Bell X-1: первый пилотируемый полёт на сверхзвуке

Утром 14 октября 1947 года над пустыней Мохаве от модифицированного бомбардировщика B-29 отделился оранжевый самолёт, по форме похожий на пулю. Пилотом в кабине был капитан Чак Йегер, двумя днями раньше сломавший два ребра.

Через несколько минут он стал первым лётчиком, превысившим скорость звука в управляемом полёте. Ракетный двигатель разогнал самолёт до нужной скорости, но для управления на околозвуковом режиме потребовалось особое решение в конструкции хвоста.

Стена, которой не стало

В 1940-е годы приближение к скорости звука считалось одним из главных вызовов авиации. По мере разгона самолёты начинали вести себя непредсказуемо: управление могло становиться тяжёлым, возникали вибрации, а привычные аэродинамические расчёты переставали давать надёжный результат.

К 1947 году лётные испытания обычных самолётов вблизи скорости звука давали мало надёжных ответов. Аэродинамические трубы для исследования околозвуковых скоростей тоже не всегда позволяли точно воспроизвести условия полёта. Инженерам требовался самолёт, созданный специально для таких испытаний.

Казалось, перед лётчиками выросла невидимая стена: чем ближе самолёт подходил к скорости звука, тем труднее становилось им управлять. Чак Йегер на экспериментальном самолёте X-1 № 46-062, получившем прозвище Glamorous Glennis в честь его жены, преодолел звуковой барьер, достигнув скорости 1,06 Маха — около 1100 км/ч — на высоте примерно 13 километров.

Пуля с двигающимся хвостом

Bell X-1 создавали специально для исследования полётов на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Конструкторы взяли за основу форму крупнокалиберной пули .50 BMG (12,7 мм) с характерным гладким оживальным носом: эта геометрия была заведомо проверена на сверхзвуке и гарантировала устойчивость в плотном потоке воздуха.

Самолёт оснастили ракетным двигателем XLR-11 с тягой 26,7 кН, работавшим на спирте и жидком кислороде. Он обеспечивал мощное ускорение, но быстро расходовал топливо, поэтому X-1 поднимали в воздух под фюзеляжем модифицированного бомбардировщика B-29, в районе бомбоотсека, и отделяли от носителя уже на высоте.

Следующей проблемой, которую стоило решить, была управляемость. На околозвуковой скорости ударные волны меняли обтекание крыла и хвостового оперения. Обычный руль высоты мог терять эффективность: усилие на ручке возрастало, а реакция самолёта становилась слабее и менее предсказуемой.

Инженеры Bell предложили решение: вместо того чтобы отклонять только руль высоты, поворачивать весь горизонтальный стабилизатор. Такая конструкция позволяла эффективнее управлять самолётом по тангажу (подъёмом и опусканием носа), особенно на высоких скоростях, когда обычный руль высоты терял эффективность.

Утро 14 октября — секретный полёт

За два дня до испытания Йегер сломал два ребра, упав с лошади. Он опасался, что врач на базе отстранит его от полёта, поэтому обратился к гражданскому врачу и не сообщил военным медикам о травме. Но боль создавала практическую проблему: Йегер не мог без посторонней помощи закрыть люк кабины. Инженер Джек Ридли отпилил кусок черенка метлы, которым лётчик мог привести в действие защёлку одной рукой.

Вход в тесную кабину располагался с правой стороны перед крылом, утром 14 октября Йегер забрался в неё закрыл люк с помощью приспособления Ридли. Затем модифицированный B-29 с экспериментальным самолётом взлетел и набрал высоту около 7 километров. Там X-1 отделился от носителя, и Йегер запустил ракетный двигатель. Пилот продолжал разгон, пока приборы не показали 1,06 Маха.

Вопреки опасениям инженеров, переход через звуковой барьер не сопровождался сильной тряской: самолёт оставался устойчивым и управляемым.

Когда X-1 преодолел звуковой барьер, на земле услышали звуковой удар, похожий на отдалённый гром.

При сверхзвуковом полёте самолёт двигался быстрее, чем распространялись создаваемые им звуковые волны. Вокруг него формировались ударные волны, образовывавшие конус позади самолёта. Когда ударная волна проходила над наблюдателями на земле, резкое изменение давления воспринималось как громкий хлопок.

Это был первый подтверждённый управляемый полёт человека на скорости выше скорости звука.

Результат испытания некоторое время оставался засекреченным. В марте 1948 года ВВС США официально подтвердили достижение Йегера, а в июне разрешили обнародовать информацию о полёте.