Ракетоплан Bell XS-1

[onosamo]

Подвеска ракетоплана Bell XS-1 к бомбодержателю бомбардировщика B-29.



Продолжительность полёта ракетоплана была невелика (полная тяга спирто-кислородной силовой установки в 1500 фунтов -- 2 минуты) из-за необходимости использовать неудобные по форме шаробаллоны для азота, питавшие пневматическую систему приводов самолёта.

Самолёт довольно "толстый", но с короткими крыльями (размах 30 футов при площади крыла 130 кв. футов). Стартовая масса полностью заправленного аппарата -- 12 000 фунтов, масса при посадке -- 7000 фунтов. Следовательно, нагрузка на крыло колеблется от 92 до 45 фунтов на квадратный фут.

Топливо горит при высокой температуре (5000 по Ренкину), и без охлаждения двигатель "спёкся" бы за несколько секунд. Кроме регенеративной системы охлаждения, понижающей температуру камеры сгорания, по краю сопла имеются отверстия, соединяющие его внутреннюю часть с рубашкой охлаждения, что позволяет небольшому количеству топлива течь плёнкой по поверхности дюзы.

Четыре ракетных двигателя могут включаться все сразу или в комбинациях по желанию пилота. Зажигание производится свечой в передней стенке камеры сгорания, которая воспламеняют струйку топлива и газообразного кислорода. Когда давление в камере достигает 50 фунтов на квадратный дюйм открываются основные топливные клапана и двигатель выходит в рабочий режим.

Изначально топливо и окислитель предполагалось подавать турбонасосами, способными перекачивать 860 фунтов топлива и 1012 фунтов кислорода при полной тяге. Когда выяснилось, что насосы не будут готовы к дате первого полёта, их заменили баллонами с азотом под высоким давлением, превратив систему подачи топлива в вытеснительную.

Пилот входил в кабину через прямоугольную дверь, закрывающуюся заподлицо с фюзеляжем. Самолёт нёс 500 фунтов измерительной аппаратуры.

Перед тем, как выбрать в качестве топлива и окислителя этиловый спирт и кислород, были рассмотрены и другие вещества. Перекись водорода была отвергнута из-за её дефицита и неспособности обеспечить достаточную тягу. Азотная кислота и анилин имели свои преимущества, но категорически не подходили для пилотируемого аппарата. Кроме того, кислота и анилин при смешивании самовоспламеняются, а это опасно при их хранении и заправке. При работе с кислотой часто случаются несчастные случаи.

Нитрометан -- топливо, уже содержащее в своём составе кислород, поэтому отпадает необходимость в окислителе, что упрощает топливную систему. Но нитрометан при некоторых условиях склонен к самопроизвольной детонации, а на момент создания XS-1 его поведение было недостаточно изучено. 

Исследовали и пару бензин-жидкий кислород, но двигатели XRL-11 производства Reaction Motors Inc. охлаждались топливом, циркулирующим в рубашке сопла, и бензин не обеспечивал эффективного отбора тепла.

Окончательным выбором компонентов стали этиловый спирт и жидкий кислород. Они дёшевы, имелись в достаточном количестве, не самовоспламеняются при смешивании. Небольшие брызги жидкого кислорода не опасны для техников. Чтобы улучшить охлаждение 3 части спирта смешивались с 1 частью воды.

Из-за наличия на борту баллонов с азотом, место на борту не удалось использовать эффективно,поэтому пострадали характеристики ракетоплана -- время работы двигателей на полной тягу уменьшилось до примерно 2 минут, стартовую массу пришлось уменьшить на 1000 фунтов, а посадочная возросла на 2000.

Bell XS-1 был спроектирован, чтобы противостоять перегрузкам до 18 G. Для него были изготовлены две пары крыльев -- одна с профилем толщиной 10%, другая -- 8%. Максимальная толщина крыла составляла менее 8 дюймов в первом случае и менее 6 дюймов -- во втором. С требованием выдерживать перегрузки в 18 G крыло обычной конструкции для ракетоплана не подходило. Вместо этого, для того, чтобы противостоять изгибающим нагрузкам, для обшивки употребили фрезерованные панели переменной толщины из алюминиевого сплава -- от 0,5 до 0,13 дюйма для 10-процентного крыла и от 0,6 до 0,16 дюйма -- для 8-процентного. В крыло были встроены 240 датчиков давления и 12 датчиков деформации для сбора аэродинамической информации (для чего и строился самолёт).

Также были изготовлены два набора стабилизаторов -- один с профилем толщиной 8%, другой -- 6%. В отличие от крыла, их обшивка имела ламинированную конструкцию -- в две панели толщиной у фюзеляжа и в одну - с внешней стороны.

Фюзеляж -- из алюминиевого сплава, традиционный полумонокок.

Кокпит - намного меньшего размера, чем кабины современных истребителей. Ограниченный наддув кабины обеспечивался подачей в неё азота, с потерей не более 1 фунта на квадратный дюйм избыточного давления в час при начальном перепаде с избытком в 3 фунта на квадратный дюйм по сравнению с атмосферным.

Вместо рукоятки в кабине установили штурвал -- лётчику было удобнее пользоваться для управления обеими руками, а при необходимости он мог освободить одну из них. На штурвале были установлены селектор включения-выключения двигателей, переключатель управления измерительной аппаратурой и кнопка аварийного выключения силовой установки.

Для предупреждения обледенения и запотевания фонаря его остекление было выполнено двойным, а между стёклами -- заложены капсулы с силикагелем. Кроме того, выдыхаемый пилотом воздух проходил сквозь коробку с силикагелем, встроенную в кислородную маску.

Система управления -- традиционная. Шасси и закрылки выпускаются пневматической системой, давление в которой создаётся баллонами, содержащими азот под высоким давлением. Угол установки стабилизатора меняется винтом с приводом от пневматического мотора.

XS-1 поднимался в воздух и стартовал с самолёта-"матки" -- для экономии топлива и устранения опасностей взлёта с земли на высокой скорости. Для этого фирмой Bell с бомбардировщика B-29 были демонтированы створки бомболюка. При этом ракетоплан, подвешенный на стандартный бомбодержатель D-4 частично выступал из бомбового отсека, где была установлена закрытая лестница, что позволяло пилоту и техническому персоналу перемещаться между самолётами в полёте.

Для того, чтобы подвесить XS-1 на B-29, ракетоплан закатывали в углубление, после чего бомбардировщик "наезжал" на него и поднимал с помощью лебёдки, установленной в бомбовом отсеке. 

В оригинальной конструкции фонарь был выполнен из листов плексигласа, но с потенциальным ростом скорости его планировалось заменить на листовое стекло.

К лету 1946 года Bell XS-1 достиг скорости в 0,8 Маха, а затем NACA и ВВС стали чрезвычайно осторожны -- им хотелось убедиться, что вступая в трансзвуковую область они будут иметь аппарат достаточно прочный и управляемый, чтобы противостоять "непредсказуемым воздействиям".