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落下試験は、試験機を特定の高度まで上昇させてから放出することにより、試作機や実験 機、宇宙船の飛行特性を試験する方法です。動力航空機、特にロケット推進航空機による試験飛行は、航空機のロケットが運搬機から放出された後に打ち上げられるため、落下発射と呼ばれることがあります。
無動力航空機の場合、試験機は離陸後、着陸地点まで無動力で降下し、落下または滑空します。落下試験は、試験機の空力性能と飛行力学を検証したり、着陸システムを試験したり、計画着陸または不時着着陸の生存性を評価するために使用できます。これにより、機体の設計者は、コンピューター飛行モデル、風洞試験、または航空機または宇宙船の設計のその他の理論的な設計特性を検証できます。
高高度落下試験は、試験機を母船に乗せて目標高度まで運び、そこで放出することによって実施される。 [1] 低高度落下試験は、試験機をクレーンまたはガントリーから放出することによって実施される。[2]
航空機および揚力体の試験
空母着陸シミュレーション試験
空母に搭載される航空機の着陸装置は、空母着陸時の接近速度と沈下率が高いため、陸上機よりも頑丈でなければならない。[3] [4] 1940年代初頭には、グラマンF6Fヘルキャット などの空母搭載機を10フィートの高さまで持ち上げてから落下させ、19フィート/秒（5.8 m/秒）での着陸の衝撃をシミュレートする落下試験が実施されていた。F6Fは最終的に20フィート（6.1 m）の高さから落下し、空母着陸の2倍の衝撃を吸収できることが実証された。[5] [6]落下試験は現在でも空母搭載機の開発と試験に使用されており、2010年にはロッキード・マーティンF-35CライトニングIIが、空母着陸時の最大降下率26.4フィート/秒（8.0 m/秒）をシミュレートする落下試験を受けた。[7] [8]
実験機
数多くの実験機や試作機が落下試験や投下発射されてきた。ベルX-1、ベルX-2、ノースアメリカンX-15、マーティン・マリエッタX-24AおよびX-24B、オービタル・サイエンシズX-34、ボーイングX-40、NASA X-43Aなど、多くの動力付きXプレーンは、投下発射用に特別に設計された。動力のないNASA X-38の試験機も、その空力特性や操縦性、自律飛行能力、操縦可能なパラフォイルの展開を研究するために、高度45,000フィート（14,000メートル）までの落下試験が行われた。[9]
ノースロップHL-10などの空中発射用に設計された実験機の中には、無動力落下試験と動力落下発射の両方を行ったものがある。ロケットエンジンを使用した動力飛行に先立ち、HL-10は飛行中の揚力体の操縦性と安定性を研究するために、無動力落下飛行を11回行った。[10]
ボール8母船
X-1やX-2などの初期の実験機は、改造されたB-29爆撃機やB-50爆撃機に搭載された。[11] [12] 1950年代、アメリカ空軍はNASAに実験機X-15の母機として使用するB-52爆撃機を提供した。1955年に製造されたB-52は、組み立てラインから出荷された10機目の機体であり、NASAに引き渡される前に空軍によって飛行試験に使用された。 [13] NASAの機体番号008で飛行するこの飛行機は、複数のゼロで番号付けされた航空機を「ボールズ」に最後の数字を加えて呼ぶ伝統に従い、空軍パイロットからボールズ8というニックネームが付けられた。 [14]
ボールズ8号機は、 X-15を搭載するために大幅な改造を受けた。X-15を搭載して放出するための特別なパイロンが、胴体と機内エンジンの間の右翼の下に設置された。また、右翼のフラップの1つに切り込みが入れられ、X-15の垂直尾翼を収容できるようにした。 ボールズ8号機は、X-15を搭載するために改造された2機の爆撃機のうちの1機であった。もう1機はX-15プログラム終了後の1969年に退役したが、NASAは2004年に退役するまでボールズ8号機を落下試験に使用し続けた。50年間の運用期間中、ボールズ8号機は、HL-10、X-24A、X-24B、X-38、X-43Aなど、多数の実験機を搭載していた。 [13]
スペースシャトル開発におけるX-24Bの役割
1970年代のスペースシャトルオービターの設計中、技術者らは、オービターを無動力で滑空着陸するように設計するか、または動力着陸を行うためにオービターに飛び出し式ジェットエンジンを装備するかを議論した。動力着陸の設計ではエンジンとジェット燃料を搭載する必要があり、オービターの重量と複雑さが増すが、技術者らは動力着陸の選択肢を支持するようになった。これを受けてNASAは、無動力飛行中の揚力体航空機の着陸の実現可能性を実証するため、 X-24Bの無動力落下試験を実施した。1975年、X-24B機は、モハーベ砂漠の高度45,000フィート（14,000メートル）でボールズ8から投下され、その後ロケットエンジンに点火して速度を上げて高度60,000フィート（18,000メートル）まで推進された。ロケットエンジンが停止すると、高速かつ高高度の条件により、X-24Bは大気圏再突入後のスペースシャトルの軌道をシミュレートすることができた。X-24Bはエドワーズ空軍基地で2回の無動力精密着陸に成功し、スペースシャトルの無動力リフティングボディ設計の実現可能性を実証した。これらの成功により、スペースシャトルプログラムの責任者は無動力着陸設計を採用することを決意し、重量を軽減し、オービターの積載量を増やすことができた。[15] [16]
スペースシャトルエンタープライズ
1977年、スペースシャトル エンタープライズの飛行特性をテストするために、一連の落下テストが実施された。スペースシャトルは降下中および着陸中に無動力で滑空するように設計されているため、テストオービターを使用した一連の落下テストにより、オービターが無動力飛行で正常に制御できることが実証された。アプローチおよび着陸テストプログラムとして知られるこれらの落下テストでは、シャトルキャリア航空機またはSCAとして知られる改造されたボーイング747を使用して、エンタープライズを高度15,000〜30,000フィート（4,600〜9,100メートル）まで運んだ。オービターを解放しない一連の拘束飛行テストの後、1977年8月から10月にかけて5回の自由飛行テストが行われた。[17]
エンタープライズの自由飛行試験では、動力機から動力のない航空機を切り離すという手順を踏んだが、この試験は、オービターが実際にSCAの上空から運ばれ、切り離されたため、典型的な落下試験ではなかった。この配置は、切り離し直後にエンタープライズがSCAの尾翼の真正面で自由飛行することになるため、潜在的に危険であった。その結果、航空機の衝突リスクを最小限に抑えるために、一連の慎重に計画された操作を使用して「落下」が行われた。切り離し直後、エンタープライズは右に上昇し、SCAは左に浅い急降下を行い、2機の航空機を垂直および水平に素早く分離できるようにした。[18]
ドリームチェイサー
2013年半ば、シエラネバダ社はドリームチェイサー試作商用 スペースプレーンの落下試験を行う予定である。無人初飛行試験では、ドリームチェイサー試作機をコロンビア234-UTヘリコプターで高度12,000フィート（3,700メートル）から投下し、そこから機体が自律飛行してドライデン飛行研究センターに無動力着陸する予定である。[19] [20]ドリームチェイサーは自由飛行を無事に完了し、11月11日にモハーベ砂漠上空での落下試験に合格した。無人機はエドワーズ空軍基地に着陸した。
有人カプセルのテスト
有人宇宙カプセルの 試作機の落下試験は、主にカプセルの降下特性と再突入後の着陸システムを試験することにより、着陸時の生存性を試験するために実施されることがあります。これらの試験は通常、有人宇宙飛行試験の前に無人状態で実施されます。
アポロ司令船
1963年、ノースアメリカン航空は、落下試験に使用するための無人ボイラープレートの アポロ司令船BP-19Aを製造した。NASAは1964年に一連の試験を実施し、アポロ宇宙船の有人試験開始前にカプセルのパラシュートシステムを試験するために、C-133カーゴマスターからBP-19Aを落下させた。 [21]
オリオンカプセル
2011年と2012年に、NASAはオリオン有人カプセルの水上着陸の生存性に関する一連の短距離落下試験を実施し、オリオン試験機を大きな水槽に繰り返し落下させた。試験では、水槽上の落下ガントリーの高さを変えることで、時速7～50マイル（11～80km/h）の速度での水上着陸をシミュレートした。着陸速度の範囲により、NASAは水上着陸中に起こり得るさまざまな突入および着陸条件をシミュレートすることができた。[22] [23] [24] [25]
2011年と2012年には、NASAはオリオン試験機のパラシュートシステムと地上着陸能力の落下試験も実施した。各試験では、オリオン宇宙船はC-17またはC-130 貨物機から落とされた。試験では、カプセルはパレットシステムに搭載され、貨物機内に配置される。パレット上のパラシュートはパレットとカプセルを機体後部から引き出すのに使用され、その後カプセルはパレットから分離し、自由落下を開始する。[26]
2012年3月4日、C-17が高度25,000フィート（7,600メートル）からオリオンの試験機を投下した。カプセルのパラシュートは15,000～20,000フィート（4,600～6,100メートル）の間で正常に展開し、宇宙船はアリゾナ砂漠の地上に着陸するまで減速した。カプセルは17mph（27km/h）の速度で着陸し、設計された最大着陸速度を大幅に下回った。[27]
ボーイング CST-100
2011年9月、ボーイングはカリフォルニア州南東部のモハーベ砂漠で一連の落下試験を実施し、CST-100カプセルのパラシュートとエアバッグの緩衝着陸システムの設計を検証した。エアバッグはCST-100のヒートシールドの下にあり、高度約5,000フィート（1,500メートル）でパラシュート降下中にカプセルから分離するように設計されている。着陸時の横風状況をシミュレートするため、試験は時速10～30マイル（時速16～48キロ）の地上速度で実施された。ビゲロー・エアロスペースが移動式試験装置を製作し、試験を実施した。[28]
2012年4月、ボーイングはCST-100プロトタイプ宇宙カプセルの着陸システムをテストするために、別の落下試験を実施した。試験機はヘリコプターで高度11,000フィート（3,400メートル）まで上昇し、その後放出された。カプセルの3つのメインパラシュートが正常に展開され、カプセルの降下速度が遅くなった。着陸直前に、カプセルの6つのエアバッグがカプセルの下で膨らみ、着陸時の衝撃エネルギーの一部を吸収した。同様の落下試験が計画されており、エアバッグの追加試験、ドローグシュート、ヒートシールドの投棄試験も実施される。[29]
ヘリコプターのテスト
2009年と2010年に、NASAはヘリコプター墜落時の生存率を調査するために2回の落下試験を実施した。米軍から寄贈されたMD500ヘリコプターを使用して、NASAはヘリコプターを高度35フィート（11メートル）から斜めに落下させ、ヘリコプターの急着陸をシミュレートした。模擬内臓を備えた精巧な衝突試験用ダミー人形がヘリコプター内に設置され、このような衝突による内部損傷を評価するために使用された。[30] [31] 2回目の試験後に試験用ヘリコプターが大きな損傷を受けたため、3回目の試験は計画されなかった。[31]
参考文献
- ^ 「SNC、ドリームチェイサーのテストスケジュールを発表 – ドライデン落下テストも近日実施」 2012年12月10日。 2013年3月31日閲覧。
- ^ 「NASAファクトシート - NASAのガントリー：過去、現在、そして未来の探査資産」NASA.gov 。 2013年3月30日閲覧。
- ^ 「角度付きデッキの最初のテスト」海軍歴史ブログ。2011年1月12日。 2013年3月27日閲覧。
- ^ 「戦闘機」. globalsecurity.org . 2013年3月27日閲覧。
- ^ グラフ、コリー（2009年4月）。F6Fヘルキャット・アット・ウォー。ゼニス・インプリント。39ページ。ISBN 978-1616732660。
- ^ Graff, Cory (2012年12月6日). 「ヘルキャットは打撃に耐えられるように作られた」2013年3月27日閲覧。
- ^ “JSF 空母着陸模擬実験に成功”. 2010年7月8日. 2013年4月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年3月27日閲覧。
- ^ 「ロッキード・マーティンF-35海軍ジェット機、空母着陸戦力予測を確認」2010年6月23日。 2013年3月27日閲覧。
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- ^ 「ファクトシート ベル X-2 スターバスター」。2017年3月15日アーカイブ、Wayback Machine NASA Dryden Fact Sheets。2013年3月26日閲覧。
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- ^ 「X-24Bの精密着陸により、シャトルが無動力で着陸できることが証明された」NASA.gov。2011年7月1日。 2013年3月25日閲覧。
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- ^ NASA - Dryden Flight Research Center (1977)。「Shuttle Enterprise Free Flight」。NASA。2013年3月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年3月25日閲覧。
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- ^ 「オリオン宇宙船のパラシュートがアリゾナ上空でテスト」 2012年3月4日. 2013年3月25日閲覧。
- ^ Memi, Ed (2011年9月12日). 「宇宙カプセルテストは安全な着陸を確実にすることを目指している」。ボーイング・ディフェンス・スペース＆セキュリティ。2011年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月18日閲覧。
- ^ 「ボーイングの宇宙カプセル、初の落下試験を受ける」ポピュラーサイエンス、2012年4月4日。 2013年3月25日閲覧。
- ^ 「チョッパー落下テスト新技術」 2009年12月8日. 2013年3月25日閲覧。
- ^ ab 「Chopper Crash Test a Smash Hit」 2010年3月11日。 2013年3月25日閲覧。