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NASA-Langley Form 13 (May 1969)

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Figure. 24. - Variation of minimum drag and maximum lift-drag ratio with Mach number on a component build up of center vertical tail models.

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Operational aircraft utilizing conventional jet fuels are presently

cruising at speeds of M : 2 for ranges greater than 3000 miles, and at

M : 3 for ranges up to 5000 miles with in-flight refueling, ref. 1 and 2.

With the foreseen limit of efficierit usefulness of conventional jet-fueled

aircraft of about M : 5, ref. 3, and the wide variety of aircraft appli-

cations at speeds greater than M = 3 to 5 that are envisioned for the next

two decades, it is imperativ~ that a substitute be developed for the rapidly

vanishing petroleum fuels, ref. 4. At the present time, liquid "hydrogen

is the only non petroleum based fuel that is widely av-ailable, that may be

readily burned in any airbreathing propulsion system and that has the prpv­

en state-of-the-art capability of being produced and stored or transported.

Aircraft requiring hydrogen fueled propulsion systemsinclude advanced

lli ql) speed transports. mil Hury rcconna i SSilncc, 'j ntcrccpt'j on and str'ikc . d ucn-riy (SF lNlfJui'1!->';' '.

vehicles't\and reuseable airbreathing or rocket-pov:ered launch vehicles.

Future generati on low speed commerci a 1 transports will most 1 i ke ly be de-

signed to utiiize liquid hydrogen fuel which v-lith wide spread production

will become competitive in price with the diminishing petroleum derived fuels.

Many known unique problems must be solved before the universal use of

hydrogen can become a real ity. -- Some of these problems are the efficient

production and distribution of the new fuel, the optimization of propulsion

systems, (turbojets for low speeds, ramjets for moderate supersoni c speeds,

and scramjets for high supersonic and hypersonic speeds), the development

of new structural concepts to provide cooled airstrea~ surfaces for protec­

tion from the high aerodynamic heating and insulated tankage for the cryoge­

nic liquid hydrogen. Other characteristic development problems associated

\</ith new airplane concepts such as aerodynamics, static and dynamic stabi­

lity and control, cre\'/ and passenger environmental requirements, etc, ap-

pear: at_thi s time to be within the state of the art. One industry study

(ref. 5-8) concluded that only through the use of both ground facilities

and flight vehicles could these maior required advancements in technology

be made to solve the unique problems associated with liquid hydrogen

fueled aircraft. These findings are in accord with previous NACA-NASA ex­

perience with the various research airplane projects from the X-l through

the X-15, each of which resulted in extensive data acquisition at a minimum

expenditure of cost and time. J ~ P/~Wl.(.;-

The present configuration is one of several research airplane concepts I\.

currently under study at LRC that meet the requirements envisioned as

) necessary to provide a technology base for future, liquid hydrogen fueled'

)

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aircraft. The purpose of the present study was to investigate the experimen-

tal longitudinal/lateral/and directional stabiiity and control of this 1arge-

fuselage, double~delta wing design at transonic speeds. Tests were

parametric in nature and included configuration build up,variations

in wing planform,~' 5 jj'lflb~, in Fe G fjjifid:i, longitudinal

control, aR@~;s~lmbe~r Studies have also been conducted at

subsonic, supersonic and hypersonic speeds (refs. 9 to 12).

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INTRODUCTION

Operational aircraft utilizing conventional jet fuels are presently

cruising at speeds of M ~2 for ranges greater than 3000 miles, and at

M ~ 3 for ranges up to 5000 miles with in-flight refueling, ref. 1 and 2.

With,the foreseen limit of efficient usefulness of conventional jet~fueled

aircraft of about M~ 5, ref. 3, and the wide variety of aircraft appli­

cations at speeds greater than M = 3 to 5 that are envisioned for the next

two decades, it is imperative that a substitute be developed for the rapidly

vanishing petroleum fuels, ref. 4. At the present time the only fuel that

is widely available, that need not be refined from petroleum, ~hat may be

readily burned in any airbreathing propulsion system and that has ~he

proven state-of-the-art capability of being produced and stored or transported

is liquid hydrogen. Aircraft requiring hydrogen fueled propulsion systems

include advanced high sp;t;!ed transports, military reconnaissance, interception

and 'strike vehicles and reuseable airpreathing ,or rocket-powered launch

vehicles. Future geTleratiorJtnw~--speed commerclal transports wlil most Ilkely

be designed to utilize liquid hydrogen fuel which with wide spread production

will become competitive 'in price with the diminishing petroleum derived fuels.

Many known unique problems must be solved before the universal use of

hydrogen can become a reality~ Among these problems/which include/not only

the efficient production and distribution of the new fuel, but the optimization

of propulsion systems, 'turbojets for low speeds, ramjets for moderate supersonic

speed~and scramjets for high supersonic and hypersonic speeds, and new

structural concepts to provide cooled airstream surfaces for protection from

the high aerodynamic heating and insulated tankage for the cryogenic liquid hy­

drogen. Other characteristic development problems associated with any new

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". ) ai rpl ane concept such as aerodynami cs, stati c anddynami c stabil ity and

control, crew and passenger environmental requirements, etc, appear at this

time to be within the state of the art. To solve the unique problems

associated with liquid hydrogen fueled aircraft one knowledgable group

concluded after an exhaustive study (ref. 5-8) that only through the use of

both ground facilities and flight vehicles could these major required advance­

ments in technology be made. These findings are in accord with previous NACA­

NASA experioocewith the various research airplane projects from the X-l through

the X-15, each of which resulted in extensive data acquisition at a minimum

expenditure of cost and time.

The present configuration is one of several research airplane concepts

currently under studYrat LRC that meet the requirements envisioned as

necessary to provide a technology base for future liquid hydrogen fueled

) aircraft. The purpose of the present study was to investigate the experimental

longitudinal lateral and directional stability and control of this large­

----------+f-Yuse~~lta ""ing design at 10\\' speeds corresponding to the landing

phase of flight. Tests were parametric in nature and included configuration

build up, variations in wing planform, in wing camber, in nose profile,

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longitudi-nal control, and Reynolds number.

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