X-15 (航空機)

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/12/17 07:13 UTC 版)

設計・開発

機体形状

X-15のボディはテーパー比の少ない直線翼に、楔形の断面の全遊動垂直尾翼（胴体上下装備）、水平尾翼を持つブレンデッドウィングボディである。内部はほとんどが推進剤である液体アンモニアと液体酸素のタンクで占められており、機体後部にエンジンが搭載される。また、X-15A-2は胴体両側に、機体と同規模のドロップタンクを装備可能である。このタンクはマッハ2前後で投棄され、パラシュートを用いて落下させた後に再使用された。

エンジンは、当初予定されていたXLR99の製造が間に合わず、X-1でも使用されたXLR11を搭載していたため、本来の性能を発揮できなかったが、後半からXLR99エンジンを搭載し、本格的な実験に入っている。推進剤はいずれも液体アンモニアと液体酸素である。炭化水素燃料を避けアンモニアを用いることで炭素の析出を防ぎつつ再生冷却、クリーンな燃焼を可能としている。^[7]

X-15は自力で離陸せず、母機であるNB-52の主翼下に懸架された状態で高度13,870mまで上昇した後に空中発進する形式をとる。降着装置は前輪と後部のスキッドで、着陸の際には下に突き出た垂直尾翼のうち、半分を切り離す。なお、地上では後輪のかわりにドリーで尾部を支えている。

極超音速における空力加熱に対処するため、機体にはチタンやステンレスのほか、インコネルXと呼ばれる耐熱ニッケル合金を使用している。また、初期は機首に飛行データ計測センサーを有していたが、後に取り外されている。

操縦系統はエルロンを有さない（ロールの制御は差動式スタビレーターで行う）こと以外は従来のものと変わらないが、超高高度では空気力が小さいため、機首上下左右（ピッチおよびヨーを制御）と主翼両端（ロールを制御）に備えられた人工衛星と同様のRCS（Reaction Control System：姿勢制御小型ロケット）を用いる。

飛行特性はF-104に似ており、そのためF-104がチェイス機を務めることが多かった。また、操作性に関して、X-15のパイロットの一人であったビル・ダナは、X-15は安定した操縦しやすい機体だったと述べているが、同じくX-15のパイロットだったマイケル・O・トンプソン（英語版）は、X-15は挙動の予測のつかない機体だったといい、そのためX-15を「ブラック・ブル」という非公式の愛称で呼んでいた。

コックピットとパイロットシステム

X-15は研究開発の航空機であり、プログラムの過程、また異なるモデル間でさまざまなシステム変更が加えられた。X-15は、打ち上げ航空機への取り付け、落下、メインエンジンの始動と加速、薄い空気/空間への弾道飛行、厚い空気への再突入、無動力での着陸への滑空、メインエンジンを始動せずに直接着陸するなど、いくつかの異なるシナリオで運用された。X-15のメインロケットエンジンは飛行の比較的短い時間で動作し、その高速と高度にブーストした。メインロケットエンジンの推力を失っても、X-15の計器と操縦翼面は機能し続けたが、高度を維持できなかった。

X-15はまた、空力飛行制御面に対して空気が少ない環境で制御する必要があったため、ロケットスラスターを使用した姿勢制御システム（RCS）を備えていた^[8]。2つの異なるX-15パイロット制御セットアップがあった。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た^[9]。

パイロット用の複数の操縦桿を備えたX-15タイプは、従来の舵とスティックを、姿勢制御システムにコマンドを送信する左側のジョイスティック^[10]と、高G操縦中に使用される右側の3番目のジョイスティックの間にセンタースティックを配置した^[10]。パイロットの操作に加えて、X-15「安定補強システム（英語版）（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も行う^[10]。反応制御システム「Reaction Augmentation System (RAS)」は、手動と自動の2つのモードで操作できる^[9]。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て、高高度での機体の安定化を支援した^[9]。RASは通常、自動電源オフの前にX-15飛行の約3分間使用された^[9]。

代替の制御セットアップでは、MH-96飛行制御システムを使用。これにより、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が使用でき、パイロット操作が簡素化された^[11]。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ったかに応じて、空力制御とロケット制御を自動的に調和することができた^[11]。

多くの制御の中には、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があった^[10]。コックピットの他の機能には、着氷を防ぐための加熱された窓と、高減速時の前方ヘッドレストが含まれていた^[10]。

X-15には、4マッハ (4,480 km/h; 2,784 mph)および/または高度120,000フィート (37 km)までの速度で動作するように設計された射出座席があったが、プログラム中には使用されなかった^[10]。排出された場合、シート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ためのより安全な速度/高度に達するまで使用されていた^[10]。パイロットは、窒素ガスで加圧できる与圧服を着ており^[10]、高度35,000フィート (11 km)を超えると、コックピットは窒素ガスで3.5 psi (0.24 atm)に加圧され、呼吸用の酸素はパイロットに個別に供給された^[10]。

推進力

最初の24回の動力飛行では、2つのリアクションモーターXLR11 液体推進ロケットエンジンが使用され、単一のXLR11が提供した6,000重量ポンド (27 kN)と比較して、合計16,000重量ポンド (71 kN)の推力を提供するように拡張された。ベルX-1を音速よりも速く飛行する最初の航空機にするために1947年に提供された単一のXLR11はエチルアルコールと液体酸素を使用していた。

1960年11月までに、リアクション・モーターズはXLR99ロケットエンジンを納入し、57,000重量ポンド (250 kN)の推力を発生させた。X-15の残りのフライト175は、単一のエンジン構成でXLR99エンジンを使用していた。XLR99は、推進剤として無水アンモニアと液体酸素を使用し、過酸化水素を使用して、推進剤をエンジンに供給する高速ターボポンプを駆動^[8]。80秒で15,000ポンド (6,804 kg)の推進剤を燃焼させることができた^[8]。ジュールズ・バーグマン（英語版）は、航空機の総動力飛行時間を説明するために、プログラム「Ninety Seconds to Space」に関する本にタイトルを付けた^[12]。

X-15の姿勢制御システム（RCS）は、低圧/密度環境で操縦するために、触媒の存在下で水と酸素に分解し、140秒の比推力を提供できる高濃度過酸化水素（HTP）を使用した^[9]^[13]。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た^[8]。ヘリウムと液体窒素用の追加のタンクは他の機能として、胴体内部はヘリウムガスでパージ (ガス)（英語版）され、液体窒素がさまざまなシステムの冷却材として使用された^[8]。