Ein realer X-Wing? Lernen Sie den Sikorsky X-Wing kennen

In den 1970er und 1980er Jahren brachte ein gemeinsames Forschungsprogramm zwischen der NASA, DARPA, der US Navy und Sikorsky eines der interessantesten hervor. einzigartige Flugzeugdesigns aller Zeiten. Dieses Flugzeug, das als Sikorsky X-Wing bezeichnet wird, wurde entwickelt, um das Beste aus dem zu kombinieren, was sowohl Hubschrauber als auch Starrflügelflugzeuge zu bieten haben.

Fünf Jahre Forschung und Entwicklung sowie viele erfolgreiche Tests und technische Innovationen würden letztendlich dazu führen, dass das Programm kurz vor der Ziellinie abgesagt wird. Ein Hybrid aus Hubschrauber und Starrflügelflugzeug, aber etwas von seiner eigenen Klasse, würde das Flugzeugniemals in die Luft bringen.

Was war der Sikorsky X-Wing?

Der Sikorsky X-Wing war ein Konzeptflugzeug, das die Schwebefähigkeiten eines Hubschraubers mit der Geschwindigkeit von Starrflügelflugzeugen kombinieren sollte.

Basierend auf dem S-72 RSRA Rotor Systems Research Aircraft wurde es in Zusammenarbeit mit der US Navy, DARPA, NASA und Sikorsky entwickelt.

Das Grundkonzept des Sikorsky X-Wing wurde zuerst von entwickelt Professor Ian Cheeseman an der Universität von Southampton, England. Seine Experimente mit einem sogenannten "Flying Stovepipe" würden letztendlich den Grundstein für einen funktionierenden Prototyp des Flugzeugs legen.

Cheeseman stützte seine Experimente auf das Coanda-Prinzip oder den Coanda-Effekt, um zuerst den Auftrieb einer zylindrischen Klinge zu erzeugen und dann zu modulieren. Wenn sich Luft nach diesem Prinzip tangential über eine gekrümmte Oberfläche bewegt, neigt sie dazu, daran zu haftenund folge der Krümmung seiner Oberfläche, bis die Krümmung der Oberfläche zu groß wird und sich die Luft wieder löst.

Bei korrekter Anwendung könnte das Prinzip verwendet werden, um eine Art virtuelle Klappe auf einem Tragflügel oder Rotor zu erzeugen. Cheeseman glaubte, dass ein solcher Rotor theoretisch mitten im Flug gestoppt und eher wie ein herkömmlicher Starrflügel verwendet werden könnteein Flugzeug, das es einem Flugzeug ermöglicht, mit dem Rotor vertikal zu starten und zu landen, aber es zu vermeiden, die Asymmetrie des Blatthubs beim Einsteigen in den Vorwärtsflug vor- oder zurückzuziehen

Sein Entwurf bestand aus einem zylindrischen Rotorblatt, dessen Hub durch Luftblasen durch Schlitze variiert wurde. Das Abschalten des Blasens würde es ermöglichen, das Flugzeug von den Tragflächen zu stützen, während der Rotor zum Stillstand kam und in einem Flugzeug mit festem Flügel für die Reiseeffizienz verstaut wurde. Der Vorgang würde dann für die Landephase umgekehrt.

Cheeseman testete das Design, indem er ein bewegliches Rigg mit einem Busfahrgestell baute, dessen Rotorsystem an einem Ende an einem instrumentierten Turm angebracht war. Der Rotor wurde mithilfe eines Getriebesystems gedreht, während einstellbare Luftschaufeln hinter den Hinterrädern für den Vorwärtsantrieb sorgten. Das Fahrzeugkonnte eine Landebahn mit sehr schnellem Beschleunigen und Bremsen auf und ab rasen.

Inspiriert von Cheesemans Arbeit, Ingenieure an der US Navy David W. Taylor Forschungs- und Entwicklungszentrum für Marineschiffe DTNSRDC entwickelte das Konzept weiter. Sie begannen mit der Zirkulationskontrolle zu experimentieren, indem sie Luft tangential auf eine abgerundete Hinterkante mit einer stromlinienförmigen Form bliesen, die einem herkömmlichen Schaufelblatt ähnelt.

Diese Forschung entwickelte sich schließlich zum Konzept eines X-Wing, der Zirkulationssteuerungs-Tragflächen verwendet, um Auftrieb in beide Richtungen zu erzeugen und es dem Rotor / Flügel zu ermöglichen, beim Starten und Stoppen der Drehung Auftrieb und Steuerung aufrechtzuerhalten.

Mitte der 1970er Jahre interessierte sich DARPA für das Konzept und schloss sich der Marine im X-Programm an. Die Hauptidee laut NASA , war zu " Untersuchen Sie Möglichkeiten zur Erhöhung der Geschwindigkeit von Rotorflugzeugen sowie deren Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit. "

Es wurde auch gehofft, dass solche Flugzeuge die Lärm-, Vibrations- und Wartungskosten senken könnten, die normalerweise mit herkömmlichen Hubschraubern des Tages verbunden sind.

In den nächsten Jahren wurde im Ames-Windkanal der NASA ein kleines Testfahrzeug entwickelt und getestet. Während dieser Versuche wurde der Prototyp über einen Zeitraum von sieben Wochen auf Herz und Nieren geprüft. Während des Tests wurden Hubschrauber, Starrflügel undKonvertierungsflugmodi wurden untersucht.

Mehr als 30 automatische Rotorstopp- und -starttests wurden mit einer Geschwindigkeit von 180 Knoten durchgeführt und schienen vielversprechend zu sein. Zu diesem Zeitpunkt befand sich auch die NASA an Bord, und es wurde beschlossen, zu versuchen, ein größeres Werk aufzubauenPrototyp.

In den frühen 1980er Jahren wurde Sikorsky kontaktiert, um die Entwicklung zu unterstützen. Als einer der führenden Hubschrauberdesigner des Landes glaubte man, dass sie am besten in der Lage waren, das Programm voranzutreiben.

Nicht nur das, sondern sie hatten ein "Ass" im Ärmel - das Sikorsky S-72 RSRA Testbed-Hubschrauber. Dieses Flugzeug wurde speziell zum Testen neuartiger Rotorblattsysteme entwickelt und schien das perfekte Testbed für die Weiterentwicklung des X-Wing-Programms zu sein.

Die S-72 war ein einzigartiges Flugzeug mit einem Flügel mit variablem Einfall, dessen Aufgabe es war, die Hubanforderungen aller getesteten Hubschraubertriebwerke zu entladen und zu überladen. Diese Arten von Flügeln können zum Starten und Landen in verschiedenen Winkeln geneigt werden.

Der S-72 verfügte auch über Hilfsantriebe und Schleppbremsen, um die horizontalen Schubanforderungen eines Testrotors zu entlasten und zu überlasten. Diese Fähigkeiten machten ihn zu einem idealen Testfahrzeug, um das Konzept des Startens und Stoppens des X-Wing-Rotors in einem vorhersehbaren und zu testenstabile Art und Weise, ohne dass der Testrotor während seiner Entwicklungsphase seinen vollen Konstruktionshub unterstützen muss.

Trotz des Vorsprungs, den der S-72 bot, wäre die Entwicklung des X-Wing für alle Beteiligten eine sehr herausfordernde Aufgabe.

Der funktionierende Prototyp S-72 RSRA hatte ein Bruttogewicht von 10.887 kg 24.000 lbs, einen Rotordurchmesser von 15,5 m 51 Fuß und eine Blattschnur von 1 m 3,39 Fuß. Die aufgezeichnete Scheibenbelastung betrug 17,86kg / m ² 12 lbs / ft ² .Es wurde von zwei General Electric T58-GE-5-Turbowellenmotoren angetrieben, die an seinem Backbord und Steuerbordrumpf montiert waren.

Heute ist ein X-Wing-Prüfstand, Sikorsky S-72 RSRA-Flugzeug, noch im Lager. NASA-Einrichtung in Ames Dryden Flight Research Center während ein anderer in einem schlechten Zustand sein soll Fort Rucker in Alabama.

Wie hat das X-Wing-Flugzeug funktioniert?

Durch die Kombination des Besten aus beiden Welten in Bezug auf Hubschrauber und Starrflügelfahrzeuge könnte der X-Wing theoretisch den Trend von VTOL-Flugzeugen der damaligen Zeit brechen, in denen Flugzeuge mit höherer Geschwindigkeit eine höhere Belastung der schwebenden Scheibe erforderten. Dies ist im Wesentlichen das Verhältnis vondas Gewicht des Flugzeugs geteilt durch die Fläche der Rotorscheibe normalerweise ausgedrückt als lbs pro ft ² .

X-Wing-Flugzeuge könnten auch einen Starrflügelflug erzielen, ohne dass spezielle Starrflügel im Flugzeug erforderlich wären. Dies versprach einen geringeren Leeranteil das Verhältnis des Leergewichts geteilt durch das Bruttogewicht im Vergleich zu Hubschraubern oderStarrflügelflugzeuge allein.

Damit X-Wings in der Praxis funktionieren, müssen sich die Rotorblätter stark von denen unterscheiden. konventionelle Hubschrauber Dies liegt daran, dass sie mehr Auftrieb tragen müssten, ohne dass ein herkömmlicher Hubschrauber die Zentrifugalkraft / den Zentrifugaleffekt nutzt, um die Blätter während der Drehung zu versteifen.

Die X-Wing-Rotorblätter mussten in der Tat auch sehr steif sein. Die beiden vordersten Flügel würden schließlich während des Horizontalfluges als vorwärtsgerichtete Flügel fungieren. Die Blätter mussten ebenso "doppelendig" sein wie die hintersten Blätter"rückwärts" fliegen, sobald das Rotorblatt angehalten und fixiert wurde, effektiv als nach vorne gekehrte Flügel .

Aus diesem Grund wurden die Klingen aus Verbundwerkstoffen hergestellt, um die erforderliche Festigkeit zu erzielen und gleichzeitig das Gewicht so weit wie möglich zu begrenzen.

Dank der Abhängigkeit des Designs vom Coanda-Effekt könnte die mechanische Taumelscheibe eines herkömmlichen Hubschraubers das Gerät, mit dem die Rotorblätter als Reaktion auf Pilotenbefehle gekippt werden durch ein speziell entwickeltes Ventilsystem ersetzt werden, um den Rotorblättern Druckluft zuzuführen.

Im Hubschraubermodus wurde dabei Luft aus der Hinterkante der Blätter geblasen, um virtuelle Klappen zu erzeugen und die zyklische Neigung zu simulieren. Bei der Umstellung auf den Starrflügelmodus müssten bei Komplikationen mit der sich ändernden Aerodynamik Luft aus der Führung geblasen werdenund Hinterkanten gleichzeitig.

Dieses System ist technisch weitaus komplexer als die Taumelscheibe eines Hubschraubers. Daher wurde auch ein hochmodernes computergestütztes Ventilsteuerungssystem entwickelt. Da das System effektiv auf die Verwendung von Druckluft zur Erzeugung des Auftriebs angewiesen war, war der PrototypX-Wing benötigte auch einen großen Kompressor, um den Luftstrom zu zirkulieren und zu steuern und eine energiereiche Kupplung und Bremse zum Starten und Stoppen des Rotorblatts bereitzustellen.

Die Rotornabe würde auch eine Rückkopplungssteuerung während der Rotorblattumwandlungsmodi benötigen. Obwohl dies ein riskantes Design ist, könnten die Auszahlungen bei Erfolg möglicherweise enorm sein.

Eine weitere Komplikation für Ingenieure war die Notwendigkeit, die Sicherheitsfunktion der S-72 für pyrotechnisch abtrennbare Rotorblätter im Notfall beizubehalten. In solchen Fällen könnte das Flugzeug dann perfekt als Starrflügelflugzeug fliegen.

nach Sikorsky , "i Es war erwünscht, diese Funktion für X-Wing-Tests beizubehalten. Die Entwicklung dieses Systems für die sehr dicken Verbundflexbalken des X-Wing wurde zu einem weiteren großen Entwicklungsprojekt und zu einer großen Leistung für das Team. "

Zu diesem Zweck wurden zwei Teams zusammengestellt. Eines, um sich auf die technischen Details des Rotorblattsystems zu konzentrieren, und das andere, um herauszufinden, wie es in den S-72 integriert werden kann.

Bis 1985 wurde ein funktionierender Prototyp entwickelt, und die Tests begannen im Dezember dieses Jahres. Weitere Tests im Jahr 1986 ebneten den Weg für den ersten Testflug.

Im September desselben Jahres wurde das RSRA-Testflugzeug offiziell der Welt vorgestellt. Im selben Monat wurde das Flugzeug über die NASA transportiert. Super Guppy KC-97-Frachtflugzeug zur Dryden Flight Test Research Facility der NASA auf der Edwards Air Force Base in Kalifornien.

Testflüge für das Flugzeug waren ursprünglich als allmählicher Aufbau gedacht, angefangen beim Rollen bis hin zum Fliegen ohne X-Wing-Blätter, um einige Basisdaten zu ermitteln. Da die S-72-Testbed-Flugzeugzelle so konstruiert war, dass sie ohne sie perfekt fliegen kannBei den Rotorblättern könnte es sicher landen, wenn der Rotor aus irgendeinem Grund ausfällt.

Dies war ein Meilenstein für Sikorsky als ob das Unternehmen in den Anfängen mit der Entwicklung von Starrflügelflugzeugen begonnen hätte, war ein von Sikorsky gebautes Starrflügelflugzeug seit über 50 Jahren nicht mehr geflogen.

Nach der Festlegung einer Basislinie sollte in der nächsten Phase nur zwei der Rotorblätter eingesetzt werden, gefolgt von vier mit angehaltenen Rotoren. Um Mitte 1987 sollte das Flugzeug mit dem Rotor / Flügel drehen, der a drehtvolle Geschwindigkeit mit dem Test des Rotor- / Flügelstopps während des Fluges bis Ende des Jahres.

Leider würde dies niemals passieren. Bei Fragen der staatlichen Finanzierung und einer Änderung der Verteidigungsprioritäten wurde das Programm 1987 ausrangiert.

Wo sind Demonstratoren oder Produktionsvarianten von X-Wing-Flugzeugen geplant?

Während der Sikorsky X-Wing noch in der Entwicklung war, wurden verschiedene Konstruktionen für ein endgültig funktionierendes Demonstrationsflugzeug mit derselben Technologie ins Auge gefasst. Zu den Varianten gehörte die Verwendung von Cabrio-Motoren, um den Rotor des Fahrzeugs mit Leistung und Kompressor sowie Schub zu versorgenfür den Hochgeschwindigkeits-Flugmodus mit festem eher verriegeltem Flügel.

Andere Versionen sahen die Verwendung herkömmlicherer Turbowellenmotoren vor, um das Flugzeug mit herkömmlichen Schubpropellern anzutreiben, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Einige Konzepte wurden auch für die spätere Produktion und für einsatzfähige Anwendungen der Technologie entwickelt.

Interessanterweise haben die Entwickler des X-Wing-Programms den X-Wing nie als direkten Ersatz für Hubschrauber von Starrflügelflugzeugen ins Auge gefasst. Sie haben sie vielmehr als hochspezialisierte Form oder als Flugzeuge angesehen, die eine langsame Effizienz benötigen würden.und Manövrierfähigkeit von Hubschraubern kombiniert mit der hohen Reisegeschwindigkeit von Starrflügelflugzeugen.

Dies können Dinge wie sein taktische Luft-Luft- und Luft-Boden-Operationen, Frühwarnung in der Luft, elektronische Intelligenz, U-Boot-Bekämpfung sowie Suche und Rettung. Ein von Sikorsky geplantes Beispiel war die Herstellung einer Navy-Variante, die von den Decks der Zerstörer der Klasse DD963 aus eingesetzt werden kann.

Ein Teil der Begründung war die Tatsache, dass das X-Wing-Setup als ideale Wahl für Missionen angesehen wurde, die Hochgeschwindigkeits-Dash-Fähigkeiten in Kombination mit kurzen Wartezeiten und Schwebezeiten erfordern. Dieses Flugzeug hätte für Missionen wie verwendet werden können. OTH Over the Horizon Targeting und Überwachung sowie AFHSAR Search and Rescue.

nach Sikorsky , "Dieses Flugzeug hätte einen Rotor / Flügel mit einem Durchmesser von 50 Fuß und zwei Bypass-Lüftermotoren von General Electric GE-CTSF-34 verwendet. Das Bruttogewicht betrug 30.000 Pfund. Das Antidrehmoment wurde durch eine Düse bei bereitgestelltdas Heck vektorisiert den Schub der Motoren. "

Hat der Sikorsky X-Wing die X-Wings in Star Wars inspiriert?

Und jetzt ist es wahrscheinlich an der Zeit, den Elefanten im Raum anzusprechen. Wir wissen, dass Sie wahrscheinlich genau über diese Frage nachgedacht haben, während Sie diesen Artikel gelesen haben.

Angesichts der Überschneidung zwischen der Entwicklung dieses Flugzeugs und der Produktion des ersten Star Wars-Films Star Wars: Eine neue Hoffnung Es scheint logisch, dass die mittlerweile legendären Incom T-65B X-Wing Starfighters im Franchise zumindest teilweise von diesem Programm inspiriert wurden.

Zum Glück einer der wichtigsten Designer Colin Cantwell, für Lucasfilms Industrial Light und Magic VFX wurde genau dieses Thema in a Reddit AMA vor ein paar Jahren.

Als Cantwell die Frage von einem Redditor stellte, erklärte er, dass " Es musste ultracool sein und sich von allen anderen Assoziationen mit Flugzeugen usw. unterscheiden. Mit anderen Worten, es musste fremd sein und zum Rest der Geschichte passen. Ein Pfeil, der auf ein Ziel in einem britischen Pub geworfen wurde, gabmir das ursprüngliche Konzept, und dann ging es von dort weiter. "

Wenn Sie darüber nachdenken, können Sie wirklich die pfeilartige Natur des X-Wing sehen. Es scheint, dass dies nur ein weiterer dieser lustigen Zufälle ist.

Nach Jahren der Entwicklung und Überwindung vieler technischer Herausforderungen war der Sikorsky X-Wing dem tatsächlichen Fliegen sehr nahe gekommen. Wir können nie sicher wissen, ob er erfolgreich geflogen wäre, aber es ist eine Schande, dass das Programm finanziell gescheitert ist.eher als technische Gründe.

Trotz dieser Enttäuschung sammelte Sikorsky sehr wertvolle Erfahrungen und Kenntnisse in der Entwicklung lagerlose Verbundrotoren, Fly-by-Wire-Steuerungssysteme und Steuerungssysteme mit höheren Harmonischen, die alle in zukünftigen vom Unternehmen entworfenen Flugzeugen verwendet wurden.

Die Zukunft des X-Wing-Konzepts ist unklar, aber viele Enthusiasten dieses einzigartigen Flugzeugs hoffen, dass eines Tages ein missionsfähiger X-Wing in die Luft fliegen kann.

Wir können nur hoffen.