【军用飞机】作者：阿姆斯特朗

实践是检验真理的唯一标准。有这样一款专门为测试而设计的机型，那就是美国的X系列测试机。自从1947年查克·耶格尔驾驶贝尔X-1达到1.06马赫以来，人类的飞行记录在20世纪50年代初推进得很缓慢，太空飞行的梦想还很遥远。

后来，X-2等一系列测试飞机也突破了更高的马赫数和新的性能。随后的X-15高超音速火箭飞机帮助航天飞机铺平了通往太空的道路。该飞机被尼尔·阿姆斯特朗使用，被誉为“历史上最成功的研究飞机”

高超音速

为了解决这个问题，贝尔飞机公司首席设计师罗伯特·J·伍兹于1951年10月向美国国家航空咨询委员会（NACA，NASA的前身）建议启动高超音速飞机的研究，这种飞机可以同时在速度和高度上飞行。它将远远超过之前的任何模型，并且可以到达太空边缘。

到1952年中期，NACA已经制定了这款研究飞机的关键参数，要求飞行高度为19-80公里，飞行速度为4-10马赫。如果实现，这将是世界上第一架太空飞机。

当时有一个重要的观点：未来的载人航天将通过某种可重复使用的太空飞机来实现。 NACA计划分三步实现这一雄心勃勃的计划：第一步是超音速飞行；第二步是高超音速飞行；最后一步是将宇航员送入地球轨道。

该研究机将用于收集高超声速飞行过程中的气流和气动加热数据，验证高超声速控制和稳定性，测试飞出地球大气层时的控制响应，评估再入技术和飞行仪表，评估人为因素对飞行的影响。高超音速飞行的影响。更重要的是，该机将验证先前在地面风洞和实验室获得的高超音速飞行数据的准确性。

伍兹的提议很快就得到了高级官员的接受。 1954年初，美国空军和海军收到了更具体的建议，两军都表示支持。 12月，美国空军邀请多家承包商竞标X-15项目。 1955年9月，北美航空公司（NAA）赢得了合同，赢得了建造三架飞机的合同。

反应发动机公司（自1958年起更名为Thiokol）于1956年2月获得了开发配套XLR99火箭发动机的合同。到1956年底，北美生产的全尺寸模型已通过设计和结构审查。第一架X-15 的生产于1957 年底开始，X-15-1 于1958 年10 月下线。

开发X-15时有两种选择：三角翼和常规布局。最终选择了常规布局。

1966 年NASA 机库中的各种研究飞机，包括三架X-15 兄弟

载人火箭

X-15拥有修长、光滑的机身。除了一个相当突兀但又非常必要的尾部组件外，它看起来就像是载人火箭。这架飞机基本上是一个飞行的火箭燃料箱，尾部有火箭发动机，机头有飞行员。该机中置梯形后掠翼翼展仅为6.81米，除后缘襟副翼外没有其他活动操纵面。

该飞机不同寻常的尾翼组件集成了稳定的尾翼和空气动力控制面。与传统飞机相比，垂直尾翼和腹鳍更大更厚，横截面呈楔形，前缘锋利，后缘平坦。它可以以高超音速飞行，并在再入过程中提供必要的稳定性。大型全动舵还集成在垂直鳍和腹鳍上，一个位于垂直鳍顶部，一个位于腹鳍底部。垂鳍和腹鳍根部两侧还安装有减速板。后机身两侧有两个下部负全动水平尾翼，提供俯仰和滚转控制。

X-15三侧视图

X-15 的起落架也很不寻常。前起落架为可收放两轮结构，但不具备自主转向功能。主起落架是两个滑橇，在腹鳍两侧向前收入机身。为了避免触地时撞到尾部，X-15在着陆前需要扔掉腹鳍舵，让舵单独降落伞降落到地面，但并不是每次都能成功。滑橇位于飞机尾部。接触湖床后，前起落架可以在阻力的作用下立即接触地面，避免弹跳。

滑橇位于飞机尾部。接触湖床后，前起落架在阻力的作用下能立即接触地面，避免出现弹跳现象。

X-15的内部结构由钛合金制成，外蒙皮由一种名为“Inconel-X”的铬镍合金制成，可承受高达650度的温度。 X-15不具备自主起飞能力，只能通过悬挂在B-52飞机机翼下从空中发射。

发射过程中，B-52轰炸机需要从搭载X-15的加利福尼亚州爱德华兹空军基地起飞，然后飞往犹他州的发射点进行发射。

发动机和燃料

X-15的XLR99火箭发动机结构相对简单，运动部件很少，但它是第一款带有节流阀的火箭发动机，并且可以在飞行中重新启动。 XLR99在开发过程中遇到了困难，导致延误。幸运的是，反应发动机公司凭借其丰富的火箭发动机研制经验，成功研制了它。 XLR99重408公斤，长2.13米，其中喷嘴占0.61米。

XLR-99-RM2火箭发动机

XLR99火箭发动机喷管内部

在X-15的机身中，7.62米长的油箱占据了15.24米机身长度的一半。外壳是燃料箱的内壁，用氦气加压。燃料箱可容纳约3,785升液氧和5,300升液氨，由过氧化氢驱动的涡轮泵以每秒148升的速度注入燃烧室，产生约27,215公斤的推力。根据推力的不同，发动机燃烧时间为70-80秒或240-270秒。 X-15的平均飞行时间为7-8分钟，最长飞行时间为12分28秒多一点。

在X-15的机身中，7.62米长的油箱占据了15.24米机身长度的一半。

独特的驾驶舱

虽然X-15的驾驶舱从外面看起来很小，但这只是座舱盖低造成的错觉。驾驶舱的内部空间实际上比当时大多数战斗机都要大。这个驾驶舱的视野极其有限。飞行员通过两个楔形挡风玻璃只能看到前方和两侧的有限区域。他无法使用鼻子和翅膀作为视觉姿态参考。如果他想看地面，就只能在斜坡上飞行。

因此，在X-15着陆的最后阶段，追踪机上的飞行员会不断向X-15飞行员报告高度等参数，帮助其安全着陆。 X-15驾驶舱后面是一个大型仪器舱，用于进行各种科学实验，并为未来的太空项目收集有用的信息。

驾驶舱内的视野极其有限

X-15飞行员需要穿着压力服。当座舱在10670米以上时，会自动充入氮气，为飞行员加压和供氧。飞行员坐在弹射座椅上，最大弹射速度为4马赫（约4830公里每小时），最大弹射高度为36580米。

座椅弹出后，机翼会展开以稳定姿态。当达到适当的速度和高度时，主降落伞将打开，让飞行员与座椅分离。很多人怀疑座椅能否以4马赫的速度成功弹射，但没有人能真正测试一下。

X-15弹射座椅

座椅弹射后，会展开机翼稳定姿态，达到合适的速度和高度后，再打开主降落伞。

专用飞控系统

X-15 使用传统的液压飞行控制系统（FCS）。由于X-15要在稀薄的大气环境中飞行，此时气动控制面不再有效，因此它还配备了反推力系统（RCS）。两侧机头和翼尖各安装两枚喷射方向相反的火箭。设备。此外，X-15还配备了增稳系统（SAS），可以在飞行过程中自动控制操纵面，帮助飞行员保持飞行姿态。

由于飞行在稀薄的大气环境下，此时控制翼不再发挥作用，因此还配备了反推力系统（RCS）

X-15 在整个服役过程中使用了两种不同的飞行控制系统：第一个具有三个不同的操纵杆，第二个则精简为一个操纵杆。在第一个系统中，除了传统的中置操纵杆和方向舵踏板外，右侧控制台上还有一个与方向舵交叉连接的侧杆。

这个侧摇杆原本是为高G飞行而设计的，但在实际操作中，飞行员觉得侧摇杆比中心摇杆更有用，所以此后只使用了侧摇杆，使得中心摇杆显得多余。第三个操纵杆是位于左侧控制台上的另一个侧杆，用于控制推力反向器系统，可以在手动或自动模式下操作。后一种模式会同时启动反推力增强系统（RAS），帮助X-15在高空稳定飞行，一般在动力飞行时使用。

X-15-1的驾驶舱内共有三种不同的操纵杆

第二架X-15取代了霍尼韦尔的MH-96飞行控制系统，将操纵杆数量减少到一个，将气动和反推力控制功能合二为一，并可以根据飞行状态自动控制。第三架X-15-3也配备了这种飞控，提高了从气动飞行过渡到太空飞行以及再入大气层的控制精度，同时也减轻了飞行员的工作量。结果，X-15-3被用来执行82,300米以上的所有测试任务。

第二架X-15取代了霍尼韦尔的MH-96飞控系统，将操纵杆数量减少到一个

首架X-15（X-15-1）于1959 年6 月8 日完成首飞，由一架B-52 母机带上天空。释放后，它进行了4分56秒的无动力滑翔飞行。第一位试飞员是斯科特·克罗斯菲尔德(Scott Crossfield)，他是前NACA 试飞员，现在为北美航空公司工作。作为临时解决方案，X-15-1 和X-15-2 最初都配备了Reaction Engines 的XLR11 发动机。 1959 年9 月17 日，克罗斯菲尔德驾驶X-15-2 完成了首次动力飞行。

斯科特·克罗斯菲尔德

X-15发射后直线爬升

作为过渡计划，X-15-1和X-15-2都将安装Reaction Engine公司的XLR11发动机。

X-15-2于1959年11月5日进行第三次飞行，飞机在13400米处与母机分离后，克罗斯菲尔德在启动发动机时因下部燃烧室爆炸并起火而紧急迫降。罗莎蒙德干湖床。由于火灾造成结构损坏，X-15-2的机身在前起落架接触地面时断裂。幸运的是，飞行员没有受伤。尽管发生了如此重大的事故，X-15-2在三个月内就被修复并准备再次飞行。

X-15-3于1959年6月29日抵达爱德华兹空军基地，未安装发动机，随后于1960年安装了新的XLR99火箭发动机。与此同时，X-15-2退出测试航班安装新发动机。 1960 年6 月8 日，X-15-3 正在进行第二次地面测试。由于一个小部件故障，发动机爆炸，整个后机身被炸毁。驾驶舱内的克罗斯菲尔德幸运地逃脱了。

新发动机的首次试飞于1960 年11 月15 日进行。克罗斯菲尔德驾驶X-15-2 并以14,000 米/0.83 马赫的速度与母机分离。虽然他只用了一半的推力，但X-15-2却直冲云霄，加速到2.97马赫，爬升至24750米的高度。维修完成后，X-15-3于1961年12月进行了首飞，试飞员是尼尔·阿姆斯特朗。这是X-15 项目的第46 次飞行。

X-15-2脱离舰载机后启动XLR99发动机

尼尔·阿姆斯特朗和X-15

此后，该项目逐渐完善，XLR99暴露的问题也一一得到解决，证明它是一款优秀的火箭发动机。 X-15小队向高地前沿前进。

但这并不意味着试飞会一帆风顺。 1962 年11 月9 日，约翰·“杰克”·麦凯驾驶X-15-2 进行试飞。他无法获得火箭发动机的全部推力。 XLR99 对油门控制没有反应。卡在30% 推力。

于是麦凯紧急迫降。结果，X-15-2在迫降过程中发生侧翻。飞机严重受损，麦凯受重伤。 X-15-2在维护和重建期间升级为X-15A-2，新配置于1964年6月首飞。X-15A-2的机身加长了73.66厘米，是冲压发动机腹鳍下方可加装发动机，机身两侧可悬挂两个油箱。

麦凯驾驶飞机紧急迫降。结果，X-15-2在迫降过程中发生侧翻。飞机严重受损，麦凯也受重伤。

X-15-2在维修改造时升级为X-15A-2

X-15A-2的机身加长了73.66厘米。腹鳍下方可加装冲压喷气发动机，机身两侧可悬挂两个油箱。

X-15项目在第191次飞行中遭遇了第一次致命事故。 X-15-3在高超音速飞行时陷入螺旋，后机身断裂，飞机在40秒内下降3万米，导致飞行员迈克·亚当斯死亡。

迈克尔·亚当斯少校

X-15-3的后机身残骸

在X-15-2维护和重建期间，X-15-1又完成了八次飞行。这时，有人开始质疑X-15项目是否值得付出如此高昂的代价。抛开巨大的飞行风险不谈，该机每次发射的成本估计高达60万美元。 1966年，NASA同意承担X-15项目的大部分费用，但直到1968年底才获得批准，看来留给X-15项目的时间不多了。

原定于1968 年下半年完成第200 次飞行的计划因维护和天气问题而推迟了10 次，最终未能实现。 12 月20 日，X-15 从B-52 机翼下拆除，经过199 次飞行（比尔·达纳于10 月24 日最后一次飞行），X-15 计划结束。

在飞行员克罗斯菲尔德完成工厂试飞并将X-15 移交给NASA 后，其他11 名试飞员驾驶了X-15，其中5 名来自美国空军，1 名来自美国海军，5 名来自NASA。毫无疑问，他们都是太空先驱，也是杰出的工程师和飞行员。

毫无疑问，他们既是航天先驱，也是杰出的工程师和飞行员。

后来，这些飞行员有的为NASA未来的太空项目做出了贡献，有的继续担任先进飞机研制项目的试飞员，还有的回到了军队，参加了越南战争。其中包括福雷斯特·彼得森(Forrest Peterson)，他于1069 年至1071 年担任企业号航空母舰舰长，后来成为海军上将。他一生参加过三场战争：二战、朝鲜战争和越南战争。

尼尔·阿姆斯特朗担任“双子座8号”和“阿波罗11号”两次任务的指挥官，成为第一个登陆月球的人。乔·恩格勒成为一名航天飞机试飞员，并担任两次航天飞机任务STS-2 和STS-51-1 的指挥官。

做一个记录

8名不同飞行员完成的13次飞行符合美国空军的太空飞行规定，即达到50英里（80公里）的高度。其中，美国空军飞行员被授予宇航员之翼，但民用飞行员直到2005年才获得同样的认可。

宇航员翅膀徽章

不过，这13次飞行中只有两次被国际航空联合会（FAI）认定为高度超过100公里的太空飞行。两次飞行均由约瑟夫·沃克(Joseph Walker) 驾驶X-15-3 完成。其中第一次是1963 年7 月的第90 次飞行，达到了106 公里的高度。一个月后，沃克在第91次飞行中飞到了108公里的高度，使X-15成为名副其实的太空飞机。直到近20年后，这一纪录才被进入地球轨道的哥伦比亚号航天飞机打破。

X-15-3 负责创造高度记录，而X-15-2 则成为速度神话。 1961 年6 月23 日，罗伯特·怀特(Robert White) 驾驶X-15-2 进行第38 次飞行，速度达到5.27 马赫（5802 公里/小时），成为地球上第一位速度超过5 马赫的飞行员。几个月后，怀特在11 月9 日的第45 次飞行中创下了同一架飞机6.04 马赫（6,586 公里/小时）的新纪录。

X-15-3负责创下高度记录，而X-15-2则成为速度神话

11月9日，怀特在一次6.04马赫的飞行中，左挡风玻璃破裂。

六年后，这一速度记录在X-15 项目的第188 次飞行中被打破。 1967年10月3日，彼得·奈特驾驶升级后的X-15A-2，达到了有人驾驶飞机的最快速度——6.7马赫（7275公里/小时）。相比之下，配备吸气式发动机的有人驾驶飞机的最快速度还不到一半，即1976年7月洛克希德SR-71“黑鸟”创下的每小时3528公里。

遗产

X-15项目被认为达到并超出了预期目标，取得了巨大成功，但成本严重超支，比最初估计的1070万美元高出近30倍。在最初的目标中，X-15的速度和高度要求分别为6/76.2公里马赫，机身表面温度为650度。结果居然达到了6.7马赫/108公里，表面温度732度，表面气动压力超过1.074公斤/平方厘米。

X-15 5马赫飞行时机身表面温度分布（华氏度）

事实上，在美国努力将人类送入太空的日子里，就将这款飞机视为潜在的载人轨道飞行器。它具有增强的耐热性，安装在运载火箭顶部进行发射。

X-15飞行和实验获得的数据被用于NASA后续的载人航天计划，为“阿波罗”和航天飞机任务做出了巨大贡献。尼尔·阿姆斯特朗认为这架飞机是“历史上最成功的研究飞机”。

一些参与该项目的飞行员和工程师表示，他们对航空的热情源于年轻时受到一位著名航空人物或一架标志性飞机的影响，因此幸存的X-15-1 和X-15A-2 被保留了下来在华盛顿国家航空航天博物馆和美国空军博物馆，希望激发下一代对航天的兴趣，带领人类继续飞向无限的宇宙。

华盛顿国家航空航天博物馆的X-15

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本文转载自微信公众号：空军之翼（ID：kongjunzy）作者：阿姆斯特朗。我们每天只是为您提供更多精彩的知识和内容，但并不代表君吾完全认同这一观点。

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