we've a new website! visit MechDesign.xyz
english
 
TSTO spaceplanes
 
by IKE - 19-4-2006

Blackstar

Το παρακάτω σύστημα αναφέρεται σε άρθρο του Aviation Week & Space technology και έχει πολλές κοινές αναφορές με το σύστημα της Boeing αλλά και με το βομβαρδιστικό XB-70 'Valkyrie'. Το τελευταίο άλλωστε ήταν σχεδίαση της North American Aviation που αργότερα, σαν Rockwell πλέον, ενσωματώθηκε στην Boeing.
Οι αναφορές και οι πληροφορίες για την ύπαρξη του τοποθετούν την χρήση του έως και το τέλος της δεκαετίας του 90.Το σύστημα αποτελείται από το μητρικό σκάφος μεταφορέα και το τροχιακό σκάφος. Το πρώτο είχε το ανεπίσημο όνομα SR-3 ενώ το δεύτερο το -επίσης ανεπίσημο- όνομα XOV (experimental orbital vehicle).




Το μητρικό σκάφος έχει πάρα πολλά κοινά σημεία με το ΧΒ-70. Πιθανότατα χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του ο εξοπλισμός και η υποδομή του ΧΒ-70 όταν αυτό ακυρώθηκε αλλά και το 3ο πρωτότυπο του οποίου η κατασκευή δεν είχε ολοκληρωθεί.

Η σημαντικότερη εξωτερική διαφορά βρίσκεται στα ακροπτερύγια. Το XB-70 χρησιμοποιούσε μια πρωτοποριακή διάταξη που στρέφοντας προς τα κάτω τα ακροπτερύγια στις πολύ υψηλές ταχύτητες δημιουργούσε άντωση λόγω συμπίεσης της ροής. Ο αέρας εκτρεπόταν εκατέρωθεν του διαμερίσματος των κινητήρων και εγκλωβιζόταν από τα κατεβασμένα ακροπτερύγια. Στο SR-3 η διάταξη αυτή απουσιάζει και τα ακροπτερύγια είναι ενιαία με την πτέρυγα ενώ στην απόληξή τους ενώνονται με τα τοποθετημένα εκεί κάθετα σταθερά τα οποία καθιστούν τα συμβατικά κάθετα σταθερά του ΧΒ-70 περιττά. Ο λόγος για την διαφοροποίηση αυτή είναι η χαμηλότερη μέγιστη ταχύτητα του SR-3 που πιθανότατα θα καθιστούσε περιττό το σύστημα του XB-70.

Οι κινητήρες που χρησιμοποιούσε ήταν τουλάχιστον τέσσερις (πιθανότατα έξι YJ-93-3 της GE όπως στο ΧΒ-70) και ήταν τοποθετημένοι σε 2 ομάδες με κάποιο διαχωρισμό ανάμεσά τους για χωροταξικούς λόγους εφόσον το τροχιακό σκάφος μεταφέρεται σύμμορφα στο κάτω μέρος της ατράκτου. Η τελευταία έχει στο κάτω μέρος της εσοχές για την φιλοξενία του XOV και το μήκος τής είναι 180-200ft, παρόμοιο με του ΧΒ-70.





Η πτέρυγα ενώ στο ΧΒ-70 ήταν από σύνθετα υλικά με κυψελοειδή πυρήνα στο SR-3 ήταν μάλλον κατασκευασμένη από αλουμίνιο και με απλούστερη δομή μιας και το τελευταίο είχε μικρότερη τελική ταχύτητα, 2 mach αντί για τα 3,3+ του ΧΒ-70.

Τα πτερύγια canard στο εμπρός μέρος αναφέρονται από όσους είδαν το αεροσκάφος είτε με εμπροσθόκλιση είτε με οπισθόκλιση, άρα μάλλον είχαν την δυνατότητα να μεταβάλλουν την γωνία τους (ως προς τον άξονα διατοιχισμού - yaw) για να διατηρούν σταθερή την απόσταση του αεροδυναμικού κέντρου πίεσης σε σχέση με το κέντρο βάρους που μεταβάλλεται δραστικά με τον διαχωρισμό του τροχιακού σκάφους.




XOV

Το τροχιακό σκάφος έχει μορφή αντωτικού σώματος με μικρές πτέρυγες σύμμορφες με την άτρακτο (blended). Τα ακροπτερύγια έχουν μικρή κλίση προς τα κάτω πιθανώς για χρήση της αυξημένης άντωσης λόγω συμπίεσης (όπως και με τα κινητά ακροπτερύγια του ΧΒ-70 αλλά σε πολύ μικρότερο βαθμό). Η άτρακτος ήταν κατασκευασμένη από προηγμένα σύνθετα υλικά, sandwich κυψελοειδούς κατασκευής και είχε μήκος 97.5 ft (υπήρχε και μικρότερη έκδοση, ίσως μη επανδρωμένη).

Το κάθετο σταθερό είναι μικρού ύψους και σχετικά μεγάλου πάχους και χρησιμεύει σαν πυλώνας στήριξης με το SR-3.



Οι κινητήρες παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον μιας και εκτός του ότι έχουν ακροφύσιο aerospike χρησιμοποιούσαν και ένα προηγμένο καύσιμο gel με βάση το βόριο το οποίο είχε τεράστια ενεργειακή πυκνότητα και μικρότερο όγκο από τα συμβατικά καύσιμα. Οι τέσσερις aerospike κινητήρες είχαν δισδιάστατο ακροφύσιο και η σχεδίασή τους είχε προηγηθεί των XRS-2200 που προορίζονταν για το Χ-33 που ακυρώθηκε πριν πετάξει. Εκτός από τους κινητήρες αυτούς στην βάση του καθέτου σταθερού (ακριβώς από πάνω τους δηλαδή) υπήρχε και ένας βοηθητικός πυραυλοκινητήρας μάλλον για εκτέλεση τροχιακών ελιγμών και ελιγμών επανεισόδου στην ατμόσφαιρα.

Το XOV χρησιμοποιούσε σύστημα προσγείωσης με συνδυασμό τροχών και πέδιλων.





Για το προφίλ πτήσης δεν υπάρχουν πολλές λεπτομέρειες, το ΧΒ-70 είχε επιχειρησιακή οροφή 75.000ft οπότε το πιθανότερο ο διαχωρισμός των SR-3 / XOV να γινόταν σε αυτό το ύψος και με ταχύτητα 2 mach. Ύστερα το SR-3 κατευθυνόταν για προσγείωση ενώ το XOV αφού έμπαινε σε τροχιά και εκτελούσε την αποστολή του επανερχόταν στην ατμόσφαιρα επιβραδυνόμενο και ανεμοπορούσε έως τον διάδρομο προσγείωσης.

Από το σημείο προσγείωσης μεταφερόταν για την επόμενη αποστολή με ειδικά τροποποιημένα C-5B τα οποία είχαν προσθήκες για μεγαλύτερο πλάτος στην άτρακτο (+8ft), ενισχυμένο σύστημα προσγείωσης και εσωτερικές αλλαγές.

Το σύστημα αυτό είχε πολλές καινοτομίες αλλά βασίστηκε σε προχωρημένη αλλά διαθέσιμη τεχνολογία και πιθανότατα εκτέλεσε αρκετές αποστολές (φημολογείται η ύπαρξη αρκετών XOV). Σήμερα πιθανότατα έχει αποσυρθεί αλλά η τεχνολογία του είναι διαθέσιμη για μελλοντικά σχέδια.

Previous Page Next Page up


index
 
Aerospike
Οι πρώτοι πυραυλοκινητήρες αποτελούνταν από ένα σωλήνα με μια τρύπα από την οποία γινόταν η αποτόνωση των καυσαερίων. Το πρωτόγονο αυτό σχέδιο εκμεταλλευόταν μόνο την αντίδραση στην κίνηση των καυσαερίων, ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας τους πήγαινε χαμένο. Ο σκοπός ενός ακροφυσίου πυραυλοκινητήρα είναι ακριβός αυτός, να μετατρέψει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας από την καύση σε χρήσιμη ώση.

Τα ακροφύσια σχήματος καμπάνας (bell shaped nozzle) είναι ίσως τα πιο ευρέως χρησιμοποιημένα. Η τομή τους διαγράφει παραβολική καμπύλη (ή κάτι ανάλογο) και το σχήμα αυτό μετατρέπει το μέτωπο πίεσης από την διαστολή των καυσαερίων σε δύναμη αντίδρασης (ώση).

Υπάρχει ένα βέλτιστο σχήμα ακροφυσίου τέτοιου τύπου για κάθε τιμή ατμοσφαιρικής πίεσης (η οποία είναι κυρίως συνάρτηση του υψομέτρου). Σε μεγαλύτερα υψόμετρα (χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση) το ακροφύσιο είναι πολύ μικρό για να εκμεταλλευτεί όλη την των καυσαερίων ενώ σε χαμηλότερο υψόμετρο το πλούμιο των καυσαερίων παραμορφώνεται από τον μεγαλύτερης πίεσης ατμοσφαιρικό αέρα που εισέρχεται μέσα στο ακροφύσιο. Οι διαστάσεις και το μέγεθος του ακροφυσίου για ένα όχημα που θα κινηθεί σε ποικίλες ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι προϊόν συμβιβασμού.



Μία λύση στο πρόβλημα αυτό είναι το ακροφύσιο aerospike (αδόκιμός όρος: ακροφύσιο ακίδας αέρα) με εγγενή προσαρμοστικότητα υψομέτρου. Μπορεί κανείς να ανιχνεύσει την προέλευσή του στο παρακάτω σχήμα. Παράγωγο του ακροφυσίου σχήματος καμπάνας είναι το δαχτυλιοειδές ακροφύσιο, μία παραλλαγή του οποίου απαλείφει τα εξωτερικά τοιχώματα και διατηρεί το εσωτερικό το οποίο σχηματίζει μία μακριά ακίδα. Η μορφή αυτή εξομοιώνει ένα πολύ μακρύ ακροφύσιο, ίσου μήκους με το μήκος της ακίδας.



Η ακίδα αυτή μπορεί να κοπεί απότομα και να δημιουργηθεί μία πολύ πιο συμπαγής διάταξη. Το παράγωγο αυτό έχει μεν ελαφρώς χειρότερη απόδοση αλλά χωρίς το λεπτό και μακρύ τμήμα της ακίδας είναι πολύ πιο συμπαγές και πολύ πιο αποδοτικό σε σύγκριση με ένα αντίστοιχου μεγέθους συμβατικό ακροφύσιο σχήματος καμπάνας.

Λειτουργεί εκμεταλλευόμενο μία δευτερέυουσα υποηχητική κυκλοφορία στην βάση της κεντρικής προεξοχής (ότι απέμεινε δηλαδή από το πλήρες σχήμα της αρχικής ακίδας). Η ροή αυτή ενεργεί σαν υποκατάστατο του όγκου της ακίδας και αυξάνει σημαντικά την απόδοση του ακροφυσίου. Μία μικρή παροχή ρευστού στο σημείο αυτό μπορεί να αυξήσει περαιτέρω την απόδοση του ακροφυσίου και να φτάσει σχεδόν στα επίπεδα αυτού της πλήρους ακίδας.

Το ακροφύσιο aerospike με το να χρησιμοποιεί τον ατμοσφαιρικό αέρα σαν εξωτερικό τοίχωμα έχει το πλεονέκτημα της εγγενούς προσαρμογής στις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Η ροή προσαρμόζεται από μόνη της ανάλογα και η απόδοση συνολικά παραμένει κοντά στο βέλτιστο σε μεγάλο φάσμα ατμοσφαιρικής πίεσης (και υψομέτρου).



Το κύριό του μειονέκτημα είναι η μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και το επιπλέον βάρος. Μπορεί όμως να ενσωματωθεί ευκολότερα στον συνολικό σχεδιασμό του οχήματος και σε γραμμική μορφή να αποτελείται από πολλά ίδια μεμονωμένα στοιχεία (modules).

Ο πιο εξελιγμένος κινητήρας aerospike είναι ο XRS-2200 της P&W που προοριζόταν για το X-33 και αργότερα το Venture Star, τα οποία ακυρώθηκαν. Το όχημα XOV που περιγράφεται στο κυρίως άρθρο θα ήταν σχεδιασμένο γύρω από έναν κινητήρα με γραμμικό ακροφύσιο aerospike.






Κείμενα, σχέδια και φωτογραφίες είναι πνευματική ιδιοκτησία του robotpig.net εφόσον δεν αναφέρεται κάτι διαφορετικό.
Για αναδημοσίευση οποιοδήποτε τμήματος της ιστοσελίδας απαιτείται έγγραφη άδεια. © robotpig.net