AVIÕES MILITARES: North American X-15

. .				. O North American X-15 foi um avião experimental, propulsionado por um motor foguete, desenvolvido a partir de 1954 pela North American (actual Rockwell International), após intensa competição com projectos alternativos, propostos pela Bell Aircraft Corporation, Douglas Aircraft Company e Republic Aviation Company, para cumprir um programa de pesquisa conjunto, da NACA (actual NASA), USAF, US Navy, e instituições privadas ligadas à indústria aeronáutica, Construído especificamente para explorar o regime de voo em velocidades hipersónicas e pesquisar as estruturas, propulsão e sistemas de controlo necessários para tal, veio numa fase posterior a usado no estudo do voo suborbital, e problemas relacionados com a reentrada na atmosfera lançando as bases para o futuro space shuttle. Foram construidos três X-15A, um deles foi reconstruído como X-15A-2, depois de sofrer graves danos numa aterragem de emergência, e outro foi perdido num acidente fatal.
. . . .		Ano				1959
		Pais de Origem				EUA
		Função				Aeronave Experimental
		Variante				X-15A
		Tripulação				1
		Motor				1 x motor foguete de combustível líquido Thiokol XLR99-RM-2
		Peso (kg)	Vazio			6620
			Máximo			15429
		Dimensões (m)			Comprimento	15,00
					Envergadura	6,80
					Altura	4,12
		Performance (km/h; m; km)			Velocidade Máxima	Mach 6,72 (7,274 km/h)
					Teto Máximo (m)	108000
					Raio de ação	450
		Armamento			--
Países operadores	EUA (NASA)
Fontes	Pt.wikipedia.org

GALERIA

Dois dos três X-15A construidos

X-15, junto ao suporte do NB-52B

Descolagem do NB-52 com o X-15

Lançamento do X-15 a partir do NB-52

X-15 em voo autónomo

X-15A após aterragem

HISTÓRIA

No final da década de 1940 e início de 1950 a indústria aeroespacial norte-americana defendia o princípio de que o voo hipersónico (velocidades superiores Mach 5) era uma área reservada aos mísseis, os únicos capazes de operar a essa velocidade e a altitudes muito elevadas, sendo que tal premissa era tecnicamente inviável para aeronaves tripuladas. Argumentavam por isso que a existência de um avião de pesquisa, não se mostrava necessária porque num futuro previsível não haveria solicitações para uma aeronave militar ou civil com tais características.

Paralelamente o "Conselho Científico e Consultivo", da USAF e o "Departamento de Pesquisa Naval" da US Navy tinham recomendado o desenvolvimento de uma aeronave de pesquisa para velocidades entre Mach 5 e Mach 7, tendo para o efeito contratado a Douglas Aircraft Company de cujo trabalho resultara o Douglas D-558-2 Skyrocket que atingira a velocidade de Mach 2, num voo realizado a 20 de novembro de 1953.

Primeira maqueta, do X-15, 1956

Então em junho de 1954, a NACA numa reunião especial com representantes da USAF e US Navy propõe um projeto conjunto de desenvolvimento e construção de uma aeronave de pesquisa, destinado ao estudo e exploração da velocidade hipersónica, e desenvolvimento de tecnologias necessárias para o efeito. Estavam assim lançadas as bases que culminariam no programa X-15.

Em dezembro de 1954 é lançado o convite à indústria aeronáutica para participar no projeto e em setembro do ano seguinte a North American Aviation, é selecionada para desenvolver e construir três aviões de pesquisa a designar por X-15, e em fevereiro de 1956 é contratado à Reaction Motors, Inc, (absorvida em 1958 pela AtK Thiokol) o desenvolvimento e construção dos motores de foguete de combustível liquido XLR-99, que iriam propulsionar o X-15.

O North American X-15 iria ser projetado e construído por uma equipa liderada por Harrison Storms e Charles Feltz, com orientação técnica do NACA Langley Aeronautical Laboratory (mais tarde a NASA Langley Research Center) e da High-Speed Flight Station (posteriormente Dryden Flight Research Center, e desde 2014 Armstrong Flight Research Center). A tarefa a que se propuseram era extremamente difícil com a tecnologia e os conhecimentos existentes na época, em que o voo supersónico dera ainda apenas os primeiros, mas em dezembro de 1956, a maqueta do X-15 ficou concluída, com um aspeto exterior aparentando simplicidade, mas que na verdade, não revelava o que iria, talvez, ser a aeronave tecnologicamente mais complexa da sua época.

Dois dos X-15 e respetivos NB-52

Como muitos aviões X, o X-15 foi projetado para ser lançado em voo a partir de uma aeronave mãe em voo, um B-52, modificado para o efeito (seriam dois os B-52 modificados para o efeito o NB-52A 52-0003 e o NB-52B 52-0008). Tinha uma fuselagem longa e cilíndrica achatada na retaguarda com um estabilizador vertical largo em forma de cunha totalmente móvel para controle direcional, e com freios aerodinâmicos no bordo de fuga, e outro ventral com a mesma forma mas fixo, parte do qual era descartado de para-quedas antes da aterragem, por ser maior que a altura dos patins traseiros de aterragem. As superfícies de controlo horizontais da cauda enflechadas, eram finas em diedro negativo pronunciado, e asas, também finas, em delta de pontas cortadas e enflechamento negativo na parte traseira (forma semelhante às do atual Lockheed Martin F-22 Raptor).

O trem de aterragem retrátil, era composto por uma roda do nariz e dois patins traseiros, uma solução que atendia aos requisitos essenciais, como a redução do peso, eliminava o espaço necessário ao alojamento das rodas, e potenciava uma maior resistência ao calor.

Em voo atmosférico o X-15, dispunha de controlos aerodinâmicos convencionais de voo, enquanto que para voo na atmosfera superior (atmosfera demasiado rarefeita para que os controlos convencionais fossem eficazes) dispunha de foguetes de peróxido de hidrogénio no nariz e nas asas.

X-15, ainda equipado com motores interinos
XLR-11, Rogers Dry Lake, 1960

O revestimento exterior consistia numa liga de níquel-cromo chamada Inconel X, capaz de resistir às temperaturas extremas e grande amplitude térmica resultantes do aquecimento aerodinâmico esperado quando a aeronave voasse na atmosfera a velocidades elevadas, e a cabina era construída em alumínio mas isolada da estrutura exterior para se manter a uma temperatura adequada para o piloto. Na restante estrutura interna, onde as cargas térmicas eram menores, foram empregues ligas de alumínio super-resistente, ligas de titânio e aços especiais.

A construção do primeiro X-15 ficou concluída em outubro de 1958 e em junho do ano seguinte foi realizado o primeiro ensaio de voo sem propulsão. O primeiro voo com propulsão seria realizado em 17 de setembro de 1959 pelo segundo X-15, usando interinamente dois motores XLR11-RM-13. Após terem sido realizado 24 voos, o motor XLR-99 foi finalmente instalado no X-15 de forma definitiva. O XLR-99, criado especificamente para o X-15, era o primeiro motor de foguete de grandes dimensões a usar combustível liquido, capacitado para ser reinicializado em voo e com potência controlável pelo piloto, através de um acelerador, entre os 30 e os 100% da potência disponível, possibilitando atingir altitudes, embora marginalmente, fora da atmosfera, (voo suborbital).

X-15, no momento de aterragem

O X-15 era transportado num suporte especial da asa do NB-52 até uma altitude de cerca de 13700 metros de onde, a uma velocidade de 805 Km/h era largado, para então seguir em voo autónomo, descendo depois para o local de aterragem.

Dependendo da missão, o motor de foguete fornecia propulsão apenas durante 80 a 120 segundos de voo. Consumido o total do combustível e restante tempo de voo, normalmente 8 a 12 minutos era feito em voo planado até ao local de aterragem pré determinado (normalmente o Rogers Dry Lake adjacente Edwards e Dryden).

No decorrer da missão, um F-104 Starfighter descolava 30 minutos após a descolagem do NB-52, e substituía uma primeira aeronave que o acompanhara, seguindo de perto o voo autónomo do X-15 e a sua subsequente aproximação à pista servindo de guia e auxilio em caso de necessidade.

Entre 1959 e 1968, os três X-15 efetuaram 199 voos de investigação ficando para a história como o primeiro avião a ultrapassar as velocidades sucessivas de mach quatro, cinco e seis e estabelecendo o recorde absoluto de velocidade em 7,274 km/h (mach 6.85), e alcançando em treze dos voos, altitudes que, pelas normas da USAF, conferiram as asas de astronauta aos oito pilotos envolvidos.

X-15, no solo, após aterragem

A recolha massiva de dados, proporcionado pelos testes em banco de ensaio e pelos voos, o pioneirismo na compreensão e na descoberta dos princípios da estabilidade hipersónica, a orientação e controlo em ambiente de imponderabilidade, e as experiências realizadas no limite da atmosfera terrestre, contribuíram indelevelmente para o desenvolvimento da tecnologia e da navegação astronómica posteriormente usada no programa Apollo.

Dos três X-15 produzidos, um deles foi reconstruido no padrão X-15A-2, depois de sofrer graves danos resultantes de uma aterragem de emergência mal sucedida e encontra-se preservado em museu, outro foi perdido num acidente fatal quando de regressava de um voo pilotado pelo Major Michael J. Adams, e o outro exemplar encontra-se no National Air and Space Museum, em Washington, D.C.

A construção do X-15A-2 foi originada por um conjunto de circunstâncias, entre elas o acidente que danificara gravemente uma das a aeronaves, o programa ter, à data, atingido os objetivos pré definidos e o interesse da NASA e USAF em explorar as potencialidades da tecnologia ramjet em velocidades até Mach oito, considerando que o X-15 era o veículo ideal.

Assim foi decidido reconstruir a fuselagem acidentada com o objetivo inicial de de atingir velocidades iguais ou superiores a mach oito a altitudes próximas dos 30 mil metros, recorrendo ao aumento do tempo de propulsão do motor entre 85 a 145 segundos, para o que foram adicionados dois depósitos de combustível exteriores e melhorado o revestimento térmico externo. Ambos os tanques de combustível seriam ejetados à velocidade de mach dois e 21 mil metros e altitude e possuíam uma capacidade conjunta de 6 123 Kg, sendo que o depósito esquerdo alojava 3 399 kg de oxigénio líquido e o direito 2 724 kg de amoníaco. A fuselagem foi alongada cerca de 76 cm e o estabilizador vertical inferior foi removido para permitir a instalação de motores ramjet,e obter espaço para o transporte de material científico.

X-15A-2, os tanques externos representavam quase
metada da massa da aeronave

O seu primeiro voo com tanques externos, ocorreu no primeiro dia de Julho em 1966 e saldou-se por um fracasso, devido a uma anomalia num dos tanques que não transferiu o combustível.

O X-15A-2 fez vários voos, atingindo a velocidade de Mach 6.7 em 3 de outubro de 1967, porém os atrasos em produzir um motor ramjet operacional, e o necessário escudo térmico capaz de evitar danos na aeronave provocados pelo aquecimento, fez com que nenhum teste real fosse realizado até ao encerramento do programa em 1968.

Tal como o Bell X-1 fornecera um manancial de informação e um estímulo para a pesquisa supersónica, o X-15 forneceu um estímulo adicional aos estudos da velocidade hipersónica. Quando a NACA decidiu o seu desenvolvimento, estava muito longe de imaginar o quanto o seu contributo viria a ser fulcral para o desenvolvimento da aerodinâmica supersónica e hipersónica, a qual se encontrava ainda em fase embrionária, nos poucos túneis de vento hipersónicos existentes, que dedicavam ao estudo da dinâmica dos fluidos. Tal foi o sucesso que os futuros aviões de pesquisa hipersónica, apenas foram e serão construídos para provarem conceitos, não para adquirirem informação inatingível por outros meios.

Em Maio de 1968 estavam enumerados 44 desenvolvimentos tecnológicos proporcionados pelo programa de pesquisa do X-15, 28 diretamente resultantes dos voos de teste e 16 emanando das experiências efetuados em banco de ensaios. Destacam-se pela sua importância e significado os seguintes:

Neil Armstrong, equipado, junto do X-15

Desenvolvimento do primeiro motor foguete de grande porte, capaz de ser reinicializado e com potência controlável por mão humana (Thiokol XLR-99).
Primeira aplicação do conhecimento teórico adquirido em túnel de vento hipersónico, verificado e validado por voo real, cuja utilidade foi posteriormente usada no projeto Space Shuttle.
Desenvolvimento da cauda em forma de calço, como solução para obter estabilidade direcional em voo hipersónico.
Primeira utilização de controlos de reação, viabilizando a manobra em ambiente espacial.
Primeira estrutura reutilizável produzida com uma liga metálica capaz de suportar as temperaturas e gradientes durante a reentrada atmosférica.
Desenvolvimento de novas técnicas para a maquinação, forja, soldagem e tratamento térmico do Inconel e titânio.
Desenvolvimento de melhores vedantes e lubrificantes, resistentes a altas temperaturas.
Desenvolvimento e utilização do primeiro traje pressurizado completo, viabilizando o voo espacial.
Desenvolvimento do sistema de voo por inércia capaz de funcionar sob alta pressão dinâmica e ambiente espacial.
Descoberta de que taxas de aquecimento provocadas pela turbulência, são significativamente menores do que havia sido previsto em teoria.
Demonstrada a capacidade do piloto para operar em ambiente de microgravidade.
Transição bem-sucedida do controlo de voo aerodinâmico para controlo de reação e vice-versa.
Primeira aplicação de técnicas de gestão de energia.
Adquiridos os conhecimentos sobre acústica hipersónica, que influenciaram o projeto da cápsula Mercury.
Descoberta e reconhecimento que as pequenas irregularidades nas superfícies, que impedem o fluxo laminar em baixa velocidade também impedem a sua formação em velocidades hipersónicas.