Bell X-1

Bell X-1 bolo americké experimentálne lietadlo poháňané raketovým motorom, ktoré ako prvé 14. októbra 1947 prekonalo rýchlosť zvuku vlastnou silou vo vodorovnom lete. Výskumné metódy použité v programe X-1 sa stali vzorom pre nasledujúce experimentálne projekty X. Metódy a personál NACA, ktoré vznikli pri projekte X-1, pomohli neskôr položiť základy amerického vesmírnemu programu v 60. rokoch.
Typ vznikol v šiestich exemplároch, ktoré podnikli celkom 236 letov, pri ktorých boli tri X-1 zničené (bez strát na životoch). Bell X-1 dosiahol maximálnu rýchlosť M=2,44 (12. decembra 1953) a najvyššiu výšku (26. augusta 1954).
Vznik a vývoj.
Výkony lietadiel počas 2. svetovej vojny prudko vzrástli, ale konštruktérom sa do cesty postavil málo známy jav – stlačiteľnosť vzduchu. Koncom vojny najvýkonnejšie stíhacie lietadlá dosahovali pri strmhlavom lete rýchlosti okolo /h. Pri nich nastávali vážne problémy so zmenami vo vyvážení a náhlym nárastom odporu, ktoré skončili niekedy deštrukciou draku lietadla. V tej dobe sa viedli spory o tom, či pilotované lietadlo môže lietať nadzvukovou rýchlosťou.
Iniciátorom vývoja transonického lietadla sa stala vládna civilná organizácia NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), ktorá bola predchodkyňou dnešnej NASA. Vzhľadom na to, že NACA nemala finančné možnosti projekt uskutočniť, získala pre projekt vojenské a námorné letectvo. Obe vojenské zložky financovali vlastný projekt podľa odporúčaní NACA s jedným výrazným rozdielom – vojenské letectvo oproti prúdovému pohonu navrhovanému NACA presadilo pohon raketovým motorom. Projekt vojenského letectva označený MX-524 po dlhých jednaniach realizovala firma Bell. Projekt námorníctva vyústil do typu Douglas D-558 – 1 Skystreak, ktorý však rýchlosť zvuku neprekročil.
Vývoj vo firme Bell začala skupina konštruktérov pod vedením Roberta J. Woodsa. Lietadlo malo podľa špecifikácii dosahovať vo výške rýchlosť /h a to aspoň počas 2 minút. Výrobcu pre pohonnú raketovú jednotku našli vo firme "Reaction Motors Incorporated", čo v bola malá dielňa v Pompton Lakes. Aj keď konštruktéri zvažovali možnosť použiť šípovité krídlo, lietadlo dostalo nakoniec konvenčné. Trup mal tvar projektilu. Pre dosiahnutie uvedených výkonov bolo rozhodnuté lietadlo vynášať do vzduchu upraveným bombardérom Boeing B-29 Superfortress.
Ministerstvo obrany objednalo vo firme Bell tri experimentálne lietadlá Model 44, letectvom označované najskôr MX-1, neskôr XS-1 (eXperimental Supersonic) a nakoniec iba X-1. Jeden vyrobený stroj mal prechádzať výskumom v rámci vojenského letectva, ďalší mal slúžiť NACA a posledný mal ostať u výrobcu.
Prvý exemplár X-1 so sériovým číslom 46 – 062 vyšiel z montážnej haly vo Wheatfiedlde (štát New York) 27. decembra 1945. Nemal ešte zabudovaný motor a 19. januára ho zavesený pod B-29 previezli na Floridu. Tu lietadlo uskutočnilo 10 kĺzavých letov bez motora. Po tom padlo rozhodnutie presunúť skúšky do ľudoprázdnej oblasti vyschnutých jazier v Mohawskej púšti v Kalifornii, na základňu Muroc Dry Lake (od roku 1950 nazývaná ako Edwardsova základňa vzdušných síl), ktorá leží približne na severovýchod od Los Angeles. Ako prvý na základňu na jeseň dorazil druhý vyrobený exemplár so sériovým číslom 46 – 063. Ten po kĺzavých letoch 9. decembra 1946 uskutočnil aj prvý let so zapnutým motorom. Prvý vyrobený X-1 sa dostal po modifikáciách na základňu až na jar 1947. Do konca mája 1947 ku dňu ukončenia skúšok výrobcom obe lietadlá uskutočnili 36 letov s maximálnou dosiahnutou rýchlosťou M=0,82. 5. júna 1947 predviedol továrny pilot X-1 združeniu leteckých publicistov a typu sa ujalo vojenské letectvo.
Let nadzvukovou rýchlosťou.
Vojenské letectvo vybralo pre X-1 skúšobného pilota Charlesa E. Yeagera, stíhacieho pilota s bohatou kariérou (v bojoch nad Európu zostrelil 13 nemeckých lietadiel; potom čo bol zostrelený nad nepriateľským územím prešiel cez Pyreneje do Španielska a vrátil sa k svojej jednotke do Anglicka).
Prvý zoznamovací let Yeager uskutočnil 6. augusta 1947. 10. septembra pri svojom desiatom lete už dosiahol rýchlosť M=0,91. O mesiac neskôr sa machmeter zastavil na hodnote M=0,94, ale pozemné merania stanovili dosiahnutú hodnotu na M=0,997. Podľa plánu mala byť rýchlosť zvuku prekročená pri nasledujúcom lete. Počas víkendu Yeager spadol z koňa pri nočnom výjazde neďaleko základne, pričom si zlomil dve rebrá a mal problémy s pohybom pravej nohy. Pred štartom o udalosti povedal len priateľovi Jackovi Ridleyovi. Ten mu údajne pred utorňajším letom prepašoval do kabíny násadku na zmeták aby bezbolestne dosiahol na niektoré ovládače.
V utorok 14. októbra 1947 o 10:26 hod. posádka B-29 odhodila vo výške 6 100 metrov pri rýchlosti /h oranžové raketové lietadlo (výr. č. 46-062). Yeager postupne spúšťa motor, stúpa a zrýchľuje. Vo výške 11 000 metrov prechádza do vodorovného letu. Vo výške sa lietadlo začína otriasať. V tretej minúte od odhodenia vo výške 13 000 metrov ručička machometru ukazuje M=1,02 a krátko nato poskočí na M=1,06. Rýchlosť zvuku bola prekonaná. Po vypnutí motoru nasledoval dlhý kĺzavý let, končiaci pristátím na dne vyschnutého jazera Rogers Dry Lake.
Keďže americké vojenské letectvo informáciu tajilo, večer nasledovala len malá oslava v letiskovom bare. Informácia sa na verejnosť dostala až koncom decembra. Medzitým (v novembri) však už Yeager dosiahol rýchlosť M=1,35 (/h).
Po prekonaní rýchlosti zvuku boli v roku 1948 traja hlavní participanti programu ocenení cenou Collier Trophy. Cenu od prezidenta Trumana prevzali pilot kpt. Yeager, Larry Bell za Bell Aircraft a John Stack za NACA.
Ďalšie lety.
Prvý sériový X-1 slúžil vojenskému letectvu. Druhý, ktorý mal hrubší profil krídla, slúžil NACA na podrobnejší (a pomalší) výskum jednotlivých režimov letu, stability a ovládateľnosti lietadla. Začiatkom roku 1948 podnikli prvé lety aj ďalší piloti – kpt. James Fitzgerald a Herbert Hoover. Druhý menovaný, pilot NACA, sa stal prvým civilným pilotom, ktorý 10. marca 1948 prekročil rýchlosť zvuku.
Dňa 16. apríla 1948 došlo na stroji č.2 pri 88 lete k zlyhaniu podvozku počas pristávania. Oprava trupu trvala do konca septembra. Problémy s podvozkom mal začiatkom júna aj prvý stroj, ktorý sa obnovenia letov dočkal až v decembri.
Dňa 5. januára 1949 sa uskutočnil jediný let X-1 s konvenčným štartom. Yeager sa s X-1 č.1 po 700 metrov dlhom rozbehu na dne vyschnutého jazera Rogers odpútal pri rýchlosti /h od zeme. V priebehu 1 minúty a 40 sekúnd vystúpal do výšky 7000 metrov. V tejto výške zastavil motor, vypustil zvyšok paliva a po 8 minútach pristál.
Prvé dve lietadlá X-1 pilotovalo celkom 17 pilotov. 11. novembra 1949 zažil kpt. Jack Ridley pri svojom prvom lete malý požiar motora. Krátko sa podobná udalosť prihodila aj plukovníkovi Albertovi Boydovi. Ďalšie dramatické lety zažil major Frank Everest, ktorý bol určený pre pokusy o maximálny dostup. Už 25. marca vyskúšal čiastočný výškový kompenzačný oblek T-1 (109. let programu). 2. mája, pri 113. lete programu, mu počas letu explodoval motor a zablokoval smerovku, Everest však šťastne pristál. 25. augusta, pri štvrtom pokuse o rekordnú výšku, došlo v 21 000 metroch k dekompresii kabíny. Udalosť si vynútila prvé núdzové použitie výškového obleku a ten Everestovi zachránil život. Pri pokuse bola dosiahnutá výška , ktorá bola maximálnou dosiahnutou rýchlosťou X-1 pôvodnej verzie.
Posledný let prvého vyrobeného X-1 uskutočnil Yeager 12. mája 1950 pre účely natáčania filmu "Jet Pilot". Nasledovala renovácia stroja a jeho odovzdanie múzeu. Najslávnejší vyrobený X-1 je vystavený v National Air and Space Museum, Washington D.C.
Druhé raketové lietadlo X-1 naďalej pokračovalo v meraniach pre NACA. Taktiež sa skúšal nastaviteľný usporiadanie stabilizátora vodorovnej smerovej plochy. Pri 139. lete programu dosiahol 26. mája 1949 John Griffith rýchlosť M=1,2, ktorá sa stala maximálnou rýchlosťou X-1 č.2 v pôvodnom usporiadaní. Pri pristávaní došlo k deštrukcii predného podvozku a lietadlo sa muselo podrobiť 2 mesačnej oprave. Po nej sa uskutočnilo ešte niekoľko ďalších letov, ale kvôli korodujúcej palivovej nádrži prešiel musel stroj prejsť polročnou generálnou opravou. Po 23. októbri 1951 (po ďalších 18 letoch) došlo opäť k prerušeniu lietania na X-1 č.2 (kvôli problémom s nádržami stlačeného dusíka). Neskôr bol X-1 č.2 prestavaný na verziu X-1E.
V prvej sérii bolo postavené ešte tretie raketové lietadlo X-1. Ten sa na Edwardsovu základňu dostal až v apríli 1951, kvôli trojročnému zdržaniu vývoja nízkotlakovej palivovej sústavy (prvé dva exempláre mali vysokotlakovú). Zálet bez spusteného motora uskutočnil 20. júla 1951 pilot NACA Joseph Cannon. 9. novembra 1951 bol však pri druhom lete tretí exemplár X-1 stratený. Pri lete v podvese mal Cannon problémy s uzatvorením dverí kabíny a neúmyselne prepol spínače pre núdzové vypustenie pohonných hmôt. Let bol kvôli strate tlaku dusíka odvolaný a nasledovalo riskantné pristátie bombardéra B-50 aj s podveseným X-1. Počas vyprázdňovania nádrží paliva na zemi došlo k požiaru a následnej explózii lietadla, pri ktorej nebol nikto zranený. Po štyroch rokoch po zničení X-1A sa našla najpravdepodobnejšia príčina nehody – materiál, z ktorého bolo zhotovené tesnenie palivovej sústavy.
Ďalší vývoj X-1.
Vzdušné sily USA už v novembri 1947 rozhodli o pokračovaní vývoja a podpísali zmluvu s firmou Bell na výrobu ďalších štyroch X-1. Pri vývoji sa vychádzalo zo skúseností s Bell X-1 prvej série. Zámerom bolo odstrániť niektoré nedostatky v ovládateľnosti raketového lietadla pri určitých fázach letu (strata účinnosti výškovky pri rýchlostiach M=0,70 až M=0,92, nutnosť výraznej korekcie smeru letu pri M=0,92 a pod.). Boli zväčšené palivové nádrže pre dlhšie trvajúce lety, vylepšený rozvod paliva a zjednodušené ovládanie. Najbadateľnejšou vizuálnou zmenou bol nový kryt kabíny.
Nakoniec boli z objednávky zrealizované tri raketové lietadlá: X-1A, X-1B a X-1D. Nepostavený zostal X-1C, ktorý mal byť použitý ako nadzvuková skúšobňa palubných zbraní. Keďže vtedy už existovala nadzvuková a neexperimentálna stíhačka F-100, vojenské letectvo od stavby upustilo.
X-1A.
Dňa 14. februára 1953 bol X-1A (48 – 1384) zalietaný pilotom Jeanom Zieglerom, ktorý so strojom uskutočnil aj prvý motorový let (21. 2.) a ďalšie 3 lety. 12. mája však prišiel o život pri lete na druhom prototype Bell X-2.
Ďalší let na X-1A sa uskutočnil až 21. novembra 1953. To už stroj pilotoval Yeager, ktorý dostal za úlohu vytvoriť nový rýchlostný rekord (blížilo sa 50. výročie prvého motorového letu bratov Wrightovcov a letectvo Vojenského námorníctva USA navyše 20. novembra prekonalo na lietadle Douglas D-558-II Skyrocket dvojnásobnú rýchlosť zvuku). Pri svojom prvom zoznamovacom lete (celkovo siedmom na X-1A) dosiahol Yeager rýchlosť M=1,15; pri druhom M=1,5 a pri treťom už M=1,9.
Štvrtý let sa uskutočnil 12. decembra 1953. Lietadlo pilotoval Yeager ďaleko mimo pôvodného letového režimu (skúšky v aerodynamickom tuneli boli napríklad uskutočnené len do rýchlosti M=2). Už predtým ako raketové lietadlo vo výške dosiahlo rýchlosť k M=2,44, začal X-1A pozdĺžne aj smerovo kmitať. Po vypnutí motora sa lietadlo stalo úplne neovládateľné. Yeager sa snažil získať kontrolu nad strojom maximálnym vychýlením kormidiel. Prudké pohyby lietadla následne spôsobili, že pilot čiastočne upadol do bezvedomia (palubné záznamníky zaznamenali preťaženie -1 až +8g). Stroj sa 70 sekúnd nekontrolovane rútil k zemi, pričom stratil 16 000 metrov výšky. Nakoniec lietadlo už v podzvukovej rýchlosti samovoľne prešlo do vývrtky. Yeager sa zorientoval a po ďalších 2000 metroch lietadlo ovládol, dokĺzal a pristál na dno vyschnutého jazera Rogers. Po pristátí povedal: "Viete, keby som mal vystreľovacie sedadlo už by ma v tom lietadle nikto nevidel". Tento let bol zároveň aj jeho posledným na lietadlách typu "X-1".
Po dodatočných testoch v aerodynamickom tuneli bola ako príčina chovania X-1A označená najmä strata účinnosti tenkých stabilizačných plôch (k rovnakým javom došlo aj pri poslednom lete "Bell X-2" dňa 27. septembra 1956, pri ktorom zahynul kpt. Milburn Apt). Na základe týchto varovaní boli úspešne navrhnuté smerové plochy na X-15.
Vojenské letectvo sa potom rozhodlo, že s X-1A už rýchlosť M=2 neprekročí a sústredilo sa na výškové lety. Úloha pilota pripadla majorovi Arthurovi Murrayovi. Najvyššiu výšku dosiahol 26. augusta 1954 – 27 565 metrov.
Následne X-1A prevzala NACA, pre ktorú firma Bell lietadlo vybavila vystreľovacím sedadlom. Prvý let X-1A pre NACA sa uskutočnil 20. júla 1955. Rovnaký pilot, Joseph Walker, mal pilotovať 8. augusta aj druhý let. Pri stúpaní v podvese pod B-29 však došlo k výbuchu. Walker preliezol späť do materského lietadla. Piloti v sprievodných lietadlách (medzi nimi aj Neil Armstrong) hlásili malý požiar na palube. Drak lietadla bol poškodený, raketové lietadlo oproti B-29 pokleslo a navyše sa mu vysunul podvozok. Keďže vysunutý podvozok bol nižšie ako podvozok B-29, posádka bombardéra musela stroj odhodiť na strelnicu Edwardsovej základne. Pri dôslednom prešetrení udalosti našli komisári príčinu – kožené impregnované tesnenie firmy Ulmer, ktoré tvorilo v spojení s kvapalným kyslíkom výbušninu. V zostávajúcich raketových lietadlách bolo tesnenie preventívne vymenené.
X-1B.
Stroj X-1B (výr. č. 48-1385) sa na Edwardsovu základňu dostal v júli 1954. Prvý kĺzavý let sa uskutočnil 24. septembra 1954 a prvý so zapnutým motorom 8. októbra. V tomto období slúžil rôznym pilotom najmä na zoznamovacie lety.
Neskôr lietadlo prešlo do služieb NACA. Po inštalácii ďalších skúšobných prístrojov s ním od 14. augusta 1956 začal lietať pilot NACA John B. McKay. Nalietal s X-1B celkovo 12 letov, ktoré slúžili najmä na meranie rozloženia teplôt pri aerodynamickom ohreve. Po ňom na X-1B absolvoval svoj zoznamovací let pilot Neil Armstrong. Následne firma Bell vybavila lietadlo svojim novovyvinutým reaktívnym zariadením – inštalovala trysky na konce krídel. Armstrong uskutočnil tri testovacie lety, pri ktorých sa testovala možnosť ovládateľnosti pomocou trysiek (zhromažďovali sa údaje pre X-15). Tieto lety boli zároveň aj poslednými na X-1B. Lietadlo celkovo absolvovalo 27 letov a dnes je vystavené v múzeu amerického vojenského letectva na Wrightových-Pattersonovej základni v štáte Ohio.
X-1D.
X-1D (výr. č. 48-1386) bol prvým dokončeným exemplárom druhej série. Prvý let bez zapnutia motorov podnikol 24. júla 1951 pilotovaný Jeanom Zieglerom. Pri druhom pokuse dňa 22. augusta krátko pred odhodením explodovala nádrž na kvapalný kyslík. Pilot Frank Everest okamžite preliezol naspäť do kabíny B-50. Posádka bombardéra vzápätí stroj odhodila do púšte, kde skončil v troskách.
X-1E.
X-1E je označenie druhého vyrobeného X-1 prvej série (46 – 063). Po odstávke a haváriách X-1 (#3) a X-1D bolo rozhodnuté výrazne modifikovať X-1 č.2 a zapojiť ho opäť do programu letov. Verzia dostala označenie X-1E. Úpravy boli obdobné ako u lietadiel 2. série (inštalácia nízkotlakového systému rozvodu paliva a okysličovadla, nový kryt kabíny). Ďalej bola inštalovaná vystreľovacia sedačka a krídla vymenené za kratšie s tenším profilom. Motor bol vymenený za lepší (RMI LR8-RM-5).
Zálet a ďalších 20 letov s X-1E vykonal pilot Joseph Walker. 8. októbra 1957 dosiahol rýchlosť M=2,24, čo bol najvyšší výkon dosiahnutý na tomto lietadle. Na zvýšenie stability boli pridané dve kýlové plochy pod zadnú časť trupu.
Po strate oboch strojov Bell X-2 plánovala NACA s X-1E dosiahnuť rýchlosť M=3. Preto sa rozhodla laborovať s energetickejším palivom nazvaným U-Delta (alebo Hydyne). Táto pohonná hmota poháňala X-1E len jedenkrát – pri poslednom lete na X-1E (6. november 1958, pilotom bol "John McKay"). Revízia na röntgenových snímkoch po lete objavila trhliny na palivovej nádrži. Keďže NACA už pripravovala lety na X-15, rozhodla sa ukončiť lety X-1E.
X-1E pomenovaný „Little Joe“ tvorí dnes pomník na pylóne pred objektom skúšobného strediska NASA na Edwardsovej základni.
Technický opis.
Bell X-1 bol výskumný 1-miestny 1-motorový raketový stredoplošník celokovovej konštrukcie. Zhotovený bol z hliníkových zliatin. Drak bol dimenzovaný pre násobky preťaženia -10g až +18g. Lietadlo malo 3-kolesový podvozok, ktorý sa vysúval jednorazovo pomocou stlačeného dusíka.
Pohonnou jednotkou bol motor XLR11-RM-3 (X-1 č.1 a 2) alebo XLR11-RM-5 vyrobený firmou "Reaction Motors Inc." Išlo o 4-komorový motor s maximálnym celkovým ťahom 26,7 kN. Ťah nebol regulovateľný, preto sa ovládal selektívnym zapínaním alebo vypínaním jednotlivých komôr. Spaľoval LOX (kvapalný kyslík)/ Alkohol. Prázdny motor vážil .
Stroje X-1 niesli okolo rôznych výskumných zariadení (X-1 č.2 napríklad niesol zapisovače údajov rýchlomeru, výškomeru, zátačkomeru, uhlu sklzu, síl na riadiacej páke a pedáloch, údaje o polohe krídel, smerovky, výškovky či stabilizátora). Bell X-1 napríklad aj vysielač telemetrických údajov (na zem sa prenášali rýchlosť, výška, poloha krídel a výškovky). V krídle sa nachádzalo bolo 400 sond na meranie tlaku vzduchu na povrchu lietadla.