Bell X-1 ( Bell Model 44 ) — самолет с ракетным двигателем , первоначально обозначавшийся как XS-1 , и являвшийся совместным Национальным консультативным комитетом по аэронавтике — ВВС США — сверхзвуковым исследовательским проектом ВВС США, построенным компанией Bell . Самолет . Задуманный в 1944 году, спроектированный и построенный в 1945 году, он достиг скорости почти 1000 миль в час (1600 км/ч; 870 узлов) в 1948 году. Производная от той же конструкции, Bell X-1A, имела больший запас топлива и следовательно, более длительное время горения ракеты превысило 1600 миль в час (2600 км/ч; 1400 узлов) в 1954 году. [1] Самолет X-1 № 46-062 по прозвищу «Гламурный Гленнис » , которым пилотировал Чак Йегер , был первым пилотируемым самолетом. превысить скорость звука в горизонтальном полете и был первым из X-planes — серии американских экспериментальных ракетопланов (и неракетных самолетов), предназначенных для испытаний новых технологий.
В 1942 году Министерство авиации Соединенного Королевства совместно с Miles Aircraft начало совершенно секретный проект по разработке первого в мире самолета, способного преодолеть звуковой барьер. В результате проекта был создан самолет Miles M.52 с турбореактивным двигателем , развивающий максимальную скорость 1000 миль в час (870 узлов; 1600 км/ч) (в два раза превышающий существующий рекорд скорости полета ) в горизонтальном полете и способный набирать высоту. на высоту 36 000 футов (11 км) за 1 минуту 30 секунд. Фюзеляж имел пулевую форму, имел тонкие крылья и пластинчатое хвостовое оперение для управляемого полета со скоростью звука и выше. Главный аэродинамик Майлза Деннис Бэнкрофт дал интервью много лет спустя, в 1997 году, о том, почему в его конструкции 1944 года понадобилось цельноповоротное хвостовое оперение.
ДЕННИС БАНКРОФТ: Мы думали, что обычные средства управления не будут работать на скорости выше скорости звука. Итак, нам пришлось сделать цельноповоротное хвостовое оперение, потому что обычный руль высоты буквально вообще не функционировал бы. Мы достигнем скорости звука, потеряем контроль над воздухом, и самолет разобьется. [2]
В 1944 году Майлзу было приказано приступить к постройке трех прототипов. В феврале 1946 года, поскольку первый полет ожидался летом 1946 года, М52 был отменен. [3] Вместо пилотируемого полномасштабного М.52 было решено испытать модели самолета в масштабе 3/10 с ракетным двигателем, сбрасываемым с самолета и управляемым автопилотом. 10 октября 1948 года модель достигла скорости 1,38 Маха в горизонтальном полете.
СТЕЙСИ КИЧ (ДИКТОР): Через год после исторического полета Х-1 Великобритания преодолела звуковой барьер, создав модель М-52 в масштабе в одну треть. Несмотря на то, что он был беспилотным и радиоуправляемым, он наконец доказал ценность своей сверхзвуковой конструкции. [4]
Bell XS-1 будет иметь обычное горизонтальное оперение, но с триммированием стабилизатора. Это потребовалось бы для управления тангажем, когда ударная волна не позволяла отклоненному рулю высоты изменить распределение давления и силу тангажа на хвостовом оперении.
В сентябре 1946 года бесхвостый реактивный самолет DH 108 тренировался в попытке установить мировой рекорд скорости, когда он испытал сильные колебания тангажа на скорости 0,875 Маха и разбился. Bell XS-1 будет иметь обычное горизонтальное оперение, обеспечивающее демпфирование тангажа, которого нет в бесхвостых самолетах.
Впервые XS-1 обсуждался в декабре 1944 года. Ранние спецификации самолета предназначались для пилотируемого сверхзвукового аппарата, который мог летать со скоростью 800 миль в час (1300 км / ч) на высоте 35 000 футов (11 000 м) в течение двух-пяти минут. [5] 16 марта 1945 года Отдел летных испытаний ВВС США и Национальный консультативный комитет по аэронавтике (NACA) заключили контракт с Bell Aircraft Company на постройку трех XS-1 (от «Experimental, Supersonic», позже X-1). ) самолета для получения полетных данных об условиях в околозвуковом диапазоне скоростей. [6]
Белл построил ракетный самолет , рассматривая альтернативу турбореактивному двигателю. Турбореактивные двигатели не могли достичь требуемых характеристик на большой высоте. Самолет с турбореактивным и ракетным двигателями был бы слишком большим и сложным. [5] Х-1, по сути, представляла собой «пулю с крыльями», ее форма очень напоминала пулю пулемета Браунинг .50 калибра (12,7 мм) , которая, как известно, стабильна в сверхзвуковом полете. [7] Форма была соблюдена вплоть до размещения пилота за наклонным окном в рамке внутри ограниченной кабины в носовой части, без катапультного кресла.
При разработке XS-1 многие неизвестные, связанные с трансзвуковыми и сверхзвуковыми полетами, означали поиск всех доступных источников информации от правительственных учреждений, производителей силовых установок и исследовательских институтов. Зарубежная информация стала доступна в начале 1946 года, вскоре после первого планирующего испытания XS-1 в январе 1946 года, когда британское министерство снабжения отменило запуск Miles M.52 и приказало направлять все отчеты об исследованиях и другую информацию в компанию Bell Aircraft. [8] [9]
Аэродинамики Bell Aircraft, работающие с лабораториями NACA, предсказали значительные изменения продольного дифферента во время околозвукового полета. Джон Стэк и Роберт Гилрут из НАСА рекомендовали Беллу установить лифт на регулируемом горизонтальном стабилизаторе. [10] Компания Bell включила стабилизатор с быстрой регулировкой угла наклона для обеспечения возможности больших изменений дифферента. [11] Испытательный полет подрядчика компании Tex Johnston показал неприемлемую потерю движения между действиями пилота на горизонтальный стабилизатор и приводом стабилизатора, что было исправлено до того, как XS-1 был передан для программы высокоскоростных исследований. [12] При фиксированных настройках стабилизатора можно было перемещать все хвостовое оперение или только руль высоты. [13] Он был расположен как можно выше над следом за крылом и имел более тонкую секцию, чем крыло, чтобы отделить высокое сопротивление крыла от эффектов сжимаемости хвоста. Первоначально, поскольку увеличение скорости происходило небольшими шагами в сторону возможно неизвестных проблем с управлением, горизонтальный стабилизатор оставался на земле под углом, установленным перед запуском, поскольку существовали опасения, что его регулировка на высокой скорости вызовет серьезные проблемы с управлением. Тем не менее, в октябре 1947 года, когда у летчика-испытателя Йегера на скорости 0,94 Маха закончились полномочия руля высоты (отсутствие управления по тангажу), это застало группу испытателей врасплох, пока они не поняли, что дополнительное управление можно получить за счет перемещения горизонтального стабилизатора. Триммер хвостового оперения необходимо было точно установить на земле, чтобы обеспечить контролируемое снижение в начале полета. Скотт Кроссфилд рассказывает о непреднамеренной ошибке в один градус, когда X-1 перевернулся на спину после падения с базового самолета. [14] Конфигурация хвостового оперения была перенесена на серию X-1A. Все последующие сверхзвуковые самолеты будут либо иметь цельноповоротное хвостовое оперение, либо иметь «бесхвостое» треугольное крыло. [15]
Стреловидные крылья не использовались, поскольку о них было известно слишком мало. Поскольку конструкция могла привести к созданию истребителя, XS-1 предназначался для взлета с земли, но конец войны сделал доступным B-29 Superfortress для поднятия его в воздух. [5]
Ракетный двигатель представлял собой четырехкамерную конструкцию, созданную Reaction Motors Inc. , одной из первых компаний , создавших жидкостные ракетные двигатели в США . Ракета сожгла этиловый спирт, разбавленный водой с жидким окислителем кислорода . Его четыре камеры можно было включать и выключать по отдельности, поэтому тягу можно было изменять с шагом 1500 фунтов силы (6700 Н). Топливные и кислородные баки первых двух двигателей Х-1 были герметизированы азотом , что позволило сократить время полета примерно на 1 +1 ⁄ минуты и увеличили посадочную массу на 2000 фунтов (910 кг), но в остальных использовались газотурбинные насосы , увеличивающие давление в камере и тягу, одновременно делая двигатель легче. [16] [5]
Главный летчик-испытатель Bell Aircraft Джек Вуламс стал первым человеком, пилотировавшим XS-1. Он совершил планирующий полет над армейским аэродромом Пайнкасл во Флориде 19 января 1946 года. Вуламс совершил еще девять планирующих полетов над Пайнкаслом, при этом B-29 сбросил самолет на высоте 29 000 футов (8 800 м), а XS-1 приземлился. 12 минут спустя на скорости около 110 миль в час (180 км/ч). В марте 1946 года ракетный самолет №1 был возвращен компании Bell Aircraft в Буффало, штат Нью-Йорк, для доработок и подготовки к летным испытаниям с двигателем. Еще четыре испытания планирования прошли на армейском аэродроме Мюрок недалеко от Палмдейла, Калифорния , который был затоплен во время испытаний во Флориде, перед первым испытанием с двигателем 9 декабря 1946 года. Две камеры загорелись, но самолет ускорился так быстро, что одна камера перевернулась. выключается до повторного зажигания на высоте 35 000 футов (11 000 м), достигая 0,795 Маха. После отключения камер самолет снизился на высоту 15 000 футов (4600 м), где были кратко проверены все четыре камеры. [5] [17]
После того, как Вуламс умер во время подготовки к Национальным воздушным гонкам в августе 1946 года, Чалмерс «Слик» Гудлин был назначен основным пилотом-испытателем самолетов Bell Aircraft X-1. Гудлин совершил первый полет с двигателем 9 декабря 1946 года. Текс Джонстон , главный летчик-испытатель и руководитель программы Bell, совершил испытательный полет 22 мая 1947 года после жалоб на медленный ход летных испытаний. По словам Джонстона, «контракт с авиационным корпусом определял испытания Bell как проверку бортовых систем, оценку характеристик управляемости, устойчивости и управляемости, а также тестирование характеристик на скорости 0,99 Маха». После первого полета Джонстона на скорости 0,72 Маха он думал, что самолет готов к сверхзвуковым полетам, после того как система продольного дифферента была исправлена и еще три испытательных полета. [18]
Военно-воздушные силы армии были недовольны осторожными темпами расширения диапазона полетов, и контракт с Bell Aircraft на летные испытания самолета № 46-062 был расторгнут. Программа испытаний была приобретена Отделом летных испытаний ВВС США 24 июня после нескольких месяцев переговоров. Гудлин потребовал премию в размере 150 000 долларов США (что эквивалентно 1,97 миллионам долларов США в 2022 году) за превышение скорости звука. [19] : 96 [20] [21] Летные испытания X-1-2 (серийный номер 46-063) будут проводиться NACA для предоставления проектных данных для последующего производства высокопроизводительных самолетов.
Первый пилотируемый сверхзвуковой полет произошел 14 октября 1947 года над пустыней Мохаве в Калифорнии , [22] менее чем через месяц после создания ВВС США как отдельной службы. Капитан Чарльз «Чак» Йегер пилотировал самолет ВВС США № 46-062, получивший в честь своей жены прозвище «Гламурный Гленнис» . Самолет был запущен из бомбового отсека B-29 и достиг скорости 1,06 Маха (700 миль в час (1100 км / ч; 610 узлов)). [1] После перегорания двигателя самолет запланировал приземлиться на дне высохшего озера. [19] : 129–130 Это был рейс XS-1 номер 50.
Трое основных участников программы X-1 за свои усилия выиграли Трофей Кольера Национальной ассоциации аэронавтики в 1948 году. Президент Трумэн в Белом доме наградил Ларри Белла за компанию Bell Aircraft, капитана Йегера за пилотирование полетов и Джона Стэка за вклад в NACA.
История о полете Йегера 14 октября просочилась в репортер журнала Aviation Week , а газета Los Angeles Times включила эту историю в заголовки новостей в своем выпуске от 22 декабря. Журнальная история вышла 20 декабря. ВВС пригрозили судебным иском против журналистов, опубликовавших эту историю, но ничего не произошло. [23] Новость о сверхзвуковом самолете с прямым крылом удивила многих американских экспертов, которые, как и их немецкие коллеги во время войны, считали, что конструкция стреловидного крыла необходима для преодоления звукового барьера. [5] 10 июня 1948 года министр ВВС Стюарт Симингтон объявил, что звуковой барьер неоднократно преодолевался двумя экспериментальными самолетами. [24] [25]
5 января 1949 года Йегер использовал самолет № 46-062 для выполнения единственного обычного (взлетно-посадочной полосы) запуска программы X-1, достигнув высоты 23 000 футов (7 000 м) за 90 секунд. [26]
В 1997 году Почтовая служба США выпустила памятную марку к пятидесятилетнему юбилею самолета Bell X1-6062 как первого авиационного транспортного средства, летающего со сверхзвуковой скоростью примерно 1,06 Маха (1299 км/ч; 806,9 миль в час).
Более поздние варианты X-1 были построены для проверки различных аспектов сверхзвукового полета; один из них, X-1A, под управлением Йегера, непреднамеренно продемонстрировал очень опасную особенность быстрого (2 Маха и более) сверхзвукового полета: инерционную связь . Только навыки Йегера как авиатора предотвратили катастрофу; позже Мел Апт погиб, испытывая Bell X-2 при аналогичных обстоятельствах.
( Модель Белла 58А )
Заказанный ВВС 2 апреля 1948 года, X-1A (серийный номер 48-1384) предназначался для исследования аэродинамических явлений на скоростях более 2 Маха (681 м/с, 2451 км/ч) и на высоте более 90 000 футов. (27 км), уделяя особое внимание динамической устойчивости и воздушным нагрузкам. Более длинный и тяжелый, чем оригинальный X-1, со ступенчатым фонарем для лучшего обзора, X-1A был оснащен тем же ракетным двигателем Reaction Motors XLR-11. Самолет впервые поднялся в воздух без двигателя 14 февраля 1953 года на авиабазе Эдвардс, а первый полет с двигателем состоялся 21 февраля. Оба полета пилотировал летчик-испытатель Bell Джин «Скип» Зиглер .
После того, как NACA начала свои высокоскоростные испытания с Douglas Skyrocket , кульминацией которых стало достижение Скоттом Кроссфилдом скорости 2,005 Маха 20 ноября 1953 года , ВВС начали серию испытаний с X-1A, которые пилот-испытатель этой серии Чак Йегер под названием «Операция NACA Weep». Кульминацией этого события стало 12 декабря 1953 года, когда Йегер достиг высоты 74 700 футов (22 800 м) и установил новый рекорд скорости полета 2,44 Маха (что соответствует 1620 миль в час, 724,5 м/с, 2608 км/ч на этой высоте). В отличие от Кроссфилда на Skyrocket, Йегер добился этого в горизонтальном полете. Вскоре после этого самолет вышел из-под контроля из-за еще не понятного явления инерционной связи . X-1A снизился с максимальной высоты до 25 000 футов (7 600 м), подвергнув пилота ускорению до 8 g, во время которого Йегер сломал фонарь своим шлемом, прежде чем восстановить управление. [27]
28 мая 1954 года майор Артур В. Мюррей пилотировал X-1A и установил новый рекорд - 90 440 футов (27 570 м). [28]
Самолет был передан NACA в сентябре 1954 года и впоследствии модифицирован. X-1A погиб 8 августа 1955 года, когда при подготовке к запуску с базового корабля RB-50 в результате взрыва произошел разрыв бака с жидким кислородом. С помощью членов экипажа RB-50 летчик-испытатель Джозеф А. Уокер успешно выбрался из самолета, который затем был сброшен за борт. Взорвавшись при ударе о пустыню, X-1A стал первым из многих ранних самолетов X-plane, которые погибли в результате взрыва. [29] [30]
( Модель Белла 58B )
Х -1Б (серийный 48-1385) был оснащен аэродинамической нагревательной аппаратурой для тепловых исследований (на ее поверхности было установлено более 300 термозондов). Он был похож на X-1A, за исключением немного другого крыла. X-1B использовался ВВС США для высокоскоростных исследований, начиная с октября 1954 года, а затем был передан NACA в январе 1955 года. NACA продолжала эксплуатировать самолет до января 1958 года, когда из-за трещин в топливных баках его заземление. Всего X-1B совершил 27 полетов. Заметным достижением стала установка системы небольших реактивных ракет, используемых для путевого управления, что сделало X-1B первым самолетом, летавшим с этой сложной системой управления, позже использованной в North American X-15 . X-1B сейчас находится в Национальном музее ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон в Дейтоне, штат Огайо , где он выставлен в исследовательском и исследовательском отделе музея генерал-майора Альберта Бойда и генерал-майора Фреда Аскани. Галерея развития.
( Bell Model 58C ) X-1C (серийный номер 48-1387) [31] предназначался для испытаний вооружения и боеприпасов на высоких околозвуковых и сверхзвуковых режимах полета. Он был отменен еще на стадии макета, поскольку разработка трансзвуковых и сверхзвуковых самолетов, таких как North American F-86 Sabre и North American F-100 Super Sabre, устранила необходимость в специальной экспериментальной испытательной машине. [32]
( Bell Model 58D ) X-1D (серийный номер 48-1386) был первым представителем второго поколения сверхзвуковых ракетопланов. Улетая с самолета EB-50A (серийный номер 46-006), он должен был использоваться для исследования теплопередачи. X-1D был оснащен новой топливной системой низкого давления и несколько увеличенным запасом топлива. Также произошли небольшие изменения в составе бортового оборудования.
24 июля 1951 года под управлением летчика-испытателя Bell Джин «Скип» Зиглер X-1D был запущен над озером Роджерс-Драй , что должно было стать единственным успешным полетом в его карьере. Планирование без двигателя было завершено после девятиминутного снижения, но при приземлении носовая стойка шасси вышла из строя, и самолет неизящно остановился. Ремонт занял несколько недель, а второй рейс был запланирован на середину августа. 22 августа 1951 года X-1D погиб в результате взрыва топлива во время подготовки к первому полету с двигателем. Самолет был уничтожен при ударе после того, как его выбросили за борт базового корабля EB-50A. [33]
( Модель Белла 44 )
X -1E стал результатом реконструкции X-1-2 (серийный номер 46-063) для достижения целей, первоначально поставленных перед X-1D и X-1-3 (серийный номер 46-064). оба погибли в результате взрывов в 1951 году. Причина загадочных взрывов была, наконец, связана с использованием кожаных прокладок Ulmer [35], пропитанных трикрезилфосфатом (ТСР), средством обработки кожи, которое использовалось в водопроводах с жидким кислородом . TCP становится нестабильным и взрывоопасным в присутствии чистого кислорода и механического удара. [36] Эта ошибка стоила двух жизней, привела к ранениям и потере нескольких самолетов. [37]
Изменения включали:
X-1E впервые поднялся в воздух 15 декабря 1955 года, планируя полет под управлением летчика-испытателя ВВС США Джо Уокера . Уокер покинул программу X-1E в 1958 году, после 21 полета, достигнув максимальной скорости 2,21 Маха (752 м/с, 2704 км/ч). Пилот-исследователь NACA Джон Б. Маккей занял его место в сентябре 1958 года, выполнив пять полетов с целью достижения скорости 3 Маха (1021 м/с, 3675 км/ч), прежде чем X-1E был окончательно остановлен после своего 26-го полета в ноябре 1958 года. из-за обнаружения структурных трещин в стенке топливного бака.
Данные Bell Aircraft с 1935 года, [43] X-Planes: от X-1 до X-45 [26]
Общие характеристики
Производительность
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
