ベルX-1

X-1
X-1
	X-1 #46-062、愛称グラマラス・グレニス
一般情報
タイプ	実験用ロケット機
国籍	アメリカ合衆国
メーカー	ベル・エアクラフト
状態	引退
主なユーザー	アメリカ空軍国家航空諮問委員会
建造数	7
歴史
初飛行	1946年1月19日

ベルX-1 (ベルモデル 44 ) はロケットエンジン駆動の航空機で、当初はXS-1と呼ばれ、ベルエアクラフト社によって製造された、国家航空諮問委員会、アメリカ陸軍航空隊、アメリカ空軍の共同超音速研究プロジェクトでした。 1944年に構想され、1945年に設計・製造され、1948年には時速1,000マイル（1,600 km/h、870 kn）近い速度を達成した。この同じ設計の派生型であるベルX-1Aは、燃料容量が大きく、そのためロケットの燃焼時間が長く、1954年には時速1,600マイル（2,600 km/h、1,400 kn）を超えた。^[1]チャック・イェーガーが操縦した、グラマラス・グレニスという愛称の付いた#46-062のX-1機は、水平飛行で音速を超えた最初の有人飛行機であり、新技術のテスト用に設計されたアメリカの実験用ロケット機（および非ロケット機）シリーズである Xプレーンの最初の機体であった。

設計と開発

並行開発

1942年、英国航空省はマイルズ航空機社と共同で、音速の壁を突破できる世界初の航空機を開発する極秘プロジェクトを開始した。このプロジェクトの結果、水平飛行で最高速度1,000マイル/時（870ノット、1,600 km/h）（既存の対気速度記録の2倍以上）、1分30秒で高度36,000フィート（11 km）まで上昇できるターボジェットエンジン搭載のマイルズM.52が設計された。胴体は弾丸のような形で、薄い翼と平らな尾翼を備え、音速以上で制御された飛行が可能だった。マイルズの主任空気力学者デニス・バンクロフトは、1944年の設計で全可動式尾翼が必要だった理由について、1997年にインタビューを受けた。

デニス・バンクロフト: 通常の操縦装置は音速を超えると機能しないと考えました。そのため、通常の昇降舵は文字通りまったく機能しないため、全可動尾翼を作らなければなりませんでした。音速に達すると、すべての空中制御が失われ、航空機は墜落します。^[2]

1944年、マイルズは3機の試作機の製造を進めるよう指示された。1946年2月、初飛行は1946年夏と予想されていたが、M52はキャンセルされた。^[3]有人実物大M.52の代わりに、ロケット推進、航空機からの投下、自動操縦による3/10スケールの模型をテストすることに決定した。1948年10月10日、模型は水平飛行でマッハ1.38を達成した。

ステイシー・キーチ（ナレーター）：X-1の歴史的な飛行から1年後、イギリスはM-52の3分の1スケールの模型で音速の壁を破りました。無人で無線操縦でしたが、ついにその超音速設計の価値を証明しました。^[2]

Bell XS-1 には、従来の水平尾翼が装備されていますが、スタビライザーの調整が可能です。これは、衝撃波によって偏向した昇降舵が尾翼の圧力分布とピッチング力を変化させるのを妨げる場合に、ピッチ制御に必要となります。

1946 年 9 月、DH 108 無尾翼ジェット機が世界速度記録に挑戦する練習中、マッハ 0.875 で激しいピッチング振動が発生し、分解しました。ベル XS-1 には、無尾翼機にはないピッチング減衰機能を備えた従来の水平尾翼が搭載されていました。

研究調査

XS-1 は 1944 年 12 月に初めて議論されました。この航空機の初期の仕様は、高度 35,000 フィート (11,000 m) で時速 800 マイル (1,300 km/h) で 2 分から 5 分間飛行できる有人超音速機でした。^[4] 1945 年 3 月 16 日、米国陸軍航空隊飛行試験部と国家航空諮問委員会(NACA) は、ベル航空機会社と契約し、遷音速域での飛行データを取得するために 3 機の XS-1 (「Experimental, Supersonic」の略、後の X-1) 航空機を製造しました。^[5]

ベルはターボジェットの代替案を検討した後、ロケット飛行機を製作した。ターボジェットでは高高度で要求される性能を達成できなかった。ターボジェットとロケットエンジンの両方を搭載した航空機は大きすぎて複雑すぎる。 ^[4] X-1は原理的に「翼のある弾丸」であり、その形状は超音速飛行で安定していることで知られるブラウニング50口径（12.7 mm）機関銃の弾丸に非常によく似ていた。^[6]この形状は、パイロットが機首の狭いコックピット内の傾斜したフレーム付き窓の後ろに座る程度まで踏襲され、射出座席はなかった。

XS-1の設計においては、遷音速飛行と超音速飛行に関する多くの未知数のため、政府機関、動力装置メーカー、研究機関から入手可能なあらゆる情報源を探す必要があった。外国の情報は、1946年1月にXS-1の最初の滑空試験が行われた直後の1946年初頭に入手可能となり、イギリスの補給省はマイルズM.52をキャンセルし、すべての研究報告書とその他の情報をベル・エアクラフト社に送るよう命じた。^[7]^[8]

NACA研究所と協力していたベル・エアクラフト社の空気力学者は、遷音速飛行中に縦方向のトリムが大きく変化することを予測した。NACAのジョン・スタックとロバート・ギルルースは、ベル社に昇降舵を調整可能な水平安定板に取り付けることを推奨した。[9] ベル社は、大きなトリムの変化に対応するために、急速なピッチ調整が可能な安定板を組み込んだ。[10] テックス・ジョンストンによる契約業者によるテスト飛行で^は、^{パイロット}^の水平安定板への入力と安定板アクチュエーターとの間に許容できないロストモーションが示されたが、これはXS-1が高速研究プログラムに引き渡される前に修正された。[11]水平安定板の設定を固定して、水平尾翼全体または昇降舵だけを動かすことができた。^[12]安定板は、翼の後流よりできるだけ高く、翼よりも薄い断面で配置され、翼からの大きな抗力上昇を尾翼の圧縮性の影響から切り離した。当初、速度を少しずつ上げていくと、制御上の問題が発生する可能性があり、高速で調整すると深刻な制御上の問題が発生する恐れがあったため、水平安定板は地上で設定された発射前の角度のままにされました。しかし、1947 年 10 月、テストパイロットのイェーガーがマッハ 0.94 で昇降舵の効きが悪くなり (ピッチ制御が効かなくなった)、水平安定板を動かすことで制御が強化されることに気付くまでテストチームは驚きました。飛行開始時に制御された落下を確実に行うには、地上で尾翼のトリム設定を正確に設定する必要がありました。スコットクロスフィールドは、母機から落とされた X-1 が 1 度の不注意でひっくり返ったことを語っています。^[13]尾翼の構成は X-1A シリーズに引き継がれました。その後の超音速機はすべて、全可動尾翼か「尾翼のない」デルタ翼型になりました。^[14]

後退翼については当時あまり知られていなかったため、採用されなかった。この設計は戦闘機につながる可能性があったため、XS-1は地上から離陸することを意図していたが、戦争の終結によりB-29スーパーフォートレスが利用可能となり、空中に持ち出すことができた。^[4]

このロケットエンジンは、米国で最初に液体燃料ロケットエンジンを製造した企業の1つであるReaction Motors Inc.によって製造された4室設計でした。燃料として過酸化水素モノプロペラント、アニリン/硝酸バイプロペラント、ニトロメタンモノプロペラントを検討した後、ロケットは液体酸素酸化剤で水で希釈したエチルアルコールを燃焼しました。4つのチャンバーは個別にオン/オフを切り替えることができるため、推力を1,500 lbf（6,700 N）単位で変更できました。最初の2つのX-1エンジンの燃料タンクと酸素タンクは窒素で加圧され、飛行時間が約1短縮されました。+着陸速度は1⁄2分短縮され、着陸重量は2,000ポンド（910kg）増加したが、残りのエンジンはガス駆動ターボポンプを使用し、エンジンを軽量化しながらチャンバー圧力と推力を高めた。^[15]^[4]

運用履歴

ベル・エアクラフト社の主任テストパイロット、ジャック・ウーラムスがXS-1を操縦した最初の人物となった。彼は1946年1月19日、フロリダ州パインキャッスル陸軍飛行場上空で滑空飛行を行った。ウーラムスはパインキャッスル上空でさらに9回の滑空飛行を行い、B-29が同機を高度29,000フィート（8,800メートル）で投下し、XS-1は12分後に時速約110マイル（180キロメートル）で着陸した。1946年3月、ロケット機1号機はニューヨーク州バッファローのベル・エアクラフト社に返却され、動力飛行テストに備えて改修が行われた。 1946年12月9日の最初の動力試験の前に、フロリダ州での試験中に浸水したカリフォルニア州パームデール近郊のムロック陸軍飛行場でさらに4回の滑空試験が行われた。2つの燃焼室に点火したが、機体の加速が速すぎたため、1つの燃焼室は35,000フィート (11,000 m) で再点火されるまで停止され、マッハ0.795に達した。燃焼室が停止した後、機体は15,000フィート (4,600 m) まで降下し、そこで4つの燃焼室すべてが短時間試験された。^[4]^[16]

1946年8月に全米航空レースの練習中にウーラムスが亡くなった後、チャーマーズ・「スリック」・グッドリンがベル・エアクラフト社のX-1の主任テストパイロットに任命された。グッドリンは1946年12月9日に最初の動力飛行を行った。ベルの主任テストパイロット兼プログラム監督のテックス・ジョンストンは、飛行試験の進捗が遅いという苦情を受けて、1947年5月22日にテスト飛行を行った。ジョンストンによると、「航空隊との契約では、ベルによるテストは機内システムの検証、操縦特性の評価、安定性と制御、マッハ0.99までの性能テストと定義されていた」。ジョンストンはマッハ0.72での最初の飛行の後、縦方向のトリムシステムが修理され、さらに3回のテスト飛行が行われれば、飛行機は超音速飛行の準備が整ったと考えていた。^[17]

陸軍航空隊は飛行範囲の拡大が慎重なペースで進んでいることに不満を抱き、ベル・エアクラフト社との飛行機番号46-062の飛行試験契約は打ち切られた。試験プログラムは、数ヶ月の交渉の末、6月24日に陸軍航空隊飛行試験部門に獲得された。グッドリンは音速を超えたことに対して15万ドルのボーナス（2023年時点で205万ドルに相当）を要求していた。^[18]^{: 96}^[19]^[20] X-1-2（シリアル46-063）の飛行試験は、後に量産される高性能航空機の設計データを提供するためにNACAによって実施されることとなった。

マッハ1飛行

初の有人超音速飛行は1947年10月14日、カリフォルニア州モハーベ砂漠上空で行われた。^[21]アメリカ空軍が独立軍として創設されてから1ヶ月も経たない頃だった。チャールズ・「チャック」・イェーガー大尉が操縦したのは、妻にちなんで「グラマラス・グレニス」と名付けられたUSAF機#46-062だった。この飛行機はB-29の爆弾倉から投下され、マッハ1.06（時速700マイル（1,100 km/h、610 kn））に達した。 ^[1]エンジンが焼き切れた後、飛行機は滑空して乾燥した湖底に着陸した。^[18]^{: 129–130}これはXS-1の50回目の飛行であった。

イェーガーは1947年10月14日にX-1でマッハ1を超えた。

X-1 プログラムの主な参加者 3 名は、その功績により 1948 年に全米航空協会コリアートロフィーを受賞しました。ホワイトハウスでトルーマン大統領から表彰されたのは、ベルエアクラフト社のラリーベル、飛行操縦者のイェーガー大尉、NACA への貢献を讃えられたジョンスタックでした。

イェーガーの10月14日の飛行の話は雑誌「アビエーション・ウィーク」の記者にリークされ、ロサンゼルス・タイムズ紙は12月22日号のトップニュースとしてこの話を取り上げた。雑誌の記事は12月20日に公開された。空軍は、この話を暴露したジャーナリストに対して法的措置を取ると脅したが、結局何も起こらなかった。^[22]直線翼の超音速機のニュースは、多くのアメリカの専門家を驚かせた。彼らは、戦時中のドイツの専門家と同様、音速の壁を破るには後退翼の設計が必要だと信じていた。^[4] 1948年6月10日、空軍長官スチュアート・サイミントンが、音速の壁が2機の実験機によって繰り返し破られたと発表した。^[23]^[24]

1949年1月5日、イェーガーは46-062号機を使用してX-1計画で唯一の通常（滑走路）発進を行い、90秒で23,000フィート（7,000メートル）に到達した。^[25]

遺産

1997 年、米国郵政公社は、ベル X1-6062 航空機をマッハ約 1.06 (時速 1,299 km、時速 806.9 マイル) の超音速で飛行した最初の航空機として認定する 50 周年記念切手を発行しました。

ベル X-1 は、アーサーのエピソード「アーサーの大ヒット」でおもちゃのバージョンの題材にもなっています。そのエピソードで、DW はそれを窓から飛ばそうとしますが、地面に落ちて壊れてしまいます。その結果、アーサーが拳を握りしめて DW を殴るという有名なシーンが生まれました。アーサーが拳を握りしめるこの有名なシーンは、それ以来ミームになっています。

バリエーション

X-1 のその後の派生型は、超音速飛行のさまざまな側面をテストするために製造されました。そのうちの 1 つである X-1A は、イェーガーが操縦していましたが、意図せずして、高速 (マッハ 2 以上) 超音速飛行の非常に危険な特性である慣性結合を実証しました。イェーガーの飛行士としてのスキルだけが惨事を防いだのです。後にメル・アプトは、同様の状況下でベル X-2 をテスト中に命を落としました。

X-1A

(ベルモデル58A )

1948年4月2日に空軍から発注されたX-1A（シリアルナンバー48-1384）は、マッハ2（681m/s、2,451km/h）を超える速度と90,000フィート（27km）を超える高度での空気力学的現象を調査することを目的としており、特に動的安定性と空気負荷に重点が置かれていた。オリジナルのX-1よりも長く重く、視界を良くするために段付きのキャノピーを備えたX-1Aは、同じリアクションモーターズXLR-11ロケットエンジンで駆動されていた。この航空機は1953年2月14日にエドワーズ空軍基地で無動力で初飛行し、2月21日に最初の動力飛行を行った。両方の飛行はベルのテストパイロット、ジーン・「スキップ」・ジーグラーが操縦した。

NACA がダグラススカイロケットで高速試験を開始し、 1953 年 11 月 20 日にスコットクロスフィールドがマッハ 2.005 を達成した後、空軍は X-1A で一連の試験を開始し、このシリーズのテストパイロットであるチャックイェーガーはこれを「NACA ウィープ作戦」と名付けました。これらは 1953 年 12 月 12 日に最高潮に達し、イェーガーは高度 74,700 フィート (22,800 m) とマッハ 2.44 (その高度で時速 1620 マイル、秒速 724.5 m、時速 2608 km に相当) という新しい対気速度記録を達成しました。スカイロケットでのクロスフィールドとは異なり、イェーガーはこれを水平飛行で達成しました。その後すぐに、当時はまだ理解されていなかった慣性結合という現象により、航空機は制御不能に陥りました。 X-1Aは最高高度から25,000フィート（7,600メートル）まで降下し、パイロットは8Gもの加速度にさらされたが、その間にイェーガーはヘルメットでキャノピーを破壊し、制御を取り戻した。^[26]

1954年5月28日、アーサー・W・マレー少佐がX-1Aを操縦し、高度90,440フィート（27,570メートル）の新記録を樹立した。^[27]

この機体は1954年9月にNACAに引き渡され、その後改修された。X-1Aは1955年8月8日に失われた。RB -50母機からの発射準備中に爆発が起こり、機体の液体酸素タンクが破裂した。RB-50の乗組員の助けを借りて、テストパイロットのジョセフ・A・ウォーカーは機体から脱出し、その後機体は投棄された。砂漠の地面に衝突して爆発したX-1Aは、爆発で失われた多くの初期のXプレーンの最初のものとなった。^[28]^[29]

X-1B

(ベルモデル58B )

X -1B （シリアル48-1385）には、熱研究用の空力加熱装置が装備されていた（表面に300以上の熱プローブが設置されていた）。主翼がわずかに異なることを除いて、X-1Aと類似していた。X-1Bは、1954年10月からアメリカ空軍による高速研究に使用され、1955年1月にNACAに移管された。NACAは1958年1月までこの機体を飛行させたが、燃料タンクの亀裂により地上停止を余儀なくされた。X-1Bは合計27回の飛行を完了した。注目すべき成果は、方向制御に使用される小型反動ロケットシステムを搭載したことで、X-1Bはこの洗練された制御システムを搭載した最初の航空機となり、後にノースアメリカンX-15に使用された。 X-1Bは現在、オハイオ州デイトンのライト・パターソン空軍基地にある国立アメリカ空軍博物館に所蔵されており、博物館内のアルバート・ボイド少将およびフレッド・アスカーニ少将研究開発ギャラリーに展示されている。

X-1C

（ベルモデル58C）X-1C（シリアル48-1387）^[30]は、高遷音速および超音速飛行領域での兵器と弾薬の試験を目的としていた。ノースアメリカンF-86セイバーやノースアメリカンF-100スーパーセイバーのような遷音速および超音速対応航空機の開発により、専用の実験試験機の必要性がなくなったため、モックアップ段階でキャンセルされた。^[31]

X-1D

(ベルモデル 58D ) X-1D (シリアル番号 48-1386) は、第 2 世代の超音速ロケット機の最初の機体です。EB -50A (シリアル番号 #46-006) から飛行し、熱伝達の研究に使用されました。X-1D には、新しい低圧燃料システムとわずかに増加した燃料容量が装備されていました。また、航空電子機器スイートにも若干の変更が加えられました。

1951年7月24日、ベル社のテストパイロット、ジャン・"スキップ"・ジーグラーが操縦するX-1Dはロジャーズ・ドライ・レイク上空で発進したが、これが同機の飛行中唯一の成功飛行となった。無動力滑空は9分間の降下後に完了したが、着陸時に機首の着陸装置が故障し、機体は不格好に滑って停止した。修理には数週間かかり、2回目の飛行は8月中旬に予定されていた。1951年8月22日、X-1Dは初の動力飛行の準備中に燃料爆発で失われた。機体はEB-50A母機から投棄された後、衝突により破壊された。^[32]

X-1E

（ベルモデル44）

X -1Eは、1951年に爆発で失われたX-1DとX-1-3（シリアル46-064）のために当初設定された目標を追求するために、X-1-2（シリアル46-063）を再構築した結果でした。謎の爆発の原因は、最終的に、液体酸素配管に使用された、革処理剤であるトリクレジルリン酸（TCP）を含浸させたウルマーレザー^[34]ガスケットの使用にまでさかのぼりました。TCPは、純酸素と機械的衝撃の存在下では不安定になり、爆発します。^[35]このミスにより、2人の命が失われ、負傷者が出て、数機の航空機が失われました。^[36]

変更内容は次のとおりです。

ターボポンプ燃料供給システム。これにより、'062と'063で使用されていた高圧窒素燃料システムが廃止された。窒素燃料システムの金属疲労に関する懸念から、X-1-2は元の構成で54回目の飛行を行った後、地上に留め置かれた。^[37]
再設計された超薄翼（3+X-3スティレットの主翼形状をベースに、翼幅を3⁄8インチ（根元で86mm）に拡大し、 X -1Eはマッハ2を超える速度を実現した。^[38]
オリジナルのグリーンハウスガラスは「ナイフエッジ」風防に置き換えられ、胴体側面ハッチは上向きに開くキャノピーに置き換えられ、射出座席の設置が可能になりました。
空力データ用の圧力ポート200個と、翼と胴体に沿った構造荷重と空力加熱を測定するためのひずみゲージ343個が追加されました。^[37]

X-1Eは1955年12月15日に初飛行し、米空軍のテストパイロット、ジョー・ウォーカーの操縦による滑空飛行を行った。ウォーカーは1958年に21回の飛行で最高速度マッハ2.21 (752 m/s、2,704 km/h) を達成した後、X-1Eプログラムから離脱した。NACAの研究パイロット、ジョン・B・マッケイが1958年9月に彼に代わってマッハ3 (1,021 m/s、3,675 km/h) を目指して5回の飛行を行ったが、燃料タンク壁に構造的な亀裂が見つかったため、1958年11月の26回目の飛行後にX-1Eは永久に飛行停止となった。

展示されている航空機

X-1-1 #46-062国立航空宇宙博物館の*グラマラス・グレンニス*。色はインターナショナルオレンジ。^[39]

X-1-1、空軍シリアルナンバー46-062グラマラス・グレニスは現在、ワシントン・ダレスのスティーブン・F・ウドバー・ヘイジー・センターのボーイング航空格納庫に展示されているが、国立航空宇宙博物館の改修工事中に移設された。この機体はB-29に搭乗してワシントンD.C.まで飛行し、1950年に当時のアメリカ国立航空博物館に寄贈された。^[40]^[41]
X-1B、AFシリアル番号48-1385は、オハイオ州ライト・パターソン空軍基地にあるアメリカ空軍国立博物館の研究開発格納庫に展示されています。
X-1E、AFシリアル番号46-063は、カリフォルニア州エドワーズ空軍基地のNASA アームストロング飛行研究センター本部ビルの前に展示されています。この機体は、フロリダ州ケープ・ケネディを舞台にしたテレビシリーズ『 I Dream of Jeannie 』のエピソードによく登場します。

仕様（ベル X-1 #1 および #2）

1935年以降のベル航空機のデータ、 ^[42] Xプレーン：X-1からX-45 ^[25]

一般的な特徴

乗員: 1
長さ: 30 フィート 11 インチ (9.42 メートル)

X-1A、X-1B、X-1D: 35 フィート 8 インチ (10.87 m)

X-1C: 35.0 フィート (10.67 メートル)

翼幅: 28 フィート 0 インチ (8.53 m)

X-1E: 22 フィート 10 インチ (6.96 m)

高さ: 10 フィート 10 インチ (3.30 m)
翼面積: 130平方フィート (12 m ² )⠀

X-1E 115平方フィート（^10.7m2）

翼型: #1 NACA 65-110 (厚さ10%)

#2、X-1A、X-1B、X-1D NACA 65-108 (厚さ 8%)

X-1E NACA 64A004

自重: 7,000 ポンド (3,175 kg)

X-1A、X-1B、X-1C、X-1D: 6,880 ポンド (3,120 kg)

X-1E: 6,850ポンド (3,110 kg)

総重量: 12,250 ポンド (5,557 kg)

X-1A、X-1B、X-1C、X-1D: 16,487 ポンド (7,478 kg)

X-1E: 14,750ポンド (6,690 kg)

動力装置:リアクションモーターズ XLR11-RM-3 4室液体燃料ロケットエンジン 1基、推力6,000 lbf (27 kN)

X-1E: リアクションモーター RMI LR-8-RM-5 6,000 lbf (27 kN)

パフォーマンス

最高速度: 1,612 mph (2,594 km/h、1,401 kn)

X-1E: 1,450 mph (1,260 kn; 2,330 km/h)

最高速度：マッハ2.44

X-1E: M2.24

持続時間: 5分間の動力飛行

X-1A、X-1B、X-1C、X-1D: 4分40秒の動力飛行

X-1E: 4分45秒の動力飛行

実用上昇限度: 70,000 フィート (21,000 メートル)

X-1A、X-1B、X-1C、X-1D: 90,000 フィート (27,000 メートル)

X-1E: 75,000 フィート (23,000 メートル)

メディアでの注目の出演

参照

類似した役割、構成、時代の航空機

マイルズ M.52

関連リスト

参考文献

注記

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文献

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外部リンク

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X-1 50周年 – NASA
チャーマーズ H. (スリック) グッドリン – NASA
アメリカのX-Vehicles – 一覧—X-1からX-50 – NASA
ベル X-1 – 国立航空宇宙博物館
チャック・イェーガー将軍 | 公式サイト
ベル X-1 実験機のモデラーガイドパート 1、パート 2
X-1 が上空に運ばれる; ベル X-1 のコックピット –ポピュラーサイエンス

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