19.08.2017

Экспериментальный летательный аппарат Northrop M2-F2 (США)

С конца пятидесятых годов прошлого века специалисты NASA изучали тематику т.н. несущего корпуса/фюзеляжа. Летательный аппарат с необычными внешними обводами, несмотря на отсутствие крыла, мог планировать и показывать достаточно высокие летные характеристики, что представляло интерес в контексте дальнейшего развития космической программы. После проведения ряда испытаний группа ученых-энтузиастов построила полноразмерный опытный образец под названием NASA M2-F1. Через несколько лет после него на аэродром для проверки вышел второй экспериментальный летательный аппарат той же архитектуры. В истории авиации он остался под названием Northrop M2-F2.

Напомним, суть концепции несущего корпуса (Lifting body) заключается в отказе от плоскостей традиционного вида, роль которых отдается фюзеляжу особой формы. Полуконическая конструкция с выгнутым днищем способна создавать требуемую подъемную силу и давать приемлемые аэродинамические характеристики. Прежде всего, подобная архитектура предлагалась для использования в конструкции спускаемых аппаратов для космической программы. Благодаря особому корпусу космический корабль мог бы не только спускаться по баллистической траектории, но и осуществлять маневрирование на пути к району посадки. Изначально новые идеи проверялись на теоретическом уровне, а затем стартовали испытания масштабных моделей в аэродинамических трубах.

В начале шестидесятых годов результаты проведенных исследований были представлены руководству НАСА, однако оно не проявило никакого интереса. Тем не менее, работы не остановились. Группа ученых в инициативном порядке и в свободное от основной работы время продолжила исследования. Вскоре проект заметно продвинулся вперед и был готов к проведению исследований при помощи полноразмерного опытного образца.

Не имея поддержки руководства NASA, энтузиасты обратились к исследовательским центрам Эймса и Драйдена, входивших в состав агентства. Эти организации заинтересовались предложением и выразили готовность помочь с дальнейшими работами. Центр Dryden Research Center выделил необходимое финансирование и помог с организационными вопросами, а организация Ames взяла на себя проведение испытаний. Совместными усилиями два центра и группа ученых построили опытный образец, получивший обозначение M2-F1.

Первые испытания опытного образца были проведены без ведома высшего руководства аэрокосмического управления. Тем не менее, вскоре оно узнало о проводимых работах и, после некоторых разбирательств, согласилось дать интересной программе официальный статус. Одним из первых результатов такого решения стал контракт с авиастроительной компанией Northrop, в соответствии с которым она должна была построить несколько новых экспериментальных летательных аппаратов, разработанных совместно с NASA. Договор был подписан в середине 1964 года, и вскоре специалисты двух организаций приступили к проектным работам.

Несущий фюзеляж нового летательного аппарата был построен на основе металлического каркаса и покрыт листовой металлической обшивкой. При этом носовой обтекатель получил достаточно крупные прозрачные вставки. По результатам проведенных исследований форма машины была доработана. Прежде всего, изменилось удлинение. Кроме того, переработали форму днища. У предыдущего образца оно имело U-образное сечение, тогда как M2-F2 должен был получить агрегат с выступающей центральной частью.

В остальном форма фюзеляжа почти не изменялась. Его верхняя часть была образована единой ровной поверхностью, по краям которой имелись изогнутые элементы для соединения с бортами и днищем. Форма носового обтекателя была близка к сферической. Непосредственно позади обтекателя корпус плавно расширялся, сохраняя форму поперечного сечения. Такое расширение занимало около двух третей длины. Далее имелся агрегат максимального сечения, позади которого фюзеляж сужался и завершался небольшой наклонной деталью.

M2-F2 был экспериментальным планером и потому не нуждался в большом количестве внутреннего оборудования. Вся носовая часть фюзеляжа отдавалась под одноместную кабину пилота. Также внутри машины поместили некоторые записывающие приборы. Вблизи центральной части фюзеляжа находились ниши для уборки шасси. В хвостовой части фюзеляжа имелись крепления для установки ракетного двигателя.

Планер оснастили двумя вертикальными килями малого удлинения, имевшими стреловидную переднюю кромку. Как и на предыдущем летательном аппарате, кили располагались по бокам фюзеляжа, на одном уровне с его бортами. Задняя секция киля выполнялась подвижной и использовалась в качестве управляющей поверхности.

В новом проекте предложили улучшенный вариант систем управления. На верхней поверхности фюзеляжа, между килями, расположили пару щитков-элевонов. Эти поверхности не выступали за пределы фюзеляжа и фактически лежали на нем. Они могли отклоняться вверх на большой угол, тогда как поворот вниз ограничивался конструкцией фюзеляжа. Еще один рулевой щиток похожей конструкции устанавливался в хвосте, на днище. Подвижные поверхности килей могли использоваться как рули направления, а также в качестве воздушных тормозов. В последнем случае они максимально поворачивались наружу.

Экспериментальный планер M2-F2 получил трехточечное шасси с передней стойкой. Последняя несла два небольших колеса, находилась под кабиной и убиралась в нишу фюзеляжа, прикрывавшуюся подвижными створками. Пара основных стоек располагалась в самой широкой части фюзеляжа и комплектовалась более крупными колесами. Уборка основных стоек производилась поворотом внутрь.

В отличие от предыдущего M2-F1, новый опытный образец должен был иметь носовую кабину летчика. Объем для размещения пилота находился почти сразу за носовым обтекателем. Сверху кабина закрывалась крупным обтекаемым фонарем, задняя часть которого соединялась с небольшим гаргротом. Наблюдение за взлетной полосой упрощалось остеклением носового обтекателя. В кабине имелось катапультное кресло, позволявшее летчику покинуть машину в случае аварии. Пилот должен был следить за поведением летательного аппарата при помощи нескольких основных устройств на приборной доске. Органы управления были стандартными для планеров – ручка управления и пара педалей. Ручка была связана с хвостовыми элевонами, а педали контролировали рули килей.

Northrop M2-F2 должен был совершать планирующие полеты, однако на случай потери скорости его оснастили компактной силовой установкой. В хвосте фюзеляжа находился жидкостный ракетный двигатель Reaction Motors XLR-11 с четырьмя камерами сгорания. Тяги более 3600 кгс должно было хватать для разгона машины до приемлемых скоростей. По причине малого объема топливных баков постоянное использование двигателя в качестве штатной силовой установки не предусматривалось.

Новый опытный планер имел длину 6,76 м при максимальной ширине 2,94 м. Площадь несущей поверхности составляла 14,9 кв. м. Высота на стоянке – 2,89 м. Пустой M2-F2 весил чуть менее 2,1 т. Нормальная взлетная масса достигала 2,7 т. Имеющийся несущий фюзеляж допускал увеличение взлетной массы до максимальных значений на уровне 3,4 т. Летательный аппарат должен был летать на скоростях до 750 км/ч и подниматься на высоту не менее 13,7 км. Дальность планирующего полета ограничивалась 16-17 км, в зависимости от различных параметров и факторов.

Разработка проекта M2-F2 началась в 1964 году и велась параллельно с продолжавшимися испытаниями предыдущего летного образца. Таким образом, создание нового экспериментального планера могло затягиваться из-за необходимости тех или иных доработок по результатам текущих испытаний. В итоге завершить проект удалось только в конце 1965-го, а испытания начались в первых месяцах 1966 года.

После продувки в аэродинамической трубе опытный M2-F2 был допущен к испытаниям в воздухе. Подобные проверки сразу начали с вывозки прототипа на самолете-носителе. В качестве транспортировщика для экспериментальной машины использовали переоборудованный бомбардировщик B-52. Интересно, что ранее именно этот самолет использовался в качестве носителя экспериментального ракетоплана North American X-15, и в определенный момент прошел небольшую модернизацию, в результате которой получил возможность перевозить опытные машины других типов.

23 марта 1966 года опытный M2-F2 был впервые поднят в воздух. Самолет-носитель с экспериментальным аппаратом на подвеске взлетел с аэродрома базы Эдвардс, выполнил несложную полетную программу, а затем сел. Проверяемая машина до конца полета оставалась на пилоне носителя и не отцеплялась. Впоследствии связка в виде B-52 и M2-F2 совершила еще несколько подобных полетов, в ходе которых проверялась работа различных систем и общее поведение последнего в воздухе. В таких полетах самолет-носитель выступал в роли буксировщика и испытательного стенда со страховочными системами.

Многочисленные вывозки опытной машины носителем показали возможность дальнейших самостоятельных полетов. 12 июля того же года M2-F2 под управлением летчика-испытателя Милтона Томпсона совершил свой первый полет. Носитель поднял опытную машину на высоту 13,7 км, после чего сбросил ее с подвески. В ходе свободного планирующего полета была достигнута скорость 727 км/ч. Пролетев некоторое расстояние, летчик пошел на посадку, не используя двигатель. Посадка производилась на скорости 320 км/ч. Полет продолжался чуть более трех с половиной минут.

До начала сентября 1966 года М. Томпсон выполнил еще четыре планирующих полета, необходимых для проверки работы систем управления и летных характеристик машины. С середины сентября к испытаниям были привлечены летчики-испытатели Брюс Петерсон и Дон Сорли. Примерно через месяц свой первый полет на M2-F2 выполнил Джерри Джентри.

Регулярные полеты продолжались до ноября, когда испытания пришлось приостановить в связи с ухудшением погоды и возможностью проведения доработок конструкции. Следующий полет состоялся только в начале мая 1967-го. В ходе полутора десятков вылетов, совершенных за это время, опытная машина сбрасывалась носителем, после чего переходила в планирующий полет. Ракетный двигатель ни разу не использовался. Основная масса полетов имела длительность не более 200-230 секунд. Рекорд продолжительности был установлен 12 августа 1966 года и составлял 4 минуты 38 секунд.

В ходе летных испытаний были выявлены основные проблемы существующей конструкции. Как и предшественник, новый M2-F2 показал склонность к нестабильному поведению. В определенных условиях начинались самопроизвольные колебания по рысканью и крену. Кроме того, машина с характерным аэродинамическим обликом заметно реагировала на боковой ветер.

Все управляющие поверхности прототипа располагались на фюзеляже и килях, на малом расстоянии от продольной оси. Из-за этого эффективность рулей оказывалась недостаточной, а усилия на ручке непропорционально вырастали. Такие особенности систем управления затрудняли контроль планера, а кроме того, могли мешать правильной посадке и приводили к известным рискам.

10 мая 1967 года носитель B-52 в 16-й раз поднял опытный M2-F2 в воздух. Летчик-испытатель Б. Петерсон успешно перешел в свободный полет и направился в зону посадки. Приближаясь к аэродрому, летательный аппарат вновь начал колебаться вокруг продольной оси. Пилот пытался парировать колебания соответствующей работой рулей, но недостаточная их эффективность не позволила выровнять машину. Наконец, рядом с предполагаемой траекторией полета оказался спасательный вертолет и, уклоняясь от возможного столкновения, Б. Петерсон был вынужден выполнить новый маневр. При этом планер попал под действие бокового ветра и сошел с расчетной траектории.

Пилоту пришлось производить посадку за пределами основной полосы аэродрома, где отсутствовала требуемая разметка. Не имея возможности точно определить высоту полета, летчик включил жидкостный двигатель и увеличил скорость полета. Однако это не помогло. Не успев выпустить шасси, планер ударился днищем о землю. Преждевременное касание привело к самым серьезным последствиям. Сначала машина проехала по грунту, повредив шасси, а затем начала кувыркаться по земле. После шести переворотов она окончательно остановилась.

К счастью, летчик остался жив, хотя и получил травмы. После длительного лечения Б. Петерсон восстановился. По злой иронии судьбы, пережив серьезную аварию, опытный пилот вскоре ослеп на один глаз из-за занесенной инфекции.

За несколько месяцев единственный построенный экспериментальный летательный аппарат Northrop M2-F2 успел выполнить 16 тестовых вылетов общей продолжительностью чуть более 62 минут. М. Томпсон и Дж. Джентри совершили по пять полетов, Б. Петерсон и Д. Сорли – по три. За время испытаний, несмотря на их преждевременное завершение, удалось определить все сильные и слабые стороны оригинальной машины.

Строительство нового опытного образца в аналогичной конфигурации посчитали нецелесообразным. В имеющемся виде M2-F2 имел определенные проблемы, часть которых стала, как минимум, предпосылкой к крушению. Вследствие этого специалисты NASA и авиационной промышленности приступили к доработке проекта с учетом накопленного опыта. Результатом этих работ стало появление нового опытного образца под названием M2-F3. В отличие от менее удачливого предшественника, он смог успешно решить все возложенные на него задачи и завершить всю программу испытаний.

Разбившийся летательный аппарат M2-F2 был тщательно изучен и после необходимых исследований отправился на ремонт. Состояние машины после аварии было удовлетворительным. Замена поврежденных агрегатов и установка нового оборудования позволила создать новый опытный образец. В будущем M2-F2 вновь вышел на испытания, но уже в другой конфигурации и под новым названием.

Несмотря на исключительно экспериментальный характер, проект NASA Northrop M2-F2 смог оставить небольшой след в кинематографе. В 1973 году американский телеканал ABC начал показ нового телесериала The Six Million Dollar Man. Согласно сюжету, главный герой Стив Остин до событий сериала был летчиком-испытателем. Очередной тестовый вылет на перспективном образце авиационной техники закончился аварией и тяжелыми травмами. Опытный летчик прошел лечение и получил несколько кибернетических протезов. Кадры крушения прототипа под управлением С. Остина присутствовали в заставке каждой серии. Примечательно, что эта сцена не была снята специально: в фильм вставили кадры кинохроники с испытаний M2-F2 с настоящей аварией.

Целью проекта M2-F2 было строительство и испытания экспериментального образца, воплощающего новые принципы строительства авиационной или космической техники. За недолгое время испытаний единственный планер этого типа успел показать свои плюсы и минусы, в целом решив ряд поставленных задач. По результатам испытаний этой машины и с учетом расследования причин аварии было принято решение о переработке существующего проекта и перестройке имеющегося прототипа. Дальнейшие испытания проводились с использованием переделанного опытного образца под названием M2-F3.

Источники:

1. globalwarnews.ru