North American XB-70 Valkyrie

Норт Аме́рикен XB-70 «Вальки́рия» (англ. XB-70 Valkyrie — Вэлкири) — проект американского сверхзвукового высотного бомбардировщика 1950-е годов. Был задуман Стратегическим авиационным командованием США как самолёт, который должен был летать со скоростью, соответствующей М=3 на высоте 21 км.

Два самолёта были построены и выполняли испытательные полёты в 1960-е годы.

История проекта

В октябре 1954 года Стратегическое авиационное командование выпустило техническое задание на «Систему оружия 110» и объявило конкурс предварительных проектов. По заданию бомбардировщик должен был иметь дальность полёта 11 тыс. км без дозаправки на крейсерской скорости, максимально возможную скорость на максимально возможной высоте при прорыве в воздушное пространство противника на расстояние 1600—1900 км. Он должен был взлетать с обычных аэродромов, заменить B-52 и состоять на вооружении в 1965—1975 годах. Поставки намечались на 1963 год.

После рассмотрения предварительных проектов 11 ноября 1955 North American и Boeing получили заказы на продолжение своих разработок. В те годы, кроме того, что двигатели были малоэффективны, проектировщики не имели многих средств современного проектирования, да и просто данных, поэтому, согласно первому проекту, самолёт North American имел максимальный взлётный вес 340 тонн (у построенной XB-70 — только 250 тонн, но даже такой самолёт тогда был гигантским), с рядом прочих технических трудностей и был отклонён, как и боинговский.

Разработчики внесли ряд изменений, уменьшили взлётный вес и перепроектировали самолёты на бороводородное топливо (пентаборан), обладающее значительно большей энергией сгорания, чем традиционное углеводородное топливо. Проекты обещали хорошие технические характеристики, например, крейсерское число Маха между 1,5 и 2,0 . В конструкции был учтён опыт последних исследований НАСА в сверхзвуковой аэродинамике — на треугольном крыле появились отклоняемые законцовки.

Проект компании North American Aviation был признан перспективным и 23 декабря 1957 года она была объявлена победителем. Имя «Валькирия» было выбрано в результате большого конкурса.

Предполагалось, что «Валькирию» сопровождал бы сверхзвуковой перехватчик XF-108 «Рапира», который предназначался ещё и для обороны от ожидаемых аналогичных советских бомбардировщиков. Ради экономии ряд систем и двигатели самолётов были одинаковыми.

Однако, затем выявился ряд обстоятельств, заставивший правительство сократить проект до исследовательского: бороводородное топливо оказалось токсичным и дорогим; развивалось ракетное оружие, ставившее под вопрос саму необходимость в пилотируемых бомбардировщиках; появились мобильные зенитно-ракетные комплексы, что делало XB-70 уязвимым. После прекращения полётов U-2 жизнеспособность программы оказалась под вопросом и она была изменена в сторону исследовательской для изучения аэродинамики, двигателей и других вопросов, связанных с большим сверхзвуковым самолётом.

Министерство обороны решило, что эффект от проекта не оправдывает его стоимость и вместо планировавшихся трёх исследовательских самолётов (а первоначально — 50 боевых) в июле 1964 ограничило программу созданием двух двухместных испытательных самолётов. Также предлагались варианты переоборудования «Валькирии» в пассажирский и транспортный самолёты.

Конструкция

Самолёт выполнен по схеме «бесхвостка с передним горизонтальным оперением (ПГО)» и двумя килями. ПГО использовалось на сверхзвуковых скоростях для балансировки машины (оно свободно отклонялось на дозвуковых скоростях и жестко фиксировалось на сверхзвуковых).


Катапультируемая капсула экипажа XB-70 во время испытаний.
При полёте со скоростью М=3 в результате кинетического нагрева температура носовой части фюзеляжа и передних кромок крыла достигала 330 °С, при этом температура остальных участков составляла порядка 246 °С. Для работы при таких температурах в конструкции ХВ-70 были широко использована нержавеющая сталь марки PH15-7 Mo (Armco Steel Corp.) в виде сотовых панелей, на долю которой приходилось 68 процентов массы конструкции. Суммарная площадь панелей на каждом XB-70A составляла порядка 1900 квадратных метров. Сотовые панели использовались в наиболее теплонапряжённых участках фюзеляжа и в носках крыла. Каждая панель состояла из двух тонких листов нержавеющей стали, соединённых с противоположных сторон с внутренним сотовым заполнителем методом пайки. Толщина обшивки сотовых панелей в отдельных случаях составляла всего 0,50 мм. В перечне реализованных свойств этого материала компанией NAA указаны:

  • небольшая масса;
  • высокая прочность;
  • гладкая поверхность (для аэродинамики);
  • низкая теплопередача от обшивки конструкции при температурах 230-340 °C;
  • стабильная прочность при высоких температурах;
  • сопротивление усталости;
  • жёсткость.

Вторая марка стали H-11 (Allegheny Ludlum Steel Corp., массовая доля в конструкции 17 процентов) - высокопрочная хромомолибденованадиевая инструментальная сталь с уровнем прочности σB= 210…220 кгс/мм2. Из неё выполнены многие ответственные элементы конструкции, в том числе шасси, механизмы отклонения законцовок крыла, главные лонжероны передней части фюзеляжа и центроплана над отсеками двигателей. Использованы также нержавеющая сталь АМ-355 (массовая доля 4 процента) — соединительные элементы и силовые приводы, и никелевый сплав Рене-41 (массовая доля 2 процента) — для изготовления критических элементов в отсеке двигателей.

Вторыми по значению жаропрочными материалами были три титановых сплава Ti-6Al-4V, Ti-4Al-3Mo-1V и Ti-7Al-4Mo. На долю титановых сплавов приходилось от 8 до 9 процентов массы конструкции планера. Первый в основном применялся в виде листа толщиной от 0,76 до 1,78 мм, из него выполнена обшивка передней части фюзеляжа длиной 18 метров. Второй сплав применён в элементах внутреннего набора передней части фюзеляжа, из третьего сплава Ti-7Al-4Mo изготовлены различные поковки и прессованные элементы. На долю листового титана приходилось 50 процентов общей массы титана, 25 процентов приходилось на плиты толщиной от 19 до 25 мм, остальное на поковки и прессованные детали.

Помимо использования этих материалов, для охлаждения критических элементов конструкции применялось циркулирующее топливо, служившее теплопоглотителем. Нагретое топливо подавалось непосредственно в двигатели.

В конструкции треугольного крыла и переднего горизонтального оперения использовались сотовые панели из нержавеющей стали, а также названные титановые сплавы.

Края крыла отклонялись на 65 градусов вниз. Они удерживали под крылом сверхзвуковую ударную волну, при этом служили ещё и килями. Они были спроектированы так, чтобы увеличивать давление под крылом за счёт скачков уплотнения.

Опытные лётные характеристики XB-70
Максимальная продолжительность полёта: 3:40 часа (6 января 1966)
Максимальная скорость: 3250 км/час (12 января 1966)
Максимальная высота: 23000 м (19 марта 1966)
Максимальное число Маха: М=3,08 (12 апреля 1966)
Длительность полёта при М=3: 32 минуты (19 мая 1966)
Суммарная длительность полётов при М=3: 108 минут/в 10 полётах


Вид остекления кабины экипажа при высокоскоростном полёте.
Исследования в аэродинамической трубе показывали, что отклоняемые законцовки треугольного крыла позволяют на высоких скоростях увеличить отношение подъёмной силы к сопротивлению воздуха, и этот эффект лёг в основу конструкции крыла «Валькирии» — считается, что такое решение позволило увеличить аэродинамическое качество на 30 процентов. Однако компрессионная подъёмная сила остаётся противоречивой теорией, и на сегодняшний день «Валькирия» — единственный самолёт такого размера, когда-либо использовавший отклоняемые вниз законцовки крыла.

Шасси весьма сложной конструкции.

Система катапультирования предполагала смещение кресел пилотов назад перед выброской их из самолёта.

Полёты

Первый полёт «Валькирия» № 1 совершила 21 сентября 1964 года. В нём сразу же начались различные неполадки и проявились изъяны, например, разрушение сотовых панелей крыла, которые в изготовлении оказались сложнее, чем ожидали проектировщики. На первом самолёте постоянно случались утечки в гидравлической и топливной системах, а также возникли проблемы с необычно сложной конструкцией шасси. 7 мая 1965 во время полёта передняя кромка разделителя половинок воздухозаборника разрушилась, и её куски попали в двигатели. Все 6 двигателей были списаны.

14 октября 1965 при первом полёте со скоростью выше M=3 давление сорвало с передней кромки левого полукрыла 60 см сотовых панелей. Было решено ввести для 1-го прототипа ограничение по числу Маха - M=2,5.

Проблемы ячеистой конструкции были почти полностью решены на самолёте № 2. Проблем с гидравликой на нём не возникало, а на № 1 они были постепенно устранены. «Валькирия» № 2 совершила первый полёт 17 июля 1965, а 19 мая 1966 преодолела расстояние в 3900 км за 91 минуту, поддерживая скорость 3 Мах в течение 33 минут полёта.


XB-70 «Валькирия» после столкновения с F-104
Программа шла удачно, однако 8 июня 1966 «Валькирия» № 2 попала в катастрофу во время показательного полёта для рекламного ролика производителя двигателей Дженерал Электрик.

В 8 ч 27 мин утра свои места в кабине ХВ-70А заняли Уайт и майор К. Кросс. Это был 46-й полет самолета №2 и первый полет Карла Кросса. Один из самолетов сопровождения – F-104 «Старфайтер» пилотировал Джон Уокер. Когда самолеты, пробив облачность, выстроились для съемки, F-104, летевший справа от "Валькирии", задел крылом за опущенную законцовку правого крыла бомбардировщика, перевернулся через его фюзеляж, отбив ему оба киля, ударился об левую консоль и взорвался. Пилоты бомбардировщика не сразу поняли, что произошло. 71 секунду «Валькирии» продолжала прямолинейный полет, затем перевернулась через кр��ло, вошла в штопор и упала. Спастись удалось только Эллу Уайту, который успел катапультировать свою капсулу в последние секунды перед падением. Его лежащий на земле парашют заметили со спасательного вертолета в 20 километрах от обломков ХВ- 70А. Приземление капсулы с полураскрытым парашютом произошло очень грубо, Уайт получил серьезные травмы и три дня не приходил в сознание. От самого бомбардировщика мало что осталось. Носовую часть, в которой находился Кросс (считается, что он потерял сознание от перегрузок), разорвало на несколько частей. Вероятно, машина взорвалась еще в воздухе. Уайт поправился, но больше никогда не летал.

Первый самолёт, с ограниченными возможностями, продолжил испытания и выполнил 33 полёта. 4 февраля 1969 № 1 ушёл на покой и перелетел в Национальный музей ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон в Дейтоне (штат Огайо).