Bell X-1 ( Bell Model 44 ) — самолёт с ракетным двигателем , первоначально обозначенный как XS-1 , и являвшийся совместным проектом Национального консультативного комитета по аэронавтике , ВВС США и ВВС США по сверхзвуковому исследованию, созданным компанией Bell Aircraft . Задуманный в 1944 году и спроектированный и построенный в 1945 году, он достиг скорости почти 1000 миль в час (1600 км/ч; 870 узлов) в 1948 году. Производный от этой же конструкции, Bell X-1A, имеющий большую емкость топлива и, следовательно, более длительное время сгорания ракеты, превысил 1600 миль в час (2600 км/ч; 1400 узлов) в 1954 году. [1] Самолет X-1 № 46-062, прозванный Glamorous Glennis и пилотируемый Чаком Йегером , был первым пилотируемым самолетом, превысившим скорость звука в горизонтальном полете, и был первым из X-planes , серии американских экспериментальных ракетных самолетов (и неракетных самолетов), разработанных для испытания новых технологий.
В 1942 году Министерство авиации Соединенного Королевства начало совершенно секретный проект с Miles Aircraft по разработке первого в мире самолета, способного преодолеть звуковой барьер. Результатом проекта стала разработка Miles M.52 с турбореактивным двигателем , с максимальной скоростью 1000 миль в час (870 узлов; 1600 км/ч) (более чем в два раза превышающей существующий рекорд скорости полета ) в горизонтальном полете и способностью подниматься на высоту 36 000 футов (11 км) за 1 минуту и 30 секунд. Фюзеляж имел форму пули, у него были тонкие крылья и плоский хвостовой стабилизатор для управляемого полета со скоростью звука и выше. Главный аэродинамик Miles, Деннис Бэнкрофт, дал интервью много лет спустя в 1997 году о причине, по которой ему понадобился цельноповоротный хвостовой стабилизатор в его конструкции 1944 года.
В 1944 году Майлзу было приказано приступить к строительству трех прототипов. В феврале 1946 года, когда первый полет ожидался летом 1946 года, проект M52 был отменен. [3] Вместо пилотируемого полномасштабного M.52 было решено испытать модели самолета в масштабе 3/10, оснащенные ракетным двигателем, сбрасываемые с самолета и управляемые автопилотом. 10 октября 1948 года модель достигла скорости 1,38 Маха в горизонтальном полете.
Bell XS-1 будет иметь обычный горизонтальный хвостовой стабилизатор, но с возможностью регулировки на стабилизаторе. Он будет необходим для управления по тангажу, когда ударная волна не позволит отклоненному рулю высоты изменить распределение давления и силу тангажа на хвостовом стабилизаторе.
В сентябре 1946 года реактивный самолет DH 108 без хвоста тренировался для попытки установить мировой рекорд скорости, когда он испытал сильные колебания тангажа на скорости 0,875 Маха и развалился. Bell XS-1 имел бы обычное горизонтальное оперение, которое обеспечивало бы демпфирование тангажа, отсутствующее в самолете без хвоста.
XS-1 впервые обсуждался в декабре 1944 года. Ранние спецификации для самолета были предназначены для пилотируемого сверхзвукового транспортного средства, которое могло летать со скоростью 800 миль в час (1300 км/ч) на высоте 35 000 футов (11 000 м) в течение двух-пяти минут. [4] 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 самолетов XS-1 (для «Экспериментального, сверхзвукового», позднее X-1) для получения летных данных в условиях околозвукового диапазона скоростей. [5]
Компания Bell построила ракетоплан после рассмотрения альтернативы турбореактивному двигателю. Турбореактивные двигатели не могли достичь требуемых характеристик на большой высоте. Самолет с турбореактивными и ракетными двигателями был бы слишком большим и сложным. [4] X-1 был, в принципе, «пулей с крыльями», его форма очень напоминала пулю пулемета Browning .50 калибра (12,7 мм) , которая, как известно, была устойчива в сверхзвуковом полете. [6] Форма была соблюдена вплоть до размещения пилота за наклонным рамным окном внутри ограниченной кабины в носу, без катапультируемого кресла.
Для проектирования XS-1 множество неизвестных, связанных с околозвуковым и сверхзвуковым полетом, означало поиск всех доступных источников информации от правительственных агентств, производителей силовых установок и научно-исследовательских институтов. Зарубежная информация стала доступна в начале 1946 года, вскоре после первого испытания планирующего самолета XS-1 в январе 1946 года, когда британское министерство снабжения отменило Miles M.52 и приказало направлять все исследовательские отчеты и другую информацию в Bell Aircraft. [7] [8]
Аэродинамики Bell Aircraft, работающие с лабораториями NACA, предсказали значительные изменения продольной балансировки во время трансзвукового полета. Джон Стэк и Роберт Гилрут из NACA рекомендовали Bell установить руль высоты на регулируемом горизонтальном стабилизаторе. [9] Bell включила стабилизатор с быстрой регулировкой по тангажу, чтобы приспособиться к большим изменениям балансировки. [10] Подрядный испытательный полет Текса Джонстона показал неприемлемый потерянный ход между входом пилота в горизонтальный стабилизатор и приводом стабилизатора, который был исправлен до того, как XS-1 был передан для высокоскоростной исследовательской программы. [11] Можно было перемещать весь хвостовой стабилизатор или только руль высоты при фиксированных настройках стабилизатора. [12] Он был размещен как можно выше над следом крыла с более тонким сечением, чем у крыла, чтобы отделить высокий подъем сопротивления от крыла от эффектов сжимаемости на хвосте. Первоначально, поскольку увеличение скорости производилось небольшими шагами в сторону, возможно, неизвестных трудностей управления, горизонтальный стабилизатор был оставлен на своем предстартовом угле, установленном на земле, 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 закончилось управление рулем высоты (нет управления по тангажу) на скорости 0,94 Маха, это застало команду испытателей врасплох, пока они не поняли, что дополнительное управление можно получить, перемещая горизонтальный стабилизатор. Настройка триммера хвостового оперения должна была быть точно установлена на земле, чтобы обеспечить контролируемое падение в начале полета. Скотт Кроссфилд рассказывает о непреднамеренной ошибке в один градус, перевернувшей X-1 на спину после сброса с материнского самолета. [13] Конфигурация хвостового оперения была перенесена на серию X-1A. Все последующие сверхзвуковые самолеты либо имели цельноповоротное хвостовое оперение, либо были типами с треугольным крылом «без хвоста» . [14]
Стреловидные крылья не использовались, поскольку о них было слишком мало известно. Поскольку конструкция могла привести к истребителю, XS-1 планировалось взлетать с земли, но окончание войны сделало доступным B-29 Superfortress, чтобы поднять его в воздух. [4]
Ракетный двигатель представлял собой четырехкамерную конструкцию, созданную Reaction Motors Inc. , одной из первых компаний, создавших жидкостные ракетные двигатели в США. После рассмотрения монотоплива перекиси водорода , битоплива анилина / азотной кислоты и монотоплива нитрометана в качестве топлива, ракета сжигала этиловый спирт, разбавленный водой с жидким кислородным окислителем . Ее четыре камеры могли включаться и выключаться по отдельности, поэтому тягу можно было изменять с шагом 1500 фунтов силы (6700 Н). Топливные и кислородные баки для первых двух двигателей X-1 были заполнены азотом , что сокращало время полета примерно на 1 +1 ⁄ 2 минуты и увеличивая посадочный вес на 2000 фунтов (910 кг), но остальные использовали газоприводные турбонасосы , увеличивая давление в камере и тягу, одновременно делая двигатель легче. [15] [4]
Главный летчик-испытатель Bell Aircraft Джек Вулэмс стал первым человеком, совершившим полет на XS-1. Он совершил планирующий полет над армейским аэродромом Пайнкасл во Флориде 19 января 1946 года. Вулэмс выполнил еще девять планирующих полетов над Пайнкасл, при этом B-29 сбросил самолет на высоте 29 000 футов (8 800 м), а XS-1 приземлился через 12 минут на скорости около 110 миль в час (180 км/ч). В марте 1946 года ракетный самолет № 1 был возвращен в Bell Aircraft в Буффало, штат Нью-Йорк, для модификаций, чтобы подготовиться к испытаниям с двигателем. Еще четыре испытания на планирование прошли на военном аэродроме Мьюрок около Палмдейла, Калифорния , который был затоплен во время испытаний во Флориде, до первого испытания с двигателем 9 декабря 1946 года. Были включены две камеры, но самолет разогнался так быстро, что одна камера была выключена до повторного зажигания на высоте 35 000 футов (11 000 м), достигнув 0,795 Маха. После того, как камеры были выключены, самолет снизился до 15 000 футов (4 600 м), где все четыре камеры были кратко протестированы. [4] [16]
После того, как Вулэмс погиб во время подготовки к Национальным авиагонкам в августе 1946 года, Чалмерс «Слик» Гудлин был назначен основным летчиком-испытателем Bell Aircraft для X-1. Гудлин совершил первый полет с двигателем 9 декабря 1946 года. Текс Джонстон , главный летчик-испытатель Bell и руководитель программы, совершил испытательный полет 22 мая 1947 года после жалоб на медленный ход летных испытаний. По словам Джонстона, «контракт с Воздушным корпусом определял испытания Bell как проверку бортовых систем, оценку характеристик управляемости, устойчивость и контроль, а также тестирование производительности до 0,99 Маха». После первоначального полета Джонстона на скорости 0,72 Маха он подумал, что самолет готов к сверхзвуковым полетам, после того как была исправлена система продольной балансировки, и еще трем испытательным полетам. [17]
Военно-воздушные силы армии были недовольны осторожными темпами расширения диапазона полета, и контракт Bell Aircraft на летные испытания самолета № 46-062 был расторгнут. Испытательная программа была приобретена Отделом летных испытаний ВВС армии 24 июня после месяцев переговоров. Гудлин потребовал премию в размере 150 000 долларов США (что эквивалентно 2,05 миллионам долларов в 2023 году) за превышение скорости звука. [18] : 96 [19] [20] Летные испытания X-1-2 (серийный номер 46-063) будут проводиться NACA для предоставления проектных данных для более позднего производства высокопроизводительных самолетов.
Первый пилотируемый сверхзвуковой полет состоялся 14 октября 1947 года над пустыней Мохаве в Калифорнии [21] , менее чем через месяц после того, как ВВС США были созданы как отдельная служба. Капитан Чарльз «Чак» Йегер пилотировал самолет ВВС США № 46-062, прозванный Гламурной Гленнис в честь своей жены. Самолет был запущен сбрасыванием из бомбового отсека B-29 и достиг скорости 1,06 Маха (700 миль в час (1100 км/ч; 610 узлов)). [1] После сгорания двигателя самолет спланировал и приземлился на дне высохшего озера. [18] : 129–130 Это был рейс XS-1 под номером 50.
Три главных участника программы X-1 выиграли за свои усилия приз Национальной ассоциации аэронавтики Collier Trophy в 1948 году. В Белом доме президент Трумэн вручил награды Ларри Беллу за Bell Aircraft, капитану Йегеру за пилотирование полетов и Джону Стэку за вклад в NACA.
История полета Йегера 14 октября просочилась к репортеру журнала Aviation Week , а Los Angeles Times опубликовала эту историю в качестве заголовка новостей в своем выпуске от 22 декабря. Статья в журнале была опубликована 20 декабря. Военно-воздушные силы пригрозили судебным иском против журналистов, которые раскрыли эту историю, но ничего так и не произошло. [22] Новость о сверхзвуковом самолете с прямым крылом удивила многих американских экспертов, которые, как и их немецкие коллеги во время войны, считали, что для преодоления звукового барьера необходима конструкция со стреловидным крылом. [4] 10 июня 1948 года министр ВВС Стюарт Симингтон объявил, что звуковой барьер был неоднократно преодолен двумя экспериментальными самолетами. [23] [24]
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 (7000 м) за 90 секунд. [25]
В 1997 году Почтовая служба США выпустила памятную марку в честь пятидесятилетия самолета Bell X1-6062 как первого летательного аппарата, достигшего сверхзвуковой скорости около 1,06 Маха (1299 км/ч; 806,9 миль/ч).
Bell X-1 также является предметом игрушечной версии в эпизоде Артура "Arthur's Big Hit". В этом эпизоде DW пытается выбросить его в окно, но он падает на землю и разбивается. Это привело к классическому моменту, в котором Артур сжимает кулак и бьет DW; классический момент, когда Артур сжимает кулак, с тех пор стал мемом.
Более поздние варианты X-1 были построены для тестирования различных аспектов сверхзвукового полета; один из них, X-1A, с Йегером за штурвалом, непреднамеренно продемонстрировал очень опасную характеристику быстрого (2 Маха и более) сверхзвукового полета: инерционное сцепление . Только навыки Йегера как летчика предотвратили катастрофу; позже Мел Эпт погибнет, испытывая Bell X-2 при схожих обстоятельствах.
( Модель Белла 58А )
Заказанный ВВС 2 апреля 1948 года, X-1A (серийный номер 48-1384) был предназначен для исследования аэродинамических явлений на скоростях более 2 Маха (681 м/с, 2451 км/ч) и высотах 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 Жан «Скип» Циглер .
После того, как NACA начала высокоскоростные испытания Douglas Skyrocket , завершившиеся достижением Скоттом Кроссфилдом скорости 2,005 Маха 20 ноября 1953 года, ВВС начали серию испытаний X-1A, которую летчик-испытатель серии Чак Йегер назвал «Операция NACA Weep». Они достигли кульминации 12 декабря 1953 года, когда Йегер достиг высоты 74 700 футов (22 800 м) и нового рекорда скорости полета 2,44 Маха (равного 1620 миль в час, 724,5 м/с, 2608 км/ч на этой высоте). В отличие от Кроссфилда в Skyrocket, Йегер достиг этого в горизонтальном полете. Вскоре после этого самолет вышел из-под контроля из-за тогда еще не понятого явления инерционной связи . X-1A снизился с максимальной высоты до 25 000 футов (7600 м), подвергая пилота ускорению до 8g, во время которого Йегер сломал фонарь кабины своим шлемом, прежде чем восстановить управление. [26]
28 мая 1954 года майор Артур У. Мюррей пилотировал X-1A, установив новый рекорд высоты 90 440 футов (27 570 м). [27]
Самолет был передан NACA в сентябре 1954 года и впоследствии модифицирован. X-1A был потерян 8 августа 1955 года, когда во время подготовки к запуску с базового корабля RB-50 взрыв разорвал бак с жидким кислородом самолета. С помощью членов экипажа RB-50 летчик-испытатель Джозеф А. Уокер успешно выбрался из самолета, который затем был сброшен. Взорвавшись при ударе о поверхность пустыни, X-1A стал первым из многих ранних самолетов X, которые были потеряны из-за взрывов. [28] [29]
( Модель Белла 58B )
X -1B (серийный 48-1385) был оснащен аэродинамической нагревательной аппаратурой для тепловых исследований (на его поверхности было установлено более 300 тепловых зондов). Он был похож на X-1A, за исключением немного другого крыла. X-1B использовался для высокоскоростных исследований ВВС США, начиная с октября 1954 года, до передачи NACA в январе 1955 года. NACA продолжала летать на самолете до января 1958 года, когда трещины в топливных баках вынудили его приземлиться. X-1B выполнил в общей сложности 27 полетов. Заметным достижением стала установка системы небольших реактивных ракет, используемых для управления направлением, что сделало X-1B первым самолетом, летавшим с этой сложной системой управления, позже использованной в североамериканском X-15 . В настоящее время X-1B находится в Национальном музее ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон в Дейтоне, штат Огайо , где он экспонируется в галерее исследований и разработок генерал-майора Альберта Бойда и генерал-майора Фреда Аскани.
( Bell Model 58C ) X-1C (серийный номер 48-1387) [30] предназначался для испытаний вооружения и боеприпасов в режимах полета на высоких околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Он был отменен еще на стадии макета, поскольку разработка околозвуковых и сверхзвуковых самолетов, таких как North American F-86 Sabre и North American F-100 Super Sabre, устранила необходимость в специальном экспериментальном испытательном аппарате. [31]
( Bell Model 58D ) X-1D (серийный номер 48-1386) был первым из второго поколения сверхзвуковых ракетных самолетов. Вылетанный с EB-50A (серийный номер #46-006), он должен был использоваться для исследований теплопередачи. X-1D был оснащен новой топливной системой низкого давления и немного увеличенной емкостью топливного бака. Также были некоторые незначительные изменения в комплекте авионики.
24 июля 1951 года под управлением летчика-испытателя Bell Жана «Скипа» Циглера X-1D был запущен над озером Роджерс Драй , что стало единственным успешным полетом в его карьере. Планирование без двигателя было завершено после девятиминутного снижения, но при приземлении отказала передняя стойка шасси, и самолет неловко заскользил до остановки. Ремонт занял несколько недель, а второй полет был запланирован на середину августа. 22 августа 1951 года X-1D был потерян в результате взрыва топлива во время подготовки к первому полету с двигателем. Самолет был разрушен при ударе после того, как был сброшен с его базового корабля EB-50A. [32]
( Модель Белла 44 )
X -1E был результатом реконструкции X-1-2 (серийный 46-063), чтобы достичь целей, изначально поставленных для X-1D и X-1-3 (серийный 46-064), оба из которых были потеряны в результате взрывов в 1951 году. Причину загадочных взрывов в конечном итоге удалось отследить до использования прокладок из кожи Ulmer [34], пропитанной трикрезилфосфатом (TCP), средством для обработки кожи, которое использовалось в водопроводе жидкого кислорода . TCP становится нестабильным и взрывоопасным в присутствии чистого кислорода и механического удара. [35] Эта ошибка стоила двух жизней, привела к травмам и потере нескольких самолетов. [36]
Изменения включали:
X-1E впервые поднялся в воздух 15 декабря 1955 года, планирующий полет контролировал летчик-испытатель ВВС США Джо Уокер . Уокер покинул программу X-1E в 1958 году, после 21 полета, достигнув максимальной скорости 2,21 Маха (752 м/с, 2704 км/ч). Летчик-исследователь NACA Джон Б. Маккей занял его место в сентябре 1958 года, выполнив пять полетов в погоне за скоростью 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, [42] X-Planes: от X-1 до X-45 [25]
Общая характеристика
Производительность
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
