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| X-15 | |
|---|---|
 X-15が投下発射機から離脱する | |
| 一般情報 | |
| タイプ | 実験用高速ロケット推進 研究航空機 |
| メーカー | ノースアメリカン航空 |
| 主なユーザー | アメリカ空軍 |
| 建造数 | 3 |
| 歴史 | |
| 導入日 | 1959年9月17日 |
| 初飛行 | 1959年6月8日[1] |
| 引退 | 1968年12月[1] |
ノースアメリカン X-15は、アメリカ空軍とアメリカ航空宇宙局(NASA) がX プレーンシリーズの実験機の一部として運用している極超音速 ロケット推進航空機です。X-15 は 1960 年代に速度と高度の記録を樹立し、宇宙空間の端を越えて航空機や宇宙船の設計に用いられる貴重なデータを持ち帰りました。X-15 の最高速度である時速 4,520 マイル (時速 7,274 km、秒速 2,021 m) [1]は、1967年 10 月3 日に達成されました。 [2]この時、ウィリアム J. ナイトは高度 102,100 フィート (31,120 m)、つまり 19.34マイルでマッハ6.7で飛行しました。これは、有人動力航空機による最高速度の公式世界記録となり、現在も破られていません。[3] [4]
X-15プログラム中、12人の パイロットが合計199回の 飛行を行った。[1]これらのうち、8人の パイロットが合計13回の飛行を行い、高度50マイル（80 km）を超えるという 空軍の宇宙飛行基準を満たしたため、これらのパイロットは宇宙飛行士の資格を得た。これらの13回の飛行のうち 、2回（同じ民間パイロットが操縦）はFAIの定義（100キロメートル（62マイル））の宇宙空間を満たした。5人の 空軍パイロットはすぐに軍の宇宙飛行士団の資格を得たが、3人 の民間パイロットは最終的に、最後のX-15飛行から35年後の2005年にNASAの宇宙飛行士団を授与された 。[5] [6]
設計と開発
X-15は、極超音速研究機に関する国家航空諮問委員会（NACA）のウォルター・ドルンバーガーによる概念研究に基づいていました。 [7]提案依頼書（ RFP）は、機体については1954年12月30日に、ロケットエンジンについては1955年2月4日に発行されました。X-15は2つのメーカーによって製造されました。ノースアメリカン・アビエーションは1955年11月に機体の契約を結び、リアクション・モーターズは1956年にエンジンの製造を請け負いました。
Xシリーズの他の航空機と同様に、X-15はB-52母機の翼下から投下され、上空に運ばれるよう設計された。空軍のNB-52A「ザ・ハイ・アンド・マイティ・ワン」（シリアル番号52-0003）とNB-52B「ザ・チャレンジャー」（シリアル番号52-0008、別名ボールズ8）は、すべてのX-15飛行の母機として活躍した。NB-52AからのX-15の放出は、高度約8.5マイル（13.7km）（45,000フィート）、速度約500マイル/時（805km/h）で行われた。[8] X-15の胴体は長く円筒形で、外観を平らにする後部フェアリングと、厚い背部および腹側のウェッジフィン安定板を備えていた。胴体部分（外皮[9]）は耐熱ニッケル合金（インコネル-X 750）でできていた。[7]引き込み式の着陸装置は前輪キャリッジと2つの後部スキッドで構成されていた。スキッドは腹側フィンより先まで伸びていなかったため、パイロットは着陸直前に下側のフィンを切り離さなければならなかった。下側のフィンはパラシュートで回収された。
コックピットとパイロットシステム
X-15 は開発研究の成果であり、プログラムの過程で、また異なるモデル間で、さまざまなシステムに変更が加えられました。X-15 は、発射機への接続、投下、メイン エンジンの始動と加速、薄い空気/宇宙空間への弾道飛行、より厚い空気への再突入、無動力滑空による着陸、メイン エンジン始動なしの直接着陸など、いくつかの異なるシナリオで運用されました。メイン ロケット エンジンは、飛行の比較的短い部分でのみ稼働しましたが、X-15 を高速および高高度に押し上げました。メイン ロケット エンジンの推力なしでは、X-15 の計器と操縦面は機能し続けましたが、航空機は高度を維持できませんでした。
X-15は、空気力学的飛行制御面には空気が少なすぎる環境でも制御する必要があったため、ロケットスラスタを使用した反応制御システム（RCS）を備えていました。 [10] X-15のパイロット制御設定には2種類あり、1つは3つのジョイスティックを使用し、もう1つは1つのジョイスティックを使用しました。[11]
パイロット用の複数の操縦桿を備えたX-15タイプは、反応制御システムにコマンドを送る左側の3軸ジョイスティック[12]と、高G操縦中にセンタースティックを補助する右側の3番目のジョイスティックの間に、従来のセンタースティックを配置しました。[12]パイロットの入力に加えて、X-15の「安定性増強システム」（SAS）は、パイロットが姿勢制御を維持するのを助けるために空力制御に入力を送りました。[12]反応制御システム（RCS）は、手動と自動の2つのモードで操作できます。[11]自動モードでは、「反応増強システム」（RAS）と呼ばれる機能を使用し、高高度で機体を安定させました。[11] RASは通常、X-15の飛行の約3分間使用され、その後自動的に電源がオフになりました。[11]
代替制御設定では、MH-96飛行制御システムを使用し、3つのジョイスティックの代わりに1つのジョイスティックを使用し、パイロットの入力を簡素化しました。[13] MH-96は、各システムが航空機を制御するのにどれだけ効果的であるかに応じて、空力制御とロケット制御を自動的に組み合わせることができました。[13]
多くの制御装置の中には、ロケットエンジンのスロットルと腹側尾翼を投棄するための制御装置があった。[12]コックピットの他の特徴としては、氷結を防ぐための加熱窓と、急減速時に備えた前方のヘッドレストがあった。[12]
X-15にはマッハ4（時速4,500キロメートル、2,800マイル）までの速度および/または高度120,000フィート（37キロメートル）（23マイル）で作動するように設計された射出座席があったが、計画中は一度も使用されなかった。[12]射出の場合、座席はフィンを展開するように設計されており、メインパラシュートを展開するのに安全な速度/高度に達するまでフィンが使用された。[12]パイロットは窒素ガスで加圧できる与圧服を着用した。[12]高度35,000フィート（11キロメートル）を超えると、コックピットは窒素ガスで3.5psi（24kPa、0.24気圧）に加圧され、呼吸用の酸素はパイロットに別途供給された。[12]
推進
最初の 24 回の動力飛行では、リアクション モーターズ XLR11 液体燃料ロケットエンジン 2 基が使用されました。このエンジンは、1947 年にベル X-1 を音速を超えて飛行した最初の航空機にした 6,000 ポンド力 (27 kN) の推力に対して、合計 16,000 ポンド力 (71 kN) の推力を提供するように強化されました。XLR11 は、エチルアルコールと液体酸素を使用しました。
1960年11月までに、リアクションモーターズは57,000ポンド力（250kN）の推力を生み出すXLR99 ロケットエンジンを納入した。X-15の残りの175回の飛行では、単一エンジン構成のXLR99エンジンが使用された。XLR99は、無水アンモニアと液体酸素を推進剤として使用し、過酸化水素でエンジンに推進剤を供給する高速ターボポンプを駆動した。 [10] 80秒間で15,000ポンド（6,804kg）の推進剤を燃焼させることができた 。[10] ジュールズ・バーグマンは、この計画に関する著書に「宇宙への90秒」というタイトルを付け、航空機の全動力飛行時間を説明した。[14]
X-15の反応制御システム（RCS）は、低圧/低密度環境での操縦のために、触媒の存在下で水と酸素に分解し、140秒（1.4 km / s）の比推力を提供できる高圧過酸化物（HTP）を使用しました。 [11] [15] HTPは、メインエンジンと補助動力装置（APU）のターボポンプにも燃料を供給しました。[10]ヘリウムと液体窒素用の追加タンクは他の機能を果たしました。胴体内部はヘリウムガスでパージされ、液体窒素はさまざまなシステムの冷却剤として使用されました。[10]
ウェッジテールと極超音速安定性
X-15は極超音速でも安定して飛行できるよう厚いウェッジテールを備えていた。[16]これにより低速ではかなりの抗力が発生した。[16] X-15の後部の鈍端はF-104スターファイター一機分に相当する抗力を発生させる可能性がある。[16]
くさび形が採用されたのは、極超音速での安定面として、従来の尾翼よりも効果的であるためです。X-15 に十分な方向安定性を与えるには、翼面積の 60 パーセントに相当する垂直尾翼面積が必要でした。
— ウェンデル H. スティルウェル、X-15 研究成果 (SP-60)
極超音速での安定性は、尾部から延長して全体の表面積を増やすことができるサイドパネルによって助けられ、これらのパネルは空気ブレーキとしても機能しました。[16]
運用履歴
1958年以前、アメリカ空軍（USAF）とNACAの職員は、SM-64ナバホミサイルの上から宇宙空間に打ち上げられる軌道X-15スペースプレーン（X -15B）について議論していた。NACAがNASAとなり、代わりに マーキュリー計画を採用したため、この計画は中止された。
1959年までに、ボーイングX-20ダイナソア宇宙グライダー計画は、軍用有人宇宙船を軌道に乗せるための米空軍の優先手段となった。この計画は、実用機が製造される前に1960年代初頭に中止された。[5]ナバホのさまざまな構成が検討され、別の提案ではタイタンI段が含まれていた。[17]
3機のX-15が製造され、199回の 試験飛行が行われ、最後の飛行は 1968年10月24日に行われた。
X-15の初飛行は、1959年6月8日のスコット・クロスフィールドによる無動力滑空飛行であった。クロスフィールドは1959年9月17日に初の動力飛行も行っており、1960年11月15日にはXLR-99ロケットエンジンによる初飛行も行っている。X-15には12人のテストパイロットが搭乗した。その中には、後にNASAの宇宙飛行士となり人類で初めて月面に降り立ったニール・アームストロングや、後にNASAのスペースシャトルミッションの機長となるジョー・イングルがいた。
1962年の提案では、NASAはB-52/X-15をブルースカウトロケットの打ち上げプラットフォームとして使用し、最大150ポンド（68kg）の衛星を軌道に乗せることを検討した。[17] [18]
1963 年 7 月と 8 月に、パイロットのジョー・ウォーカーが高度100 kmを超え、NASA の宇宙飛行士とソ連の宇宙飛行士に続いて、宇宙に向かう途中で高度 100 km を超えた最初の人類となった。アメリカ空軍は高度 50 マイル (80 km) を達成した人に宇宙飛行士の称号を与えたが、FAI は宇宙の限界を 100 km (62.1 mi) と 定めた。
1967年11月15日 、アメリカ空軍のテストパイロット、マイケル・J・アダムス少佐がX-15フライト191の飛行中に死亡した。X -15-3、AFシリアル番号56-6672は降下中に極超音速スピンに陥り、再突入後に空気力が増大したため激しく振動した。同機の飛行制御システムが操縦翼面を限界まで操作したため、加速度が 垂直方向 に15 g 0 (150 m/s 2 )、横方向に8.0 g 0 (78 m/s 2 )まで上昇した。機体は高度60,000フィート (18 km)で分解し、X-15の残骸は50平方マイル (130 km 2 )にわたって散乱した。2004年5月8日、カリフォルニア州ヨハネスブルグ 近郊のコックピットの場所に記念碑が建てられた。 [ 19]アダムス少佐は、X-15-3での最終飛行で高度50.4マイル（81.1km）に到達したことで、死後空軍宇宙飛行士翼を授与されました。1991年に彼の名前は宇宙飛行士記念碑に追加されました。[19]
2機目のX-15-2は、 1962年11月9日の着陸事故で機体が損傷し、操縦士のジョン・マッケイが負傷した後に再建された[20]。[21] X-15A-2と改名された新しい飛行機は、液体水素を運ぶために新たに28インチの胴体延長部を備えていた。[1]全長は2.4フィート（73cm）延長され、胴体と翼の下に補助燃料タンクが1組取り付けられ、耐熱アブレーションコーティングが完全に追加された。1964年6月25日に初飛行した。 1967年10月、アメリカ空軍のパイロット、ウィリアム・「ピート」・ナイトの操縦で 最高時速4,520マイル（7,274km/h）に達した。
X-15 プログラムでは、5 機の主要航空機が使用されました。3 機の X-15 飛行機と 2 機の改造された「非標準」NB-52爆撃機です。
- X-15-1 – 56-6670、無料飛行81回
- X-15-2 (後のX-15A-2 ) – 56-6671、X-15-2として31回の自由飛行、X-15A-2として22回の自由飛行、合計53回
- X-15-3 – 56-6672 、フライト191の惨事を含む65回のフリーフライト
- NB-52A – 52-003、愛称は「The High and Mighty One」（1969年10月に退役）
- NB-52B – 52-008、愛称は「チャレンジャー」、後に「ボールズ8」（2004年11月に退役）
さらに、F-100、F-104、F5D 追跡機とC-130およびC-47輸送機がこのプログラムを支援した。[22]
ネバダ州上空での 200 回目の飛行は 、当初 1968 年 11 月 21 日にウィリアム "ピート" ナイトが操縦する 予定でした。しかし、数々の技術的問題と悪天候の発生により、この計画された飛行は 6 回延期され、1968 年 12 月 20 日に完全にキャンセルされました。この X-15 (56-6670) は B-52 から切り離され、その後無期限に保管されました。この航空機は後に展示用にスミソニアン航空宇宙博物館に寄贈されました。
-
NB-52A (シリアル番号 52-003)、X-15 を搭載し、ミッション マーキングが施された恒久的なテスト バリアント。水平方向の X-15 のシルエットは滑空飛行を示し、斜めのシルエットは動力飛行を示します。 -
発売直後のX-15。 -
X-15 は下側の腹側フィンを切り離し、スキッドで着陸しました。 -
X-15A-2 (56-6671) 外部燃料タンク付き -
X-15 プロファイル -
白いシーラントで覆われる前のピンクのアブレーションコーティングが施されたX-15A-2
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展示されている航空機
現存するX-15は2機とも現在、米国の博物館に展示されている。さらに、母機として使用された3機のモックアップと2機のB-52ストラトフォートレスも展示されている。
- X-15-1 (AF Ser. No. 56-6670) は、ワシントン DC の国立航空宇宙博物館の「マイルストーンズ オブ フライト」ギャラリーに展示されていますが、現在はスティーブン F. ウドバー ヘイジー センターのメアリー ベーカー エンゲン修復格納庫で保存作業が行われています。
- X-15A-2（AFシリアル番号56-6671）は、オハイオ州デイトン近郊のライト・パターソン空軍基地にあるアメリカ空軍国立博物館に所蔵されている。この機体は1969年10月に博物館に退役した。[23]この機体はベルX- 1BやダグラスX-3スティレットなどの他の「Xプレーン」とともに博物館の研究開発ギャラリーに展示されている。
モックアップ
- ドライデン飛行研究センター、エドワーズ空軍基地、カリフォルニア州、アメリカ合衆国 ( AF Ser. No. 56-6672で塗装)
- アリゾナ州ツーソンのデイビスモンサン空軍基地に隣接するピマ航空宇宙博物館( AF Ser. No. 56-6671で塗装)
- エバーグリーン航空宇宙博物館、オレゴン州マクミンビル（ AF Ser. No. 56-6672で塗装）。X-15 の実物大木製モックアップで、ロケット エンジンの 1 つとともに展示されています。
ストラトフォートレス母艦
- NB-52A (AF Ser. No. 52-003) は、アリゾナ州ツーソンのデイビスモンサン空軍基地に隣接するピマ航空宇宙博物館に展示されています。この機は、X-15-1 を 30回、X-15-2 を 11回、X-15-3 を 31回打ち上げました ( M2-F2 を4 回、HL-10 を11回、X-24A を2 回打ち上げました)。
- NB-52B (AF Ser. No. 52-008 ) は、カリフォルニア州エドワーズ空軍基地の北門の外に常設展示されています。この機体は、X-15 の飛行の大部分を担いました。
記録的な飛行
最高飛行距離
X-15の全199回の飛行のうち13回で、8人のパイロットが264,000フィート（50.0マイル、80キロメートル）以上を飛行し、米軍の宇宙境界の定義に従って宇宙飛行士の資格を得た。5人の空軍パイロット全員が50 マイル以上を飛行し、功績と同時に軍宇宙飛行士の称号を授与されたが、アダムスもその一人であり、アダムスにはフライト191の惨事の後、死後にこの栄誉が授与された。[24]しかし、他の3人はNASAの職員であり、当時は同等の勲章は受けていなかった。2004年、連邦航空局は、 X-15と飛行プロファイルに匹敵する別のスペースプレーンである民間スペースシップワンのパイロットであるマイク・メルヴィルとブライアン・ビニーに、史上初の民間宇宙飛行士の称号を授与した。これに続き、2005年にNASAは遡及的に民間宇宙飛行士の資格をデイナ（当時存命）とマッケイ、ウォーカー（死後）に授与した。[25] [26] X-15プログラムで唯一の海軍パイロットであったフォレスト・S・ピーターセンは、この航空機を規定高度以上に飛行させたことがなく、そのため宇宙飛行士の資格を得ることはなかった。
13回の飛行のうち、 FAIがカーマンラインを示すために使用した高度100km（62マイル）を超えたのは、ウォーカーが操縦した90回と91回の2回 のみであった。
†致命的
最速飛行記録
パイロット
-
X-15 の飛行乗務員、左から右へ:ジョセフ H. エングル空軍大尉、ロバート A. ラッシュワース空軍少佐、NASA パイロットのジョン B. 「ジャック」 マッケイ、ウィリアム J. 「ピート」 ナイト空軍少佐、NASA パイロットのミルトン O. トンプソン、NASA パイロットのウィリアム H. ダナ。 -
X-15 のパイロットたちが、2 号機の前でふざけています。左から右へ: ジョセフ・エングル、ロバート・ラッシュワース、ジョン・マッケイ、ウィリアム・ナイト、ミルトン・トンプソン、ウィリアム・ダナ。
† X-15-3の墜落事故で死亡
†† 1966年6月8日、集団編隊事故で死亡。
仕様
その他の構成には、Reaction Motors XLR11を搭載した X-15 とロング バージョンが含まれます。
[31]のデータ
一般的な特徴
- 乗員: 1名
- 長さ: 49フィート2インチ (14.99 m) [b]
- 翼幅: 22 フィート 4 インチ (6.81 m) [c]
- 高さ: 13 フィート 1 インチ (3.99 m) [d]
- 翼面積: 200平方フィート (19 m 2 )
- 自重: 14,600ポンド (6,622 kg) [e]
- 総重量: 33,500 ポンド (15,195 kg)
- 動力装置:リアクションモーターズ XLR99 -RM-2液体燃料 ロケットエンジン1 基、推力 70,400 lbf (313 kN)
パフォーマンス
- 最高速度: 4,520 mph (7,270 km/h、3,930 kn)
- 範囲: 280 マイル (450 km、240 海里)
- 実用上昇限度: 354,330 フィート (108,000 メートル)
- 上昇率: 60,000 フィート/分 (300 m/秒)
- 推力/重量: 2.07
大衆文化では
参照
同等の役割、構成、時代の航空機
関連リスト
注記
- ^ ab 大気中の音速は高度によって変化するため、比較的低い対気速度（mphまたはkm/hで測定）はより高いマッハ数に対応する可能性がある。[ 27 ]
- ^
- 56フィート1.5インチ ノーズブームとXLR-11ロケットエンジン付き
- 55フィート2.5インチ ノーズブームとXLR-99ロケットエンジン搭載
- 50フィート1インチ QボールノーズとXLR-11ロケットエンジン搭載
- 49フィート2インチ、QボールノーズとXLR-99ロケットエンジン搭載
- 51フィート11インチ 改造66671機（X-15A-2）
- ^
- 22フィート4インチ標準航空機
- 23フィート8インチ ウィングチップポッド付き
- ^
- 13フィート1インチ標準航空機
- 11フィート6インチ 下腹部フィンなし、着陸装置伸長時
- ^
- バーンアウト重量: 14,500 ポンド 標準航空機
- 着陸重量: 13,800 ポンド 標準航空機
参考文献
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時速 4,520 マイル (1967 年 10 月 3 日のマッハ 6.7)
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アームストロングは、X-15プログラムの開始当初から、操縦とエンジニアリングの両方の面で積極的に関与した。彼は、新しい流れ方向センサー（ボールノーズ）を搭載した航空機での初飛行と、自己適応型飛行制御システムを搭載したX-15での最初の飛行を完了した。彼は、適応システムの開発において設計者やエンジニアと緊密に協力し、1960年12月から1962年7月までロケット機で7回の飛行を行った。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ノースアメリカン X-15に関連するメディアがあります。
- 米航空宇宙局（NASA）
- X-15: 宇宙の端での極超音速研究
- シャトル以前の極超音速：X-15 研究用航空機の簡潔な歴史
- 短編映画「Research Project X-15」は、インターネット アーカイブで無料で視聴およびダウンロードできます。
- NASA以外
- 宇宙百科事典の X-15A
- X-15: 先進研究用航空機、ノースアメリカ航空による設計概要