북아메리카 X-15

North American X-15
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X-15
Black rocket aircraft with stubby wings and short vertical stabilizers above and below tail unit
낙하 발사기에서 이륙한 X-15기
역할 실험용 고속 로켓 추진 연구용 항공기
제조사 북아메리카 항공
제1편 1959년 6월 8일
소개 1959년 9월 17일
은퇴한 1968년 12월
기본 사용자 미국 공군
나사
숫자 빌드 3

북미 X-15는 극초음속 로켓 추진 항공기다.그것은 미국 공군과 미국항공우주국이 X-plane 시리즈 실험 항공기의 일부로 운용했다.X-15는 1960년대에 속도와 고도 기록을 세웠고, 외계의 가장자리에 도달하여 항공기와 우주선 설계에 사용된 귀중한 데이터를 가지고 돌아왔다.X-15의 최고 속도인 시속 4,520마일(7,274km/h; 2,021m/s)은 1967년 10월 3일 윌리엄 J.나이트가 102,100피트(31,120m) 또는 19.34마일의 고도로 마하 6.7로 비행하면서 달성되었다.이로써 승무원이 탄 항공기가 지금까지 기록한 최고 속도의 공식 세계기록이 수립되었는데, 이 기록은 깨지지 않은 채로 남아 있다.[1][2][3][4]

X-15 프로그램 동안, 12명의 조종사들이 총 199편의 비행을 했다.이 중 8명의 조종사가 모두 13편의 비행을 했는데, 이는 공군 우주비행 기준에 부합하는 고도 80km를 초과함으로써 이들 조종사를 우주비행사로 자격을 부여한 것이다.공군 조종사들은 즉시 군사 우주 비행사 날개 자격을 얻었고, 민간 조종사들은 마지막 X-15 비행 이후 35년 만인 2005년에 결국 NASA 우주 비행사 날개 상을 받았다.[5][6]

설계 및 개발

로켓 엔진 점화 후 X-15
X-15A-2, 밀봉된 절연 코팅, 외부 연료 탱크 및 램젯 더미 테스트

X-15는 극초음속 연구 항공기에 대한 미국 항공 자문 위원회(NACA)의 월터 도른버거의 개념 연구에 기초했다.[7]제안요청서(RFP)는 기체에 대해서는 1954년 12월 30일에, 로켓엔진에 대해서는 1955년 2월 4일에 각각 발표되었다.X-15는 1955년 11월 북미항공과 1956년 리액션모터스가 엔진 제작 계약을 체결했다.

많은 X 시리즈 항공기와 마찬가지로, X-15는 B-52 모선의 날개 아래에서 발사되어 높이 운반되도록 설계되었다.공군 NB-52A, '하이 앤 마이티 원'(시리얼 52-0003)과 NB-52B '챌린저'(시리얼 52-0008, A.K.A. Balls 8)은 X-15의 모든 비행을 위한 수송기 역할을 했다.NB-52A에서 X-15를 방출하는 것은 약 8.5마일(13.7km)의 고도와 약 시속 500마일(805km/h)의 속도에서 이루어졌다.[8]X-15 동체는 길고 원통형이었으며, 뒷면 페어링이 외관을 평평하게 하고, 굵고 등선, 복측 쐐기-핀 안정기가 달려 있었다.동체의 일부(외피[9])는 열에 강한 니켈 합금(Inconel-X 750)이었다.[7]접이식 착륙 장치는 노즈 휠 캐리지와 두 개의 리어 스키드를 구성했다.스키드들은 착륙 직전에 조종사가 아랫지느러미를 버려야 하는 복측지느러미 너머까지 뻗어 있지 않았다.아랫지느러미는 낙하산으로 되찾았다.

조종석 및 조종사 시스템

X-15의 조종석

X-15는 개발 연구의 산물이었고, 프로그램의 과정과 다른 모델들 사이에서 다양한 시스템에 변화가 일어났다.X-15는 발사 항공기 부착, 낙하, 주 엔진 시동 및 가속, 얇은 공기/공간으로의 탄도 비행, 두꺼운 공기로 재진입, 무동력 글라이드 착륙, 주 엔진 시동 없이 직접 착륙 등 몇 가지 다른 시나리오에서 운용되었다.주 로켓 엔진은 비행의 비교적 짧은 부분에서만 작동했지만 X-15를 고속과 고도로 끌어올렸다.주 엔진 추진력이 없으면 X-15의 기기와 제어 표면은 기능을 유지했지만 항공기는 고도를 유지할 수 없었다.

X-15도 공기역학적 비행통제 표면으로는 공기가 너무 적은 환경에서 조종해야 했기 때문에 로켓 추진기를 사용하는 반응제어시스템(RCS)을 갖추고 있었다.[10]두 가지 다른 X-15 조종사 조종 설정이 있었다. 하나는 조이스틱 세 개를 사용했고, 다른 하나는 조이스틱 한 개를 사용했다.[11]

조종사용 제어봉이 여러 개 달린 X-15형은 반응제어시스템에 명령을 전송하는 왼쪽 조이스틱과 중앙봉을 증강하기 위해 고G 기동 중 사용하는 오른쪽의 세 번째 조이스틱 사이에 전통적인 방향타와 스틱을 배치했다.[12][12]조종사 입력 이외에도 X-15 "Stability Augmentation System(SAS)"은 조종사가 자세 제어를 유지할 수 있도록 공기역학적 제어장치에 입력물을 보냈다.[12]반응 제어 시스템(RCS)은 수동과 자동의 두 가지 모드로 작동할 수 있다.[11]자동모드는 고공에서 차량을 안정시키는 데 도움을 주는 '반응 증강 시스템'(RAS)이라는 기능을 사용했다.[11]RAS는 일반적으로 자동 전원이 꺼지기 전에 X-15 비행의 약 3분 동안 사용되었다.[11]

대체 제어 설정에서는 MH-96 비행 제어 시스템을 사용했는데, 이 시스템은 3개 대신에 1개의 조이스틱을 허용하고 조종사 입력을 단순화했다.[13]MH-96은 각 시스템이 항공기 제어에 얼마나 효과적인지에 따라 공기역학과 로켓 제어를 자동으로 혼합할 수 있다.[13]

많은 제어 장치들 중에는 로켓 엔진 스로틀과 복측 꼬리 지느러미를 분사하는 제어 장치들이 있었다.[12]조종석의 다른 특징으로는 결빙을 방지하기 위한 열선내장 창문과 높은 감속 기간 동안 전방 머리 받침대가 있었다.[12]

X-15는 프로그램 도중 사용한 적은 없지만 마하 4(4,500km/h, 2800mph) 및/또는 고도 37,000피트(37km)까지 작동하도록 설계된 분사 시트가 있었다.[12]이 좌석은 투하 시 지느러미를 배치하도록 설계되었으며, 지느러미는 주 낙하산을 전개하기 위해 보다 안전한 속도/고도에 도달할 때까지 사용되었다.[12]조종사들은 질소 가스로 가압할 수 있는 압력복을 입었다.[12]고도 3만5000피트(11km) 이상에서는 조종석이 질소 가스로 3.5psi(0.24atm)까지 가압된 반면, 호흡용 산소는 조종사에게 별도로 공급됐다.[12]

추진

X-15 꼬리(XLR-99 포함)

초기의 24회 동력 비행은 2개의 반응 모터 XLR11 액체 프로펠러 로켓 엔진을 사용했으며, 1947년에 단일 XLR11이 벨 X-1을 음속보다 빠르게 비행하는 최초의 항공기를 만들기 위해 제공한 6,000파운드힘(27kN)에 비해 총 1만6,000파운드힘(71kN)의 추력을 제공하도록 향상되었다.XLR11은 에틸알코올과 액체산소를 사용했다.

1960년 11월까지, 리액션 모터스는 57,000파운드힘(250kN)의 추력을 발생시키는 XLR99 로켓 엔진을 공급했다.X-15의 나머지 175개 비행은 XLR99 엔진을 단일 엔진 구성으로 사용했다.XLR99는 무수 암모니아와 액체산소를 추진체로, 과산화수소를 사용해 추진체를 엔진에 전달하는 고속 터보펌프를 구동했다.[10]그것은 1만 5천 파운드(6,804 kg)의 추진체를 80초 안에 태울 수 있다;[10] Jules Bergman은 항공기의 총 동력 비행 시간을 설명하기 위해 "90초에서 우주까지" 프로그램에 그의 책에 제목을 붙였다.[14]

X-15 반응 제어 시스템(RCS)은 저압/밀도 환경에서 기동하기 위해 촉매 존재 시 물과 산소로 분해되는 고시험 과산화수소(HTP)를 사용했으며 140초의 특정한 자극을 제공할 수 있었다.[11][15]HTP는 또한 주 엔진과 보조 동력 장치(APU)를 위한 터보펌프에 연료를 공급했다.[10]헬륨과 액체 질소를 위한 추가적인 탱크는 다른 기능을 수행했다; 동체 내부는 헬륨 가스로 제거되었고 액체 질소는 다양한 시스템의 냉각제로 사용되었다.[10]

웨지 테일 및 극초음속 안정성

B-52 모선에 부착된 X-15는 T-38이 인근을 비행하고 있다.

X-15는 극초음속에서도 안정적으로 비행할 수 있도록 두꺼운 쐐기 꼬리를 가지고 있었다.[16]이것은 낮은 속도에서 상당한 양의 베이스 드래그를 발생시켰고,[16] X-15의 후면에 있는 무딘 끝은 전체 F-104 스타파이터만큼 많은 드래그를 발생시킬 수 있었다.[16]

쐐기모양은 초인성 속도의 안정화 표면으로서 기존 꼬리보다 효과적이기 때문에 사용하였다.X-15의 적절한 방향 안정성을 제공하기 위해 날개 면적의 60%에 해당하는 수직 꼬리 면적이 요구되었다.

— Wendell H. Stillwell, X-15 Research Results (SP-60)

극초음속에서의 안정성은 꼬리로부터 확장되어 전체 표면적을 증가시킬 수 있는 측면 패널에 의해 지원되었고, 이 패널들은 에어 브레이크로서 두 배가 되었다.[16]

운영이력

1965년 12월 현재 X-15 조종사: Joe Engle, Bob Rushworth, John McKay, Pete Knight, Milt Tompson, Bill Dana.
1959년 X-15의 시험비행을 보여주는 뉴스리엘

X-15 항공기가 획득한 고도는 1961년 알란 셰퍼드 및 거스 그리솜의 프로젝트 머큐리 우주 캡슐이나 스페이스십투 우주선을 제외한 다른 어떤 인간 우주선에도 미치지 못했다.그러나 X-15는 승무원 로켓 추진 항공기 중 최고 등급으로 1960년대 초 세계 최초의 운용 우주비행기가 되었다.

1958년 이전에 미 공군과 NACA 관계자들은 SM-64 나바호 미사일의 꼭대기에서 우주로 발사되는 X-15B 궤도 비행기에 대해 논의했다.이것은 NACA가 NASA가 되고 대신 Mercury 프로젝트를 채택하면서 취소되었다.

1959년까지 보잉 X-20 다이나-수아 우주 글라이더 프로그램은 우주왕복선을 우주 궤도로 발사하기 위한 USAF의 선호 수단이 될 예정이었다.이 프로그램은 1960년대 초에 운영 중인 차량을 제작하기 전에 취소되었다.[5]나바호의 다양한 구성이 고려되었고, 또 다른 제안은 타이탄 I 무대가 포함되었다.[17]

1968년 10월 24일 마지막인 199회의 시험 비행을 하면서 3대의 X-15가 건설되었다.

최초의 X-15 비행은 1959년 6월 8일 스콧 크로스필드의 무동력 활공 비행이었다.크로스필드는 1959년 9월 17일에 첫 동력 비행을 했고, 1960년 11월 15일에 XLR-99 로켓 엔진으로 첫 비행을 했다.12명의 시험 조종사들이 X-15를 비행했다.이들 중에는 후에 NASA 우주인이자 달에 발을 디딘 최초의 사람인 닐 암스트롱과 후에 NASA 우주왕복선 임무의 지휘관인 조 엥글도 있었다.

NASA는 1962년 제안에서 블루 스카우트 로켓의 발사 플랫폼으로 B-52/X-15를 사용해 최대 무게의 150파운드(68kg)의 위성을 궤도에 올려놓는 방안을 검토했다.[17][18]

1963년 7월과 8월 조종사 조 워커는 고도 100km를 넘어 NASA 우주 비행사들과 소련 우주 비행사들과 함께 우주로 가는 길에 그 선을 넘은 최초의 인간으로 합류했다.USAF는 고도 80km를 달성한 모든 사람에게 우주 비행사의 날개를 부여했고, FAI는 우주선 한도를 100km(62.1mi)로 정했다.

1967년 11월 15일, 미국 공군 시험 파일럿인 마이클 J. 아담스 소령은 X-15-3, AF Ser에서 X-15 비행 191 중 사망했다. 56-6672번은 하강 중 극초음속 회전으로 들어갔다가 재진입 후 공기역학적 힘이 증가하면서 격렬하게 진동했다.그의 항공기의 비행 제어 시스템은 제어 표면을 한계까지 작동시켰고, 가속도는 수직으로 15 g0 (150 m/s2)이고 측면은 8.0 g (78 m/s2)이다0.기체는 고도 6만 피트(18km)에서 갈라져 X-15의 잔해가 130km2(50평방마일)에 걸쳐 흩어졌다.2004년 5월 8일, 캘리포니아 요하네스버그 인근 조종석의 로케일에 기념비가 세워졌다.[19]애덤스 소령은 고도가 81.1km에 이른 X-15-3에서의 마지막 비행으로 공군 우주비행사의 날개를 사후에 받았다.1991년에 그의 이름은 우주비행사 기념관에 추가되었다.[19]

네바다 주 머드 레이크에서 발생한 X-15-2 추락 사고

두 번째 비행기인 X-15-2는 1962년 11월 9일 착륙 사고로 우주선이 파손되고 조종사 존 매케이가 부상을 입은 후 재건되었다(McKay는 이 충돌 후 X-15 조종사로 비행에 복귀했지만, 그의 부상은 조기 사망에 기여했고 1975년 52세의[20] 나이로 사망했다).그것은 2.4피트(73cm) 길어지고 동체와 날개 아래에 한 쌍의 보조 연료 탱크가 부착되어 있었으며, 완전한 내열성 절연 코팅이 추가되었다.이 비행기는 X-15A-2로 이름이 바뀌었고, 1964년 6월 25일에 처음으로 비행했다.1967년 10월 미국 공군의 윌리엄 '페테' 나이트 조종사가 조종하는 가운데 최고 시속 4,520마일(7,274km/h)에 도달했다.

X-15 프로그램 중에는 X-15 항공기 3대와 수정된 "비표준" NB-52 폭격기 2대 등 5대의 주요 항공기가 사용되었다.

  • X-15-1 – 56-6670, 81회 무료 항공편
  • X-15-2(더 빠른 X-15A-2) – 56-6671, X-15-2로 31회 무료 항공편, X-15A-2로 22회 무료 항공편, 총 53회
  • X-15-3 – 56-6672, 65편의 무료 항공편(비행 191편 포함)
  • NB-52A – 52-003 별명 The High and Mighty One (1969년 10월 은퇴)
  • NB-52B – 52-008 별명 챌린저, 이후 볼 8(2004년 11월 은퇴)

또한 F-100, F-104, F5D 추격 항공기와 C-130, C-47 수송기가 이 프로그램을 지원했다.[21]

네바다 상공 200번째 비행은 1968년 11월 21일로 처음 예정되어 있었으며 윌리엄 "피트" 나이트가 비행하기로 되어 있었다.수많은 기술적 문제와 악천후 발생으로 인해 이 제안된 비행이 6번이나 지연되었고, 1968년 12월 20일 영구 취소되었다.이 X-15(56-6670)는 B-52에서 분리되어 무기한 보관에 들어갔다.이 항공기는 후에 스미스소니언 항공 우주 박물관에 전시되기 위해 기증되었다.

  • NB-52A(s/n 52-003)는 X-15를 운반하고 미션 표시가 있는 영구 시험 변종이며, 수평 X-15 실루엣은 활공 비행을 나타내고, 대각선 실루엣은 동력 비행을 나타낸다.

  • X-15 출소 직후.

  • X-15가 스키드를 착륙시키고 하부 복측 지느러미를 방출했다.

  • 외부 연료 탱크 포함 X-15A-2(56-6671)

현재 정적 표시

워싱턴 D.C.에 있는 국립 항공 우주 박물관에 있는 X-15.
USAF 박물관 X-15

모크업스

스트라토포르트레스 모선

NB-52B 볼 8이 X-15로 이륙하다

항공편 기록

주요 기사:X-15 항공편 목록

최고 항공편

전체 X-15 비행 199회 중 13회 동안, 8명의 조종사가 264,000피트 또는 50마일을 비행했고, 따라서 미국의 우주 경계선 정의에 따라 우주 비행사 자격을 얻었다.공군 조종사 5명 모두 50마일 이상을 비행했으며, 191편 참사에 이어 사후 공로를 인정받은 아담스를 비롯한 이들의 업적에 동시대적으로 군 우주비행사의 날개를 수여받았다.[23]그러나 나머지 3명은 NASA 직원들로 당시엔 비교할 만한 장식을 받지 못했다.2004년 연방항공청은 X-15에 버금가는 비행로를 가진 또 다른 우주비행기인 스페이스쉽원(SpaceShipOne)의 조종사인 마이크 멜빌과 브라이언 비니에게 사상 최초의 상용 우주비행사 날개를 부여했다.2005년에 이어, NASA는 소급하여 다나(당시 거주)와 맥케이(McKay)와 워커(posthumously)에게 민간 우주비행사의 날개를 수여했다.[24][25]포레스트 S.X-15 프로그램에 참가한 유일한 해군 조종사 피터슨은 필요 고도 이상으로 비행기를 타지 않아 우주 비행사의 날개를 얻지 못했다.

13편의 항공편 중 오직 두 편 - 워커가 조종한 90편과 91편 -만이 카르만 노선을 초과했다. - FAI는 우주의 가장자리를 나타내기 위해 국제적으로 인정된 100km 고도를 사용했다.

50마일 이상의 X-15 항공편
비행 날짜 최고 속도 고도 파일럿
비행로91번길 1963년 8월 22일 6,106km/h(3,794mph)(Mach 4.98) 67.0 mi (1968.8km) 조셉 A.워커
90편 1963년 7월 19일 5,971km/h(3,710mph)(Mach 4.87) 65.8 mi (1968.9km) 조셉 A.워커
항공로62번길 1962년 7월 17일 6,165km/h(3,831mph)(Mach 5.03) 59.6mi(95.9km) 로버트 M.흰색
비행로174번길 1966년 11월 1일 6,035km/h(3,750mph)(Mach 4.93) 58.1 mi(93.5km) 윌리엄 H. "빌" 다나
150편 1965년 9월 28일 6,004km/h(3,731mph)(Mach 4.90) 55.9 mi (90.0 km) 존 B. 매케이
항공로87번길 1963년 6월 27일 5,512km/h(3,425mph)(Mach 4.50) 53.9 mi(86.7km) 로버트 A.러시워스
비행기로190번길 1967년 10월 17일 6,206km/h(3,856mph)(Mach 5.07) 53.1 mi(85.5km) 윌리엄 J. "피트" 기사
비행로138번길 1965년 6월 29일 5,522km/h(3,431mph)(Mach 4.51) 53.1 mi(85.5km) 조 H. 엥글
77편 1963년 1월 17일 5,918km/h(3,677mph)(Mach 4.83) 51.4mi(82.7km) 조셉 A.워커
비행로143번길 1965년 8월 10일 5,712km/h(3,549mph)(Mach 4.66) 51.3mi(82.6km) 조 H. 엥글
항공로197번길 1968년 8월 21일 5,541km/h(3,443mph)(Mach 4.52) 50.6mi(81.4km) 윌리엄 H. 다나
비행로153번길 1965년 10월 14일 5,720km/h(3,554mph)(Mach 4.67) 50.4 mi(81.1km) 조 H. 엥글
191편 1967년 11월 15일 5,744km/h(3,569mph)(Mach 4.69) 50.3mi(81.0km) 마이클 애덤스†

† 치명적

가장 빠르게 기록된 항공편

X-15의 주요 속도 및 고도 벤치마크
X-15 10개의 가장 빠른 비행
비행 날짜 최고 속도 고도 파일럿
비행로188번길 1967년 10월 3일 7,274km/h(4,520mph)(Mach 6.00) 19.3 mi(31.1km) 윌리엄 J. "피트" 기사
비행로175번길 1966년 11월 18일 6,840km/h(4,250mph)(Mach 5.58) 18.7 mi(30.1km) 윌리엄 J. "피트" 기사
비행기 59편59번길 1962년 6월 27일 6,605km/h(4,104mph)(Mach 5.39) 23.4 mi(37.7km) 조셉 A.워커
45편 항공편 1961년 11월 9일 6,585km/h(4,092mph)(Mach 5.38) 19.2 mi(30.9km) 로버트 M.흰색
97편 1963년 12월 5일 6,465km/h(4,017mph)(Mach 5.18) 19.1 mi(30.7 km) 로버트 A.러시워스
64편 1962년 7월 26일 3,989mph(6,420km/h) (Mach 5.24) 18.7 mi(30.1km) 닐 A. 암스트롱
비행로137번길 1965년 6월 22일 3,938mph(6,338km/h) (Mach 5.17) 29.5mi(47.5km) 존 B. 매케이
비행로89번길 1963년 7월 18일 3,925mph(6,317km/h) (Mach 5.16) 19.8mi(31.9km) 로버트 A.러시워스
비행로86번길 1963년 6월 25일 3,910mph(6,293km/h) (Mach 5.14) 21.7 mi(34.9km) 조셉 A.워커
105편기 1964년 4월 29일 3,905mph(6,284km/h) (Mach 5.13) 19.2 mi(30.9km) 로버트 A.러시워스

파일럿

X-15 조종사 및 프로그램 기간 중 달성
파일럿 조직 할당된 연도
X-15까지[26] 		합계
항공편		 USAF
스페이스
항공편		 FAI
스페이스
항공편		 맥스.
마하		 맥스.
속력을 내다
(mph)		 맥스.
고도
(iii)
마이클 애덤스† 미 공군 1966 7 1 0 5.59 3,822 50.3
닐 A. 암스트롱 나사 7 0 0 5.74 3,989 39.2
스콧 크로스필드 북아메리카 항공 14 0 0 2.97 1,959 15.3
윌리엄 H. 다나 나사 1965 16 2 0 5.53 3,897 58.1
조 H. 엥글 미 공군 1963 16 3 0 5.71 3,887 53.1
윌리엄 J. 나이트 미 공군 1964 16 1 0 6.7 4,519 53.1
존 B. 매케이 나사 1960 29 1 0 5.65 3,863 55.9
포레스트 S.피터슨 미 해군 1958 5 0 0 5.3 3,600 19.2
로버트 A.러시워스 미 공군 1958 34 1 0 6.06 4,017 53.9
밀턴 O.톰프슨 나사 1963 14 0 0 5.48 3,723 40.5
조셉 A.워커 나사 25 3 2 5.92 4,104 67.0
로버트 M.흰색 미 공군 1957 16 1 0 6.04 4,092 59.6

† X-15-3 추락으로 사망

사양

North American X-15 3-view.svg

다른 구성에는 반응 모터 XLR11이 장착된 X-15와 긴 버전이 포함된다.

데이터 위치[필요하다]

일반적 특성

  • 크루: 원
  • 길이: 50ft 9인치(15.47m)
  • 날개 폭: 22피트 4인치(6.81m)
  • 높이: 13ft 3인치(4.04m)
  • 날개 면적: 200제곱 피트(19m2)
  • 공중량: 14,600 lb(6,622 kg)
  • 총 중량: 34,000 lb(15,422 kg)
  • 발전소: 1 × 반응 모터 XLR99-RM-2 액체 연료 로켓 엔진, 70,400파운드힘(313kN) 추력

퍼포먼스

  • 최대 속도: 4,520mph(7,270km/h, 3,930kn)
  • 범위: 280mi(450km, 240nmi)
  • 서비스 한도: 354,330ft(108,000m)
  • 상승률: 60,000ft/min(300m/s)
  • 추력/중량: 2.07

참고 항목

유사한 역할, 구성 및 시대의 항공기

관련 목록

참조

메모들

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참고 문헌 목록

외부 링크

나사
비NASA