После появления в Германии реактивных истребителей стало ясно, что большая тяга, создаваемая турбореактивными (ТРД) и ракетными двигателями, является прямым средством достижения превосходства в воздухе. А постоянный рост скорости полета перспективных истребителей, рано или поздно, приведет к необходимости преодоления звукового барьера. Ученые комитета прекрасно понимали, что, прежде чем начать создавать боевые скоростные, а тем более сверхзвуковые самолеты, необходимо получить новые знания в области аэродинамики. Причем, нужно было найти наиболее простой, дешевый и быстрый путь, ведущий через барьер скорости. Тот, кто первым создаст всю необходимую научную базу — получит неоспоримое преимущество, вплоть до полной неуязвимости своих боевых самолетов.

авиация сша, компоновочная схема, самолет bell x-1

Имеющиеся знания околозвукового течения газов в то время были чрезвычайно ограничены, и ранние попытки разработать основы теории такого течения, в общем, были безуспешны. Нужно было экспериментировать, но аэродинамические трубы «запирались» при приближении к звуковой скорости. Требовались новые технические средства для дальнейших исследований.

 

В число таких технических средств вошли следующие:

  1. Специально оборудованные модели, сбрасываемые с самолета В-29 на больших высотах.
  2. Малогабаритные модели, устанавливаемые на крыле истребителя Р-51, способного достигать числа М=0,75.
  3. Модели с ракетными двигателями, запускаемые с земли. Ракетный двигатель разгонял модель до скорости М=1,4, после чего модель падала в Атлантический океан.

 

В связи с бурным развитием радиолокационного и телеметрического оборудования модели с ракетными двигателями оказались очень ценными для исследований. Наземные станции легко отслеживали такие летательные аппараты и давали достаточно точные характеристики их полета, а бортовое оборудование дополняло картину более подробными сведениями об ускорении, угловых скоростях, перегрузках и о других параметрах полета. Но большинство моделей имело ограниченный ресурс и чаще всего годилось только для одноразового применения.

 

 

В 1943 году была выдвинута идея исследования диапазона околозвуковых скоростей с использованием специально сконструированных пилотируемых самолетов, на которые можно было бы установить наиболее мощные из имевшихся ракетных двигателей и аппаратуру, регистрирующую данные. Неожиданно для ученых этому воспротивились летчики. Главный летчик-испытатель NACA Мелвин Гоу (Melvin Gough), узнав об этом, сказал: «Никакой пилот NACA не будет летать на самолете с проклятым фейерверком!». Но необходимость продвижения аэродинамики вперед брала свое. Летчиков удалось убедить в том, что риск, с которым связаны такие полеты, можно было бы свести к минимуму, если проводить полеты на большой высоте и в горизонтальном полете. Нагрузки, действующие на конструкцию и летчика, были бы малыми, и при возникновении какой-либо опасности пилот с помощью органов управления мог уменьшить скорость полета.

 

В недрах Национального консультативного комитета по аэронавтике идея создания скоростного исследовательского самолета трансформировалась в секретную программу под шифром МХ-524, основной целью которой должно было стать преодоление звукового барьера. 

 

13-14 декабря 1943 года состоялась конференция с участием представителей NACA, ВВС и ВМС по вопросу реализации программы МХ-524. На ней решили, что над созданием экспериментального аппарата будут работать две фирмы — Bell и McDonnell. Финансирование проекта возлагалось на ВВС. Но представители флота, которые всегда не доверяли «сухопутным» ВВС, обвиняя их в попытках отобрать у них палубную авиацию, в тайне опасались, что ВВС не поделится с ними результатами. Поэтому они решили создать собственный скоростной самолет. Моряки поручили это ответственное задание фирме Douglas. Пытаясь извлечь максимальную пользу для науки, руководителю исследовательской программы скоростных полетов NACA Джону Стеку (John Stack) удалось «разрулить» этот конфликт в свою пользу. С его подачи ВВС решили устанавливать на свой самолет жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), а ВМС — турбореактивный. Таким образом, будущие исследования охватывали оба перспективных направления развития боевой авиации. Причем, ожидаемые результаты не перекрывали друг друга, самолеты фирм Bell и McDonnell нацеливались на сверхзвук, а Douglas работала с неисследованной областью трансзвука.

авиационное оборудование, самолет xs-1, экспериментальный самолет
Оборудование кабины XS-1 №1

30 ноября 1944 года Bell получила контракт на строительство двух экспериментальных самолетов с обозначением XS-1 (Experimental Supersonic-l) — один для NACA, другой для ВВС. Проект самолета MCD-250 фирмы McDonnell был отвергнут.

 

В декабре свой заказ получила фирма Douglas, она назвала свой самолет Douglas Model 558 HighSpeed Test Airplane, или просто D-588. Работу над проектом возглавил легендарный Эдвард Хайнеман (Edvard Heinemann), автор знаменитых машин А26, А-20 и A-1 Skyraider, превративший имя Douglas в мировой брэнд.

 

 

На фирме Bell работу над экспериментальным самолетом возглавил Роберт Стенли (Robert Stanley), известный пилот ХР-59, специалист в области аэродинамики, выпускник Калифорнийского технологического института. Несмотря на большую техническую новизну проекта, работа шла достаточно быстро. Основной проблемой был выбор профиля крыла и хвостового горизонтального оперения. По рекомендациям Джона Стека на крыле и стабилизаторе использовали профили разной относительной толщины, причем стабилизатор был тоньше крыла (крыло 10%, стабилизатор 8%). Это было сделано для того, чтобы поверхности достигали критического числа М в разное время, и самолет не терял управляемости.

рекордный полет, полет на сверхзвуке, самолет xs-1
XS-1 №1 во время рекордного полета 14 октября 1947 года

Что же касается формы крыла в плане, то разработчики не решились поставить на XS-1 неисследованное стреловидное крыло и воспользовались консервативным прямым.

 

Для повышения эффективности стабилизатора, по настоянию Стека, фирма Bell дала возможность летчику изменять угол его установки в полете. На малых скоростях пилот управлял самолетом при помощи обычных рулей высоты, а на больших — мог поворачивать стабилизатор целиком.

 

Форма фюзеляжа самолета повторяла форму пули, которая, как известно, способна к устойчивому полету на сверхзвуковой скорости. 16 марта 1945 года фирме заказали еще один, третий, экспериментальный самолет. Самолеты XS-1 получили регистрационные номера: №1 — 46-062, №2 — 46- 063, и №3 — 46-064.

 

Осенью 1945 года фирма закончила строительство планера первого самолета. Но начало летных испытаний постоянно откладывалось по причине отсутствия двигателя. За ракетный двигатель отвечала фирма Reaction Motors, а ее специалисты не укладывались в заданные сроки. Камнем преткновения стал турбонасос подачи топлива. В конце концов, от турбонасоса отказались вообще и применили вытеснительную систему, в которой топливо поступало в камеру сгорания самотеком, из бака поддавливаемого азотом.

ракетный двигатель, двигатель xlr-11, самолет bell x-1
Жидкостный ракетный двигатель XLR-11 самолета Х-1 №1

Для экономии времени инженеры фирмы Белл предложили поднять XS-1 в воздух без двигателя, при помощи тяжелого бомбардировщика В-29, и сбросить его с большой высоты. Таким путем можно было определить пригодность самолета к полетам еще до того, как будет закончен двигатель.

 

Согласившись с аргументами разработчиков, ВВС предоставили в распоряжение NACA обычный серийный бомбардировщик В-29 №45-21800. После снятия с него вооружения, лишнего оборудования и переделки бомбоотсека машина получила обозначение ЕВ-29.

 

Во время переделки больше всего хлопот доставила процедура посадки летчика в кабину XS-1. Дело в том, что XS-1 проектировался для взлета с обычным разбегом, и летчик садился в кабину через небольшую боковую дверь. Теперь, когда самолет подвешивали в бомбоотсек, забраться через нее в кабину было невозможно. Пришлось устраивать в бомбоотсеке специальный лифт. Пилот XS-1, облаченный в высотный скафандр, становился на небольшую огороженную платформу, которая на лебедках опускалась на уровень двери XS-1. Летчик забирался в кабину и закрывал дверь, после чего платформа поднималась назад в бомбоотсек.

 

Для проведения планирующих полетов выбрали безлюдную местность в центральной Флориде. Летчикомиспытателем назначили Джека Вуламса (Jack Woolams). Полеты проходили по простому сценарию. Носитель поднимался на высоту около 9000 м и сбрасывал XS-1. Вуламс планировал на аэродром, выполняя заданные маневры для проверки управляемости. Сравнительно большая нагрузка на крыло у XS-1 привела к тому, что для пробега ему едва хватало полосы обычного аэродрома. Эта неприятная особенность заставила перенести испытания на авиабазу Мюрок (с 1949 года база Эдвардс), где в распоряжении пилотов находилось дно гигантского высохшего озера. Последние планирующие полеты прошли уже на новом месте. В марте 1946 года этот вынужденный этап испытаний XS-1 успешно завершился. Всего выполнили 10 планирующих полетов.

 

Началась подготовка к полетам с использованием ЖРД. В начале октября 1946 года в Мюрок доставили второй образец XS-1, с жидкостным двигателем XLR11, работающем на жидком кислороде и этиловом спирте. Двигатель от фирмы Reaction Motors с тягой 2720 кг имел четыре независимые камеры сгорания. Летчик мог включать и выключать их в любой комбинации. Первый экземпляр самолета отправили на фирму для установки двигателя.

авиация сша, самолет носитель, самолет eb-29
Самолет-носитель ЕВ-29 выруливает на старт №1

На базу вылетела большая группа инженеров и ученых NACA. Перед началом полетов в группу назначили нового летчика-испытателя Чалмерса Гудлина (Chalmers H. Goodlin), заменившего Джека Вуламса, погибшего при испытаниях модифицированного для воздушных гонок истребителя Р-39 Airacobra. Начались приемные испытания самолета.

 

Фирма Bell предлагала провести несколько полетов по упрощенной программе: взлет, набор высоты, разгон до М=0,8, ввод машины в пикирование и выход из него, с перегрузкой 8g. Причем устойчивость и управляемость XS-1 априорно считались удовлетворительными, ведь машина уже совершала планирующие полеты. Ученых такой подход не устраивал, ведь им требовался надежный исследовательский самолет. Они потребовали провести серию полетов на небольшой скорости с целью проверки его устойчивости и управляемости с работающим двигателем, а в финальной части превысить скорость М=0,8. При определении статической и динамической устойчивости, а также характеристик управляемости и летных данных должны были применяться несколько стандартных маневров: восходящая спираль, вращение относительно каждой из трех осей, замедленная бочка, скольжение, выход из пикирования с вращением относительно продольной оси, горка с нулевой перегрузкой и некоторые другие. Только после этого NACA принимало самолет, фирма получала соответствующие деньги.

самолет x-2, самолет b-50, экспериментальный полет
Процедура подвески Х-2 №3 под самолет-носитель В-50

Такой подход был признан справедливым, и программа летных испытаний началась. Первый полет с работающим двигателем состоялся 9 декабря 1946 года. Самолет взлетел с поверхности озера Мюрок с обычным разбегом. Через месяц Гудлин достиг на XS-1 скорости М=0,8 и поднялся на высоту 10668 м. В марте к испытательной программе присоединился первый экземпляр самолета. Свой первый полет он совершил 10 апреля 1947 года. В рамках приемо-сдаточных испытаний оба самолета выполнили 21 полет, 14 полетов сделал второй экземпляр и 7 — первый.

 

На проведенном 30 июня 1947 года совещании представители ВВС и NACA согласились разделить программу на две независимые части. Каждая из сторон должна была использовать свой самолет ХS-1. NACA продолжало полеты на самолете №2, с обычным взлетом для исследований трансзвуковых скоростей, а военные решили возобновить запуски XS-1 №1 с борта бомбардировщика ЕВ-29, для преодоления звукового барьера. При таком методе «взлета» запас топлива на борту XS-1 должен был быть больше, ведь пилот не тратил его на взлет и набор высоты. Естественно, что в таких полетах можно достигнуть большей скорости.

 

7 сентября 1947 года, для реализации своей программы, NACA организовало на базе Мюрок летно-испытательную станцию. Ее руководителем назначили Уолта Вильямса (Walt Williams). Пилотами стали Герберт Хувер (Herbert H. Hoover) и Говард Лилли (Howard C. Lilly).

 

 

ВВС получили от фирмы Bell свой ХS-1 в августе 1947 года. И немедленно приступили к полетам. Летчиком-испытателем от ВВС назначили 22-летнего капитана Чарльза Егера (Charles E. Yeager), который совсем недавно появился в отряде испытателей базы Мюрок. Он был известным летчиком-асом Второй мировой войны. На его счету числилось 13 сбитых немецких самолетов. Однажды ему удалось сбить пять самолетов за один день.

 

Полетный день по программе XS-1 начинался с испытаний двигателя, которые включали в себя проверку герметичности трубопроводов подачи топлива, заполнение топливных баков азотом, проверку работы всех клапанов и кранов, устранение обнаруженных протечек. В связи с недостаточным числом и малыми размерами соответствующих люков на самолете проведение такого осмотра и проверки было кошмаром для механиков. Для поиска протечек им приходилось намыливать все соединения и трубки топливной системы.

 

Далее проверялась система зажигания. Учитывая то, что большая часть отказов при запуске ЖРД была вызвана именно этой системой, фирма Reaction Motors спроектировала специальный проверочный стенд. На нем стояло пусковое оборудование, система управления ЖРД и небольшие баки для топлива и окислителя, которые по трубопроводам подавались на борт самолета. Установка стояла у самолетного ангара, и ее механик мог наблюдать работу ЖРД через открытые ворота, с расстояния 12-15 м. Исправность двигателя определялась по форме и цвету пламени, а также по звуку, издаваемому при работе.

 

Следующим важным этапом предполетной подготовки была заправка самолета. Механики тщательно следили за тем, чтобы в топливный бак не попадали посторонние предметы, грязь и пыль. Сначала самолет заправлялся азотом и затем спиртом. Азот в топливной системе служил для выдавливания спирта из бака и управления топливными клапанами.

 

Для подвески ХS-1 под самолет-носитель бомбардировщик ЕВ-29 устанавливался на специальные гидроподъемники, после чего под него закатывали XS-1. На лебедках самолет поднимался в бомбоотсек и закреплялся там специальным замком. Гидроподъемники опускали ЕВ-29 на землю и начинался следующий важный этап — заправка XS-1 кислородом.

экспериментальный самолет, самолет x-1a, полет на сверхзвуке
Экспериментальный самолет Х-1А

Заправка XS-1 жидким кислородом осуществлялась перед взлетом носителя, для уменьшения его потерь вследствие испарения. Эти потери, несмотря на термоизоляцию кислородного бака и соответствующей магистрали, оказывались весьма значительными. Поэтому на самолете-носителе пришлось установить специальный бак для жидкого кислорода, который все время подпитывал бак XS-1.

 

Непосредственно перед взлетом бортмеханик производил проверку стравливающих клапанов кислородного бака XS-1, вследствие опасности их замерзания на большой высоте и возможного взрыва.

 

 

Во время взлета и набора высоты летчик-испытатель XS-1 находился в кабине экипажа ЕВ-29. На высоте около 3000 м летчик-испытатель переходил в бомбоотсек и на лифте опускался до уровня кабины ХS-1. После посадки в кабину экипаж ЕВ-29 производил отключение магистрали подвода кислорода.

 

На высоте 7600 м летчик XS-1 включал электропитание и готовился к отсоединению от носителя на высоте 9000 м. После достижения заданной высоты летчик начинал наддув баков азотом. За 30—60 сек до отделения начиналась продувка системы подачи окислителя с тем, чтобы обеспечить поступление в камеру сгорания жидкого, а не газообразного кислорода, который скапливался в трубопроводах.

ввс сша, самолет f-86, самолет bell x-1
Х-1А заходит на посадку в сопровождении F-86

Отделение производилось по команде второго летчика ЕВ-29. После отцепления XS-1 свободно падал вниз и, отойдя от ЕВ-29 на безопасное расстояние, включал зажигание в первой камере сгорания, а затем и в остальных. В процессе полета летчик следил за показаниями манометров топливных баков, обеспечивая избыточное давление 0,7—1,1 атмосферы в баке с горючим по сравнению с кислородным баком. Это обеспечивало необходимое небольшое обогащение смеси для увеличения надежности горения и устранения опасности остановок двигателя.

 

Выполнив программу испытательного полета, пилот сливал остатки спирта, стравливал жидкий кислород и планировал на посадку. Посадочная скорость составляла около 290 км/час. После посадки самолет буксировался на техническую площадку, где двигатель и все системы продувались азотом. После каждого полета производились тщательная внешняя очистка двигателя и осмотр всех внешних частей его камеры сгорания.

 

Продолжение

Bell Х-1. Легендарный полет

 

Статья была опубликована в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2008 год

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!