиной, предусмотрели большое прямоугольное окно с остеклением. Общая длина экспериментального летательного аппарата NASA M2-F1 составляла 6,1 м, наибольшая ширина (по стабилизатору) – 6,32 м. Высота – 2,9 м. Несущая поверхность фюзеляжа имела площадь 12,9 кв.м. Свой вес планера составлял всего 1000 фунтов – 454 кг. В обычной полетной конфигурации аппарат весил 536 кг; наибольшая взлетная масса – 567 кг. Строительство M2-F1 вели вместе ЛИЦ и фирма-изготовитель планеров Briegleb Glider Company в рамках бюджета всего в 30 тыс $. Спецы NASA сварили трубчатый каркас, а оболочку из дерева вручную склеил мастер-краснодеревщик Угасал Бриглеб (Gus Briegleb), в помощь которому был назначен Эрни Лаудер (Emie Lowder), мастер NASA, работавший ранее по проекту летающей лодки H-4 Hercules Говарда Хьюза, известной также как «Еловый гусь». Задачки летных испытаний экспериментальных аппаратов специфичны: для них не существует нормативов по летной годности. Обычно приоритетной целью считается определение свойства стойкости и маневренности ЛА, но сразу проверяется работа систем и кропотливо контролируются такие характеристики, как аэродинамические нагрузки, шарнирные моменты и т. п. Данные, приобретенные в полете, сравниваются с плодами продувок в АДТ и употребляются для составления программки следующих шагов испытаний. Для доказательства расчетов натурный аппарат был продут в большой АДТ Центра имени Эймса NASA. 1-ые летные тесты M2-F1 были выполнены на высохшем озере Роджерс, при этом опытнейший АНК буксировался на тросе за автомобилем «понтиак» (Pontiac). 5 апреля 1963 г летчик-испытатель Милтон Томпсон (Milton Thompson) в первый раз оторвал носовую часть M2-F1 от земли. Аппарат буксировался со скоростью 86 миль в час (138 км/ч) и, казалось, бесконтрольно подпрыгивал вверх-вниз на главном шасси. «Скачки» прекращались, когда пилот опускал носовую часть к земле. Милт пробовал опять, но всякий раз с этим же результатом. После просмотра киносъемки испытаний было решено, что подпрыгивание вызвано ненужными передвижениями ручки управления. Систему управления поменяли, и аппарат больше не «козлил». Также выяснилось, что мощи «Понтиака» не хватает для того, чтоб поднять M2-F1 над землей. К радости, в команде инженеров был проф автогонщик, который организовал покупку «гоночного секонд-хэнда». «Болид-буксировщик» - форсированная модель «понтиака», обретенная за полностью умеренную сумму и управляемая Биллом Страубом (Bill Straub), - был тюнингован подходящим образом: 2-ое кресло в кабине развернули задом наперед, чтоб механик, сидевший рядом с водителем, мог следить за буксировкой. Скорость достигала 176 км/ч и поболее, что позволило Томпсону подымать АНК на высоту до 7 м, а потом отделять трос для буксировки и приблизительно 20 сек планировать. Эти испытания дозволили собрать данные о поведении M2-F1, нужные для выполнения полетов за самолетом-буксировщиком C-47. 1-ое настоящее летное испытание, санкционированное директором ЛИЦ (без ведома управления NASA!), было проведено 16 августа 1963 г Незадолго ранее M2-F1 оснастили катапультным креслом, взятым от учебно-тренировочного самолета T-37, и пороховой ракетой в хвосте: из-за нехороший аэродинамики аппарат обладал высочайшей скоростью понижения даже при подходе к ВПП и мог в хоть какой момент упасть на землю. Краткосрочная (до 5 сек) работа РДТТ давала возможность избежать неуправляемого «нырка» вниз. Из-за плохого расположения фонаря кабины обзор вперед в M2-F1 при буксировке за самолетом был очень ограничен: при огромных углах атаки полнеба закрывала носовая часть аппарата. Чтоб пилот АНК мог сразу созидать самолет-буксировщик (через фронтальное окошко в носу фюзеляжа) и оценивать обстановку в воздухе, ему приходилось лететь приблизительно на 6-7 м выше, чем C-47. Скорость буксировки после взлета ограничивалась приблизительно 160 км/ч. Аппарат отцеплялся на высоте около 3600 м и планировал к озеру Роджерс. Первую серию полетов на M2-F1 делал, естественно, Милт Томпсон, «набивший руку» в заездах за «Понтиаком». Обычно планирующие полеты длилось несколько минут. Горизонтальная скорость при всем этом не превосходила 200 км/ч, тогда как скорость понижения достигала 1100 м/мин. На высоте 300 м пилот опускал носовую часть, и скорость увеличивалась приблизительно до 240 км/ч. На высоте 60 м Томпсон выпускал плитки, и АНК садился. M2-F1, по-видимому, имел самое маленькое аэродинамическое качество посреди всех планеров, которые когда-либо совершали полет: оно составляло приблизительно 2,8. Легкомоторная Cessna 150 с отказавшим движком имеет качество 10, а наилучшие планеры-парители - 60. Но даже невзирая на настолько низкое отношение подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению, тесты M2-F1 подтвердили возможность горизонтальной посадки бескрылого КА после спуска в атмосфере... также показали достижение стремительных результатов за малые средства. Главная работа была выполнена всего за девять месяцев работ при издержек приблизительно в 50-60 тыс $, не включая жалованье госслужащих, работавших над проектом. Еще на шаге летных испытаний M2-F1 был выявлен целый ряд особенностей поведения бескрылых аппаратов. По тангажу они управлялись полностью нормально, а по другим каналам имели очень необычные свойства. Малый надобный момент при управлении наклоном приводил к тому, что ЛА мог завалиться набок либо даже перевернуться ввысь ногами из-за мельчайшего порыва ветра либо случайного отличия ручки управления. Маневры, связанные с резкой дачей руля для координации поворотов либо ускорения вращения по наклону, могли привести к раскачке аппарата летчиком. Эти необычные свойства чуть не стали предпосылкой катастрофы. После окончания летных испытаний предполагалось использовать M2-F1 для подготовки пилотов к полетам на «тяжелых» аппаратах M2-F2 и HL-10. Один летчик ВВС уже при первой буксировке запамятовал об этом и... оказался в перевернутом полете на высоте приблизительно 120 м. Он сумел, отцепив трос, благополучно приземлиться. 2-ая его попытка, осуществленная через год... окончилась этим же! После этих 2-ух инцидентов M2-F1 был выслан в отставку. Всего до 16 августа 1966 г на M2-F1 было выполнено более 400 буксировок за автомобилем и 77 полетов на привязи за самолетом. Не считая Милта Томпсона (45 полетов), аппарат пилотировали Брюс Питерсон (Bruce Peterson - 17 полетов), Чак Игер (Chuck Yeager - 5 полетов), Дональд Сорли (Donald М. Sorlie - 5), Дональд Маллик (Donald L. Mallick - 2), Джерольд Джентри (Jerauld R. Gentry - 2) и Билл Дейна (Bill Dana - 1). По одной наземной буксировке выполнили космонавт X-20 Джеймс Вуд (James W. Wood) и будущие космонавты NASA Фред Хейз (Fred Haise) и Джо Энгл (Joe Engle). В текущее время этот эксклюзивный АНК принадлежит Смитсоновскому институту и выставлен в ЛИЦ имени Драйдена. Технические свойства M2-F1 Экипаж: 1 Длина: 6,1 м Размах крыла: 4,32 м Высота: 2,90 м Площадь крыла: 12,9 м2 Масса пустого: 454 кг Полная масса: 536 кг Наибольший взлетный вес: 567 кг Скорость понижения: 18 м/с Нагрузка на крыло: 44 кг/м2

Источник: dogswar.ru