人类第一次驾驶飞机到太空边缘，使用轰炸机空中投放的X-15试验机

　　在世界航空技术的发展中，对于速度的追求一直以来都没有松懈过，尤其是在大气层内实现极超音速飞行动力系统的研发也从未停下脚步，本期武器大讲堂和大家分析一款使用超声速燃烧冲压式发动机的高超音速研究项目-美国北美公司研发的X-15试验机。

　　X-15试验机是在上个世纪50年代开始研发的，当年美国国家航空航天局打算对冲压发动机在4~8马赫时的工作情况并试验在高空高速条件下对气动力、材料和飞行控制技术以及飞行员的生理情况，开始发展一个高超音速研究发动机计划。

　　当时北美航空、贝尔、道格拉斯以及共和公司都参与了项目的竞标，最终在1955年9月北美航空公司获得项目竞标，此项目中北美航空公司负责飞机机身的打造，而发动机则由React Motors制造，相当于由两家公司共同研发。

　　北美航空公司在1959年3月19日开始进行X-15飞机的第一次试飞，并在随后优化之后，进行了大量的挑战，并不断的刷新世界飞行记录，最大的飞行速度达到了M6.72，而飞行高度甚至达到了大气层的边缘，这些实验为之后的研究提供了重要的资料基础。

　　当年研发出来的X-15试验机长15.45 m、高4.12m、空重6.62吨，机身设计非常小巧，整体的外形非常细长，截面类似于圆柱形。

　　前部为机舱的结构中后部是引擎和燃油系统，机舱采用由铝制成，与机身的结构是隔离开的，这样的设计是为了避免在大气层中高速飞行时机身外表面产生大量的热量影响到机舱内的温度。

　　同时为了让机身能够承受住在大气层中飞行时空气动力加热，机身外壳采用名称为Inconel X的镍铬合金制成，这种材料可以承受1200华氏度的空气动力学温度，机背使用整流罩处理，让整个机背变平，从而更符合空气动力学设计。

　　在机身中后的部位，设计了一对楔形的中单翼，用以稳定机身和增加升力，并且主翼上设计有襟翼并安装有特殊的推力反应控制火箭，这个火箭主要用于调整飞机的姿态使用。

　　尾翼为十字形尾翼，尾翼设计有垂尾和平尾，平尾稍微向下倾斜，垂尾的形状设计也一样采用了楔形形状。

　　当时设计师设计的时候发现楔形的形状会比传统的形状在高超声速下作为稳定表面更加有效，再加上要X-15在高速飞行的时候具有足够的方向稳定性，就需要垂直尾翼面积等于机翼面积的60％，所以跟主机翼使用一样的形状是最好不过的了。

　　在尾部的腹部，还设计有一个腹鳍，腹鳍作用是为了控制高速飞行时的稳定性能，配合尾翼的结构形成类似于高速导弹的翼面控制，不过这个腹鳍的高度略微大，所以在放下之后会超过后部的着陆橇，所以腹鳍设计成了两段式的结构，当降落的时候最下方的一部分会通过降落伞抛弃掉，并在后续回收利用。

　　这里需要提下这款飞行器的支撑结构，为了降低整个飞机的重量，期前起落架使用的是常规的双轮起落架，不使用的时候向前收入机鼻内，而后部则直接抛弃了轮式起落架的结构，使用了更加简单的一对降落橇用来支撑飞机降落。

　　动力系统方面，X-15高速试验机使用了一具XLR99 -RM-2 液体燃料火箭发动机，这具引擎使用液氨和液态氧作为燃料提供动力，使用过氧化氢来驱动将涡轮推进剂输送至发动机的高速涡轮泵，能输出313 kN的推力，携带的燃料大约有8吨。

　　但是这些燃料能提供给火箭发动机的时间非常少，也是因为火箭发动机燃料消耗量惊人，所以这款飞行器并不能直接从地面起飞，而是通过载机进行携带到高空起飞。

　　当时的操作是使用一架 B-52载机，将X-15试验机挂在B-52载机的机翼下，然后将这款飞行器运到高空并给它一个初速度，当到达一定的高度和初速度之后，在空中向上发射飞行。

　　当发射出去之后，X-15试验机自身携带的燃料可以维持飞行 80～120 秒进行持续的加速，在后期实验的时候还把机身加长了71厘米，并机翼下增加了两个分别装有液氨和液氧的罐体，这样可以额外的多提供60秒的飞行时间。

　　通过这种方式让其达到了惊人的6.72马赫最大速度，直接刷新了有人飞行器的世界速度纪录，而最大的爬升高度更是达到了108000米，这个高度已经超过了美国空军所制订宇宙飞行的标准高度，已经到达外太空边缘。

　　这个高度的大气已经非常稀薄，所以飞行器上的各种气动结构都不起作用了，因此设计师在机鼻和机翼上加装了推力反应控制系统，这个系统是通过机头上的过氧化氢推力火箭用来提供了飞行器的俯仰和偏航控制，而机翼上的则是侧倾控制，用来取代垂尾和机翼的常规空气动力学控制面的工作。

　　通过这套系统飞行员能够保持飞行器在太空边缘飞行时进行控制，当下降到大气层内部空气密集的高度时，就可以直接使用常规的空气动力学控制面在大气中滑翔。

　　也是因为能到达太空的边缘，飞行员都需要穿戴宇航服进行驾驶，驾驶舱内还配备有弹射座椅以便突发情况下紧急逃生。

　　而降落的过程中为什么说是滑翔呢？这是因为X-15从载机上释放后，火箭助推器只有不到120秒的时间进行加速，然后剩下的差不多10分钟左右的时间只能是无动力滑翔加速，当到达极限速度之后就没有到动力了，因此降落的过程只能是滑翔降落。

　　当年X-15试验机出色的完成了试验，并记录了飞行过程中的稳定性和控制性，包括材料变化、冲击相互作用、高超音速湍流边界层、蒙皮摩擦、反应控制射流的基准高超音速数据、空气动力学加热和传热等等一系列问数据。

　　同时还创造了大量的世界纪录，是此类飞行器首次载人飞向太空边缘，并且还是世界上第一架达到超音速或超过声速五倍的飞机。

　　这款飞行器可以说是美国1960年代发展太空飞行的重要工具，为后来的太空发展和超音速飞行器的发展奠定了基础，并积累了大量的技术，不愧是一款跨时代的试验机。