Mikä on suurin lentokoneen saavuttama nopeus?

On olemassa sananlasku, jonka mukaan ”kaikki ennätykset on tehty rikottaviksi”. Tätä lausetta on sovellettu hyvin usein sikäli, että monia ennätyksiä on tehty. Itse asiassa maailmanennätyksistä on olemassa suuri kirja. Nopeusennätys on yksi niistä. Nopeusennätyksiä on monia, mutta tiedätkö lentokoneen nopeusennätyksen? Eikö teillä ole aavistustakaan? Tämän artikkelin kautta kerromme sinulle suurimman nopeusennätyksen, jonka lentokone on koskaan saavuttanut. 

Kiinnostaako sotilasmaailma todella intohimoisesti? Mikset sitten ihastuisi plaque americaine collier? Vai haluatko treillis habit ilmaista rakkautesi tätä universumia kohtaan maailmalle?

 

 

Lentokoneen saavuttama nopeusennätys

Nopeusennätyksiä on tosiaankin tehty maailmalla. Myös lentokoneet ovat pitäneet huolen siitä, että omat ennätyksensä ovat onnistuneet. Nykyisin lentokoneen saavuttaman suurimman nopeuden ennätystä ei ole rikottu uudella.

Mikä on suurin lentokoneen saavuttama nopeus?

On tärkeää huomauttaa, että kyseinen saavutus jakautuu kahteen suureen, toisistaan täysin erilliseen ennätykseen. Toisen niistä teki pohjoisamerikkalainen  X-15 ja toisen NASA:n X-43.

• X-15:n nopeusennätys: Tämä yliäänirakettikone saavutti suurimman nopeuden yhdellä siivellä lentävälle lentokoneelle. X-15 saavutti peruuttamattoman nopeusennätyksen, 7 272,68 km/h, 3. lokakuuta 1967. Sitten 23. elokuuta 1963 se saavutti 107,96 km:n korkeuden. Tämä saavutus antoi amerikkalaisille mahdollisuuden kerätä paljon tietoa. Erityisesti ilmavirran ja aerodynaamisen kitkan osalta. Mutta myös lentokoneen hallinnasta ja tasapainosta optimaalisella nopeudella ilmakehän ulkopuolella.
•  X-43:n nopeusennätys: Tämä supertähti-suihkukone saavutti todella kolossaalisen nopeusennätyksen.  Se suoritti maailmanennätyksen kiipeämällä 10 240 km/h (9,6 Mach) eli lähes viisi kertaa Concordea nopeammin. Se piti jo edellisen ennätyksen hallussaan 27. maaliskuuta 2004, jolloin se saavutti 7 700 km/h (Mach 6,3) eli lähes nelinkertaisen nopeuden Concordeen verrattuna.

Mitä eroa näillä kahdella lentokoneella on?

Kaikki nämä kaksi lentokonetta ovat rikkoneet nopeuden maailmanennätyksen. On kuitenkin tärkeää huomauttaa, että ne eivät ole samantyyppisiä lentokoneita.
X-15:n ja X643:n välillä

on huomattava ero. Huomaa siis, että:

• North American X-15 onpilottiohjattu yliäänilentokone, ennätyksensä aikana tätä ohjasi kuuluisa amerikkalainen lentäjä William Joseph Knight;
• Nasa X-43:lla on päinvastainen toiminta, tämä ilmakehän ramjetilla (joka imee happea ilmakehästä) liikutettu kone liukui yksin taivaalla ilman lentäjää.

Mitä Pohjois-Amerikan X-15:stä kannattaa tietää?

Jotta oppii hieman enemmän tästä amerikkalaisesta rakettikoneesta, on mielenkiintoista nähdä, miksi ja miten se suunniteltiin. On myös
, mitä sen ensimmäisiin lentoihin liittyy, mutta sen lisäksi kannattaa katsoa tarkemmin, mitä X-15 A2:een liittyy.

Miten amerikkalaiset keksivät sen suunnittelun?

Helmikuussa 1954 NACA (National Advisory Committee for Aeronautics, NASAn edeltäjä) asetti tarpeen uudelle kokeelliselle lentokoneelle. Tällä kertaa kyse oli tutkimuslennoistaerittäin suurella nopeudella ja erittäin suuressa korkeudessa. Insinööriryhmä perustettiin tutkimaan ratkaisuja moniin ongelmiin (kineettinen lämpeneminen, lentokoneen hallinta harvennetussa ilmakehässä, optimaalinen aerodynaaminen kokoonpano jne.). He laativat huhtikuussa 1954 raportin, jossa todettiin, ettei suuria vaikeuksia ollut olemassa, kun otetaan huomioon tuolloin käytettävissä olleet tekniikat.

Ohjelman käynnistäminen hyväksyttiin lokakuussa 1954. Rahoituksesta 95 % tuli Yhdysvaltain ilmavoimilta ja 5 % Yhdysvaltain laivastolta. North Americanin ehdotus valittiin ja tilaus kolmen koneen rakentamisesta allekirjoitettiin joulukuussa 1955. Rakettimoottorin kehittäminen annettiin helmikuussa 1956 Reaction Motorsille, joka ehdotti Viking-raketeissa käytetystä polttoaineesta johdettua polttoainetta.

Prototyyppi esiteltiin North Americanin toimesta joulukuussa 1956. Koneen rakentaminen alkoi vuoden 1957 puolivälissä, ja ensimmäinen X-15 rullasi tehtaalta 15. lokakuuta 1958. XLR99-moottori viivästyi huomattavasti, ja ensimmäinen toimitettiin huhtikuussa 1959, ja kesti vielä noin vuoden ennen kuin se lopulta kelpuutettiin. Sillä välin kaksi Boeing B-52 Stratofortressia varustettiin uudelleen X-15:n kuljettamista varten (NB-52A ja NB-52B). Tulevat lentäjät valittiin ja heidän kouluttamistaan varten rakennettiin simulaattori.

Mitkä olivat X-15:n ensimmäiset lennot?

Ensimmäiset kerrat, kun kone lensi taivaalla, olivat enimmäkseen koelentoja. Kukin näistä lennoista ajoittuu :

• 10.3.1959 on X-15 No. 1:n ensimmäinen ”vangittu” lento, josta jälkimmäinen jää kiinnitettynä B-52-kuljetuskoneen siiven alle;
• 8.6.1959, on ensimmäinen lento ilman X-15 No. 1:n moottorien käyttöä ;
• 17. syyskuuta 1959 on X-15 numero 2:n ensilento kahdella väliaikaisella XLR11-moottorilla;
• 15. marraskuuta 1960 on X-15 numero 2:n ensilento lopullisella XLR99-moottorilla.

Näitä ensimmäisiä testejä varjostivat lukuisat tekniset ongelmat, jotka aiheuttivat suunniteltujen lentojen lykkäämistä ja jopa käynnissä olleen lennon keskeyttämistä. Tästä huolimatta testausta ei lopetettu, ja vuoden 1960 loppuun mennessä X-15 oli ylittänyt Mach 3:n ja 30 000 metrin korkeuden.

Lisätietoa X-15 A2:sta

Marraskuussa 1962 tapahtuneen epäonnistumisen jälkeen sovittiin, että X-15 No. 2:ta muutetaan. Tämätehtävänä oli saada se saavuttamaan Mach 8 -nopeus.Mutta myös käyttää sitä ajosuihkukoneen lentokokeena. Kone nimettiin tällöin X-15A-2:ksi.

Lisänopeus pyrittiin saavuttamaan lisäämällä rakettimoottorin toiminta-aikaa. Tämä vaatii yksinkertaisesti a priori polttoaineen/polttokapasiteetin kasvattamista. Tämän saavuttamiseksi runkoa pidennetään ja asennetaan kaksi ylimääräistä ulkoista säiliötä (yksi kummallekin puolelle runkoa). Nämä säiliöt tyhjennettiin ensin, minkä jälkeen ne irrotettiin lennon aikana ja otettiin talteen.

Jotta X-15 kestäisi odotettua korkeammat lämpötilat,päätetään peittää se ylimääräisellä eristekerroksella, joka hajoaisi vähitellen lennon aikana. Sen kyljessä olevaa vatsapäätä muutettiin siten, että siihen mahtui halkaisijaltaan 91 cm:n suuruinen rakettisuihku. Koska
alaosaa ei enää voitu heittää ulos lennon aikana, maavaraa oli lisättävä.

Loppujen lopuksi asennettiin uusia lokeroita mittauslaitteita varten. Lopulta X-15A-2 painaa 10 tonnia enemmän kuin X-15. Tämä edellyttää myös laskutelineiden vakavaa vahvistamista.

Tällekin mallille myönnettiin oikeus useisiin koejaksoihin, jotka suoritettiin: 

• 15.6.1964: nimetään ensimmäinen ”vangittu” lento koukussa B-52-kuljetuslentokoneen siiven alla;
•  25.6.1964: ensimmäinen todellinen lento ilman säiliöitä ja ramjetia;
•  17. helmikuuta 1965, on ensimmäinen lento, johon liittyy uusia mittalaitteita;
• 3. marraskuuta 1965, on  ensimmäinen lento tyhjillä
  ulkosäiliöillä
  ;
•  1ᵉʳ heinäkuu 1966 oli ensimmäinen lento täytetyillä ulkosäiliöillä;
•  21. elokuuta 1967 muodostaa ensimmäisen lennon lisälämmöneristyskerroksella.

Ensimmäisillä lennoilla sattui useita vaaratilanteita, jotka johtuivat laskutelineestä, jolla on taipumus avautua kesken lennon. Todellisuudessa X-15A-2 saavuttinopeusennätyksen, joka oli 7 272,68 km/h 3. lokakuuta 1967. Tämän lennon aikana pintalämpötila nousi kuitenkin yli odotetun 1 300 °C:n. Tämä aiheutti merkittäviä vaurioita osalle lentokoneen runkoa. Vaikka North American siirtää koneen kuntoon, se ei lopulta koskaan palannut ilmaan.

Mitä NASA:n X-43:sta pitää tietää?

Kun on kyse NASA X-43 -lentokoneesta, sinun on ensin tiedettävä tarkalleen, minkä tyyppisestä lentokoneesta on kyse.
Vasta sen jälkeen voidaan puhua sen suunnittelusta ja sen nopeuden Mach 10 -ennätyksestä.

Minkä tyyppinen lentokone se on?

X-43A onpieni miehittämätön laite. Profiililtaan se on litteä. Tämä lentokone on Waverider-mallin kapenevia linjoja: 3,65 m pitkä, siipiväli 1,5 m, korkeus 0,60 m ja paino 1,2 tonnia. On myös tärkeää huomata, että tämä lentokone on suunniteltu Scramjet-kuljetusperiaatteella. Scramjet-kuljetusperiaatetta, jota on kuviteltu jo vuonna 1918, NASA on merkinnyt ilmailumaailman
Graalin maljaksi.

Mikä on ongelma, joka on ratkaistava ennen sen suunnittelua?

Tavanomaisessa moottorissa moottoriin tuleva ilma puristetaan kompressorilla. Sen jälkeen se sekoittuu polttoaineeseen polttokammiossa, paisuu turbiinissa, joka pyörittää kompressoria, ja poistuu moottorista suuremmalla nopeudella kuin tullessaan. Kun etenemisnopeus suhteessa ympäröivään ilmaan kasvaa, moottoriin tulevan ilman jäähtyminen aiheuttaa kuitenkin puristusta. Tämä saa ilman lämpenemään yhä enemmän jo ennen kuin se pääsee kompressoriin.

Mekaanisista ja termisistä syistä pyörivien osien lämpötilaa, erityisesti turbiinin sisäänmenoaukossa, rajoitetaan. Näiden osien säästämiseksi polttokammioon voidaan antaa sitä vähemmän energiaa, mitä suurempi on lentokoneen nopeus. Tämä johtuu siitä, että ilmaa on jo lämmitetty ilmanottoa hidastamalla (ja kompressorin toimesta). Perinteisen suihkuturbiinimoottorin työntövoima vähenee siis suurella nopeudella. Ramjet-suihku perustuu samaan periaatteeseen, mutta se käyttää vain virtauksen hidastumista ilmanottoaukossa ilman puristamiseen: sen muoto korvaa kompressorin. Turbiinia ei siis tarvita, koska kompressoria ei tarvitse käyttää. Nopeusrajoitus johtuu moottorin muodostavien osien lämpövastuksesta.

Pääongelma johtuu siitä, että raketti-ilmasuihkun on saavutettava tietty nopeus, jotta se toimisi omalla voimalla. Esimerkiksi B-52-pommikoneen kaltaisen kantorakettikoneen tai Leduc 022:n tai Nord 1500 Griffon II:n kaltaisen turbojettimoottorin käyttäminen. Ongelma kuitenkin jatkui monissa tilanteissa. Ranskalaiset insinöörit havaitsivat 1950-luvulla, että ramjet ei toiminut pienillä nopeuksilla. Esimerkiksi pienellä Mach 1 -nopeudella kuuluisa Leduc vuoti käyttämätöntä polttoainetta suuttimen kaasuihin. Jopa yli Mach 2:n nopeudella Pohjois-1500 Griffon II:lla ilmeni sama seuraus.

Koska silloiset seokset eivät kestäneet suurempia nopeuksia, rakettisuihkuhanke hylättiin. Uusien seosten ja keraamisten materiaalien kehittämisen myötä on viime vuosina voitu käynnistää uudelleen hypersonisen nopeuden (> Mach 5) hankkeita. Näissä hankkeissa ramjetin tai supertähden hyötysuhde maksimoidaan teoriassa. Mutta silloinkin vain, jos palaminen on riittävän nopeaa, jotta se saadaan päätökseen ennen suuttimesta poistumista ja näin saadaan aikaan maksimaalinen työntövoima.

NASA, joka halusi tutkia täyteen nopeuteen perustuvan, häviöttömän ramjetin toimintaa, päätti mukauttaa testilaitteistonsa Pegasus-rakettiin. Tämä raketti pystyi saavuttamaan pitkälti hypersonisen nopeuden, joka oli noin Mach 6. Tämä alkunopeus paljasti X-43:n ja sen parannetun staattisen moottorin kaikki kyvyt.

Suunnitelmasta viedä se Mach 10 -nopeusennätykseen

X-43A-lentokone on koukussa Pegasus-raketin nokkaan, joka pystyy kuljettamaan sen yli Mach 6 -nopeuteen. Tämä raketti puolestaan on kiinnitetty kokeilua varten uudelleen käyttöön otetun jättimäisen B-52-kaksimoottorisen pommikoneen, Balls 8:n, oikean siiven alle.

• Aluksi
  pommikone lentää vajaaseen 13 000 metriin ja pudottaa Pegasus-raketin. X-43A 15-metrinen raketti heijastetaan 90 sekunnin ajan 29 000 metrin korkeuteen antaen sille yli Mach 7:n nopeuden, ja pudottaa sen.
• Tällöin vapaassa lennossa olevan X-43A-koneen ramjet käynnistyy  12 sekunnin ajaksi, jotta sen lento olisi tänä aikana itsenäisesti Mach 10:n nopeudella.
• lentokone suorittaa sitten sarjan aerodynaamisia manöövereitä ollessaan hallitusti liukulennossa noin kuuden minuutin ajan ennen kuin syöksyy Tyyneen valtamereen.

Mitä on hypersoninen nopeus

Aerodynamiikassa hypersoninen nopeus on nopeus, joka on erittäin yliääninen. Yleisesti ottaen tämä virtausalue katsotaan saavutetuksi noin 5 Machin nopeudesta alkaen. Hypersoninen virtausalue on yliäänilämpötilan osa-alue.

Hypersoninen virtausalue saavutetaan, kun virtaavassa kaasussa on molekyylien dissosiaatio-reaktioita: kaasu voi olla paikallisesti niin kuuma, että syntyy plasma. Tällöin virtauksen tavanomaiset ominaisuudet muuttuvat usein (rajakerros, turbulenssi).

Yliäänivirtausten tutkiminen edellyttää hyvin erityisiä tuulitunneleita tai sellaisten laskentakoodien käyttöä, jotka edellyttävät molekyylidissosiaatioiden huomioon ottamista.
Hypersoniset virtaukset ovat kiinnostavia lähinnä ilmakehään palaamisen aikana esiintyvien virtausten tutkimisessa:

• ballistiset ohjukset ;
• Ympäri sukkuloita tai avaruuskapselit.

Tietääksesi lisää, käy osoitteessa Military Surplus.