Campana X-1

En 1942, el Ministerio de Aviación del Reino Unido inició un proyecto ultrasecreto con Miles Aircraft para desarrollar el primer avión del mundo capaz de romper la barrera del sonido. El proyecto dio como resultado el diseño del Miles M.52 , propulsado por un turborreactor , con una velocidad máxima de 1000 millas por hora (870 nudos; 1600 km/h) (casi el doble del récord de velocidad aerodinámica existente ) en vuelo horizontal, y capaz de ascender a una altitud de 36 000 pies (11 000 m) en 1 minuto y 30 segundos. El fuselaje tenía forma de bala, alas delgadas y un plano de cola plano para un vuelo controlado a la velocidad del sonido y más allá. El jefe de aerodinamismo de Miles, Dennis Bancroft, fue entrevistado muchos años después, en 1997, sobre el motivo por el cual necesitaba un plano de cola totalmente móvil en su diseño de 1944.    

DENNIS BANCROFT: Pensábamos que los controles convencionales no funcionarían por encima de la velocidad del sonido. Así que tuvimos que construir un plano de cola totalmente móvil, porque un elevador convencional simplemente no funcionaría. Alcanzaríamos la velocidad del sonido, perderíamos todo el control aéreo y el avión se estrellaría. ^{[ 2 ]}

En 1944, se le indicó a Miles que procediera con la construcción de tres prototipos. En febrero de 1946, con un primer vuelo previsto para el verano de ese mismo año, el M52 fue cancelado. ^{[ 3 ]} En lugar del M.52 tripulado a escala real, se decidió probar modelos a escala 3/10 de la aeronave, propulsados ​​por cohetes, lanzados desde un avión y controlados por un piloto automático. El 10 de octubre de 1948, un modelo alcanzó Mach 1.38 (1690 km/h; 1050 mph) en vuelo horizontal.   

STACY KEACH (NARRADORA): Un año después del histórico vuelo del X-1, Gran Bretaña rompió la barrera del sonido con una maqueta a escala de un tercio del M-52. Aunque no tripulada y controlada por radio, finalmente reivindicó la valía de su diseño supersónico. ^{[ 2 ]}

El Bell XS-1 contaría con un plano de cola horizontal convencional, pero con ajuste de compensación en el estabilizador. Este ajuste sería necesario para el control de cabeceo cuando una onda de choque impidiera que el elevador desviado modificara la distribución de presión y la fuerza de cabeceo sobre el plano de cola.

En septiembre de 1946, un avión a reacción sin cola DH 108 estaba practicando para intentar batir el récord mundial de velocidad cuando sufrió violentas oscilaciones de cabeceo a Mach  0,875 y se desintegró. El Bell XS-1 contaría con una cola horizontal convencional que proporciona amortiguación de cabeceo, algo que no está presente en un avión sin cola.

El XS-1 se mencionó por primera vez en diciembre de 1944. Las especificaciones iniciales del avión contemplaban un vehículo supersónico tripulado capaz de volar a 800 millas por hora (1300 km/h) a 35 000 pies (11 000 m) durante dos a cinco minutos. ^{[ 4 ]} El 16 de marzo de 1945, la División de Pruebas de Vuelo de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los EE. UU . y el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) contrataron a Bell Aircraft Company para construir tres aviones XS-1 (por "Experimental, Supersonic", posteriormente X-1) con el fin de obtener datos de vuelo en condiciones dentro del rango de velocidad transónica. ^{[ 5 ]}  

Bell construyó un avión cohete después de considerar la alternativa del turborreactor. Los turborreactores no podían alcanzar el rendimiento requerido a gran altitud. Una aeronave con motores turborreactores y cohetes sería demasiado grande y compleja. ^{[ 4 ]} El X-1 era, en principio, una "bala con alas", su forma se asemejaba mucho a una bala de ametralladora Browning de calibre .50 (12,7  mm) , conocida por su estabilidad en vuelo supersónico. ^{[ 6 ]} La forma se siguió hasta el punto de sentar a su piloto detrás de una ventana inclinada y enmarcada dentro de una cabina confinada en la nariz, sin asiento eyectable.

Para el diseño del XS-1, las numerosas incógnitas relacionadas con el vuelo transónico y supersónico obligaron a buscar información en todas las fuentes disponibles: agencias gubernamentales, fabricantes de motores e instituciones de investigación. La información extranjera estuvo disponible a principios de 1946, poco después de la primera prueba de planeo del XS-1 en enero de ese mismo año, cuando el Ministerio de Suministros británico canceló el Miles M.52 y ordenó que todos los informes de investigación y demás información se enviaran a Bell Aircraft. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los aerodinamistas de Bell Aircraft que trabajaban con los laboratorios de la NACA predijeron cambios significativos en el ajuste longitudinal durante el vuelo transónico. John Stack y Robert Gilruth de la NACA recomendaron que Bell montara el elevador en un estabilizador horizontal ajustable. ^{[ 9 ]} Bell incorporó el estabilizador con ajuste rápido en cabeceo para acomodar grandes cambios de ajuste. ^{[ 10 ]} Un vuelo de prueba del contratista Tex Johnston mostró una pérdida de movimiento inaceptable entre la entrada del piloto al estabilizador horizontal y el actuador del estabilizador, que se corrigió antes de que el XS-1 se entregara para el programa de investigación de alta velocidad. ^{[ 11 ]} Se podía mover todo el plano de cola o solo el elevador con ajustes fijos del estabilizador. ^{[ 12 ]} Se colocó lo más alto posible sobre la estela del ala con una sección más delgada que la del ala para separar el alto aumento de resistencia del ala de los efectos de compresibilidad en la cola. Inicialmente, a medida que aumentaba la velocidad en pequeños pasos hacia posibles dificultades de control desconocidas, el estabilizador horizontal se dejó en su ángulo de prelanzamiento ajustado en tierra, ya que existía la preocupación de que ajustarlo a alta velocidad causara graves problemas de control. Sin embargo, en octubre de 1947, cuando el piloto de pruebas Yeager perdió autoridad de elevador (sin control de cabeceo) a Mach  0,94, tomó por sorpresa al equipo de pruebas hasta que se dieron cuenta de que se podía obtener control adicional moviendo el estabilizador horizontal. El ajuste de compensación del plano de cola debía ajustarse con precisión en tierra para asegurar un descenso controlado al comienzo del vuelo. Scott Crossfield relata un error involuntario de un grado que volcó el X-1 sobre su espalda después de ser soltado del avión nodriza. ^{[ 13 ]} La configuración del plano de cola se mantuvo en la serie X-1A. Todos los aviones supersónicos posteriores tendrían un plano de cola totalmente móvil o serían de tipo delta "sin cola" . ^{[ 14 ]}

No se utilizaron alas en flecha debido al escaso conocimiento que se tenía sobre ellas. Dado que el diseño podría derivar en un caza, el XS-1 estaba pensado para despegar desde tierra, pero el final de la guerra hizo posible que el B-29 Superfortress lo transportara por aire. ^{[ 4 ]}

El motor del cohete era un diseño de cuatro cámaras construido por Reaction Motors Inc. , una de las primeras empresas en construir motores de cohete de propulsión líquida en los EE. UU. Después de considerar el monopropelente de peróxido de hidrógeno , el bipropelente de anilina / ácido nítrico y el monopropelente de nitrometano como combustibles, el cohete quemó alcohol etílico diluido con agua con un oxidante de oxígeno líquido . Sus cuatro cámaras podían encenderse y apagarse individualmente, por lo que el empuje podía cambiarse en incrementos de 1500 lbf (6700 N) . Los tanques de combustible y oxígeno para los dos primeros motores X-1 estaban presurizados con nitrógeno , lo que redujo el tiempo de vuelo en aproximadamente 1 + 1/2 minutos y aumentó el peso de aterrizaje en 2000 libras (910 kg) , pero el resto usó turbobombas impulsadas por gas , aumentando la presión de la cámara y el empuje a la vez que hacían el motor más ligero. ^{[ 15 ] [ 4 ]}   

El primer vuelo supersónico tripulado ocurrió el 14 de octubre de 1947, sobre el desierto de Mojave en California , ^{[ 21 ]} menos de un mes después de que la Fuerza Aérea de los Estados Unidos se hubiera creado como un servicio separado. El capitán Charles "Chuck" Yeager pilotó el avión de la USAF n.° 46-062, apodado Glamorous Glennis en honor a su esposa. El avión fue lanzado desde la bodega de bombas de un B-29 y alcanzó Mach  1,06 ( 700 millas por hora; 1100 km/h; 610 nudos ). ^{[ 1 ]} Después de que el motor se quemara, el avión planeó hasta aterrizar en el lecho seco del lago. ^{[ 18 ] : 129–130} Este fue el vuelo número 50 del XS-1.  

Los tres participantes principales del programa X-1 ganaron el Trofeo Collier de la Asociación Nacional de Aeronáutica (NACA) en 1948 por sus esfuerzos. El presidente Truman rindió homenaje en la Casa Blanca a Larry Bell, de Bell Aircraft; al capitán Yeager, por pilotar los vuelos; y a John Stack, por las contribuciones de la NACA.

La historia del vuelo de Yeager del 14 de octubre se filtró a un reportero de la revista Aviation Week , y Los Angeles Times la publicó como noticia principal en su edición del 22 de diciembre. El artículo de la revista se publicó el 20 de diciembre. La Fuerza Aérea amenazó con emprender acciones legales contra los periodistas que revelaron la historia, pero nunca se llevó a cabo ninguna. ^{[ 22 ]} La noticia de un avión supersónico de ala recta sorprendió a muchos expertos estadounidenses, quienes, al igual que sus homólogos alemanes durante la guerra, creían que un diseño de ala en flecha era necesario para romper la barrera del sonido. ^{[ 4 ]} El 10 de junio de 1948, el Secretario de la Fuerza Aérea, Stuart Symington, anunció que la barrera del sonido había sido rota repetidamente por dos aviones experimentales. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

El 5 de enero de 1949, Yeager utilizó el avión n.° 46-062 para realizar el único lanzamiento convencional (desde pista) del programa X-1, alcanzando 23 000 pies (7000 m) en 90 segundos. ^{[ 25 ]}  

En 1997, el Servicio Postal de los Estados Unidos emitió un sello conmemorativo del quincuagésimo aniversario en el que reconocía al avión Bell X1-6062 como el primer vehículo aeronáutico en volar a una velocidad supersónica de aproximadamente Mach 1,06 (1299 km/h; 806,9 mph) .   

El Bell X-1 también tiene una versión de juguete en el episodio de Arthur titulado "El gran éxito de Arthur". En ese episodio, la hermana de Arthur, DW, intenta lanzarlo por la ventana, pero termina cayendo al suelo y rompiéndose. Esto da lugar a una escena en la que Arthur aprieta el puño y golpea a DW; este momento se ha convertido en un meme popular.

( Modelo Bell 58A )

Encargado por la Fuerza Aérea el 2 de abril de 1948, el X-1A (número de serie 48-1384) fue diseñado para investigar fenómenos aerodinámicos a velocidades superiores a Mach 2 (2200 km/h; 1300 mph) y altitudes superiores a 90 000 pies (27 km) , haciendo especial hincapié en la estabilidad dinámica y las cargas aerodinámicas. Más largo y pesado que el X-1 original, con una cabina escalonada para una mejor visibilidad, el X-1A estaba propulsado por el mismo motor cohete Reaction Motors XLR-11. El avión realizó su primer vuelo, sin motor, el 14 de febrero de 1953 en la Base de la Fuerza Aérea Edwards, y el primer vuelo con motor el 21 de febrero. Ambos vuelos fueron pilotados por el piloto de pruebas de Bell, Jean "Skip" Ziegler .       

Después de que la NACA comenzara sus pruebas de alta velocidad con el Douglas Skyrocket , culminando con Scott Crossfield alcanzando Mach  2.005 el 20  de noviembre de 1953, la Fuerza Aérea comenzó una serie de pruebas con el X-1A, que el piloto de pruebas de la serie, Chuck Yeager , denominó "Operación NACA Weep". Estas culminaron el 12  de diciembre de 1953, cuando Yeager alcanzó una altitud de 74 700 pies (22 800 m) y un nuevo récord de velocidad aerodinámica de Mach 2.44 (2610 km/h; 1620 mph) . A diferencia de Crossfield en el Skyrocket, Yeager lo logró en vuelo nivelado. Poco después, la aeronave perdió el control debido al fenómeno de acoplamiento inercial , entonces aún no comprendido . El X-1A descendió desde su altitud máxima hasta los 25.000 pies (7.600 m) , exponiendo al piloto a aceleraciones de hasta 8 g, durante las cuales Yeager rompió la cabina con su casco antes de recuperar el control. ^{[ 26 ]}      

El 28 de mayo de 1954, el mayor Arthur W. Murray pilotó el X-1A a un nuevo récord de 90.440 pies (27.570 m) . ^{[ 27 ]} 

La aeronave fue transferida a la NACA en septiembre de 1954 y posteriormente modificada. El X-1A se perdió el 8 de agosto de 1955, cuando, mientras se preparaba para el lanzamiento desde la nave nodriza RB-50 , una explosión rompió el tanque de oxígeno líquido del avión. Con la ayuda de la tripulación del RB-50, el piloto de pruebas Joseph A. Walker logró salir del avión, que luego fue eyectado. Al explotar al impactar contra el suelo del desierto, el X-1A se convirtió en el primero de muchos aviones experimentales que se perderían en explosiones. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

( Modelo Bell 58B )

El X-1B (número de serie 48-1385) estaba equipado con instrumentación de calentamiento aerodinámico para investigación térmica (se instalaron más de 300 sondas térmicas en su superficie). Era similar al X-1A, excepto por tener un ala ligeramente diferente. El X-1B fue utilizado para investigación de alta velocidad por la Fuerza Aérea de los EE. UU. a partir de octubre de 1954, antes de ser transferido a la NACA en enero de 1955. La NACA continuó volando la aeronave hasta enero de 1958, cuando grietas en los tanques de combustible obligaron a su inmovilización. El X-1B completó un total de 27 vuelos. Un logro notable fue la instalación de un sistema de pequeños cohetes de reacción utilizados para el control direccional, lo que convirtió al X-1B en la primera aeronave en volar con este sofisticado sistema de control, utilizado posteriormente en el North American X-15 . El X-1B se encuentra actualmente en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson en Dayton, Ohio , donde se exhibe en la Galería de Investigación y Desarrollo del Mayor General Albert Boyd y del Mayor General Fred Ascani del museo.

( Bell Model 58C ) El X-1C (número de serie 48-1387) ^{[ 30 ]} estaba destinado a probar armamento y municiones en regímenes de vuelo transónico alto y supersónico. Fue cancelado cuando aún se encontraba en la etapa de maqueta, ya que el desarrollo de aeronaves con capacidad transónica y supersónica, como el North American F-86 Sabre y el North American F-100 Super Sabre, eliminó la necesidad de un vehículo de prueba experimental específico. ^{[ 31 ]}

( Bell Modelo 58D ) El X-1D (número de serie 48-1386) fue el primero de la segunda generación de aviones cohete supersónicos. Lanzado desde un EB-50A (número de serie 46-006), se utilizó para la investigación de la transferencia de calor. El X-1D estaba equipado con un nuevo sistema de combustible de baja presión y una capacidad de combustible ligeramente mayor. También se realizaron algunos cambios menores en el conjunto de aviónica.

El 24 de julio de 1951, con el piloto de pruebas de Bell, Jean "Skip" Ziegler, a los mandos, el X-1D despegó sobre el lago seco Rogers , en lo que sería el único vuelo exitoso de su carrera. El planeo sin motor se completó tras un descenso de nueve minutos, pero al aterrizar, el tren de aterrizaje delantero falló y la aeronave se deslizó bruscamente hasta detenerse. Las reparaciones tardaron varias semanas en completarse y se programó un segundo vuelo para mediados de agosto. El 22 de agosto de 1951, el X-1D se perdió en una explosión de combustible durante los preparativos para el primer vuelo con motor. La aeronave quedó destruida al impactar contra el suelo tras ser eyectada de su avión nodriza EB-50A. ^{[ 32 ]}

( Bell Modelo 44 )

El X-1E fue el resultado de una reconstrucción del X-1-2 (número de serie 46-063), con el fin de alcanzar los objetivos originalmente establecidos para el X-1D y el X-1-3 (número de serie 46-064), ambos perdidos por explosiones durante 1951. La causa de las misteriosas explosiones se atribuyó finalmente al uso de juntas de cuero Ulmer ^{[ 34 ]} impregnadas con fosfato de tricresilo (TCP), un tratamiento para cuero, que se utilizaba en las tuberías de oxígeno líquido . El TCP se vuelve inestable y explosivo en presencia de oxígeno puro y choque mecánico. ^{[ 35 ]} Este error costó dos vidas, causó heridos y la pérdida de varias aeronaves. ^{[ 36 ]}

Los cambios incluyeron:

• Un sistema de alimentación de combustible con turbobomba, que eliminó el sistema de combustible de nitrógeno de alta presión utilizado en los modelos '062 y '063. Las preocupaciones sobre la fatiga del metal en el sistema de combustible de nitrógeno provocaron la inmovilización del X-1-2 después de su 54.º vuelo en su configuración original. ^{[ 37 ]}
• Un ala súper delgada rediseñada ( 3 + 3/8 pulgadas o 86 mm en la raíz ), basada en el perfil del ala del X-3 Stiletto , que permite al X-1E superar Mach 2. ^{[ 38 ]} 
• Un parabrisas con forma de filo de cuchillo sustituyó al acristalamiento original del habitáculo, una cabina que se abría hacia arriba reemplazó la escotilla lateral del fuselaje y permitió la inclusión de un asiento eyectable .
• La adición de 200 puertos de presión para datos aerodinámicos y 343 galgas extensométricas para medir cargas estructurales y calentamiento aerodinámico a lo largo del ala y el fuselaje. ^{[ 37 ]}

El X-1E realizó su primer vuelo el 15 de diciembre de 1955, un vuelo planeado controlado por el piloto de pruebas de la USAF Joe Walker . Walker abandonó el programa X-1E en 1958, tras 21 vuelos, alcanzando una velocidad máxima de Mach 2,21 (2410 km/h; 1500 mph) . El piloto de investigación de la NACA, John B. McKay, lo reemplazó en septiembre de 1958, completando cinco vuelos en busca de Mach 3 (3300 km/h; 2000 mph) antes de que el X-1E fuera inmovilizado definitivamente tras su vuelo número 26, en noviembre de 1958, debido al descubrimiento de grietas estructurales en la pared del tanque de combustible.