Nadzvukový strategický bombardér XB-70 se ostrého nasazení nedočkal. Místo úderů na SSSR posloužil k výzkumu a experimentům

Nadzvukový bombardér XB-70 Valkyrie americké společnosti North American Aviation uskutečnil svůj první let dne 21. září 1964. Letoun, jenž měl původně sloužit k úderům na SSSR, zastal nakonec díky svému neobvyklému konstrukčnímu řešení a dosahované vysoké rychlosti spíše experimentální roli. Není se však čemu divit, zajímavá aerodynamická podoba letounu bije do očí na první pohled. Zejména v nadzvukovém režimu letu, kdy se sklápí koncová třetina křídla.  

Obtékání vzduchu u nadzvukových letounů

Abychom pochopili, co je na konstrukci amerického bombardéru a sklopných zadních částí křídel tak zvláštní, je třeba si alespoň zjednodušeně vysvětlit, jak vlastně nadzvukové letouny fungují. Pokud se těleso, v našem případě letadlo, pohybuje v atmosféře Země pomaleji než zvuk, tak vzduch, který na těleso konstantně tlačí, je rozrážen a stlačován například na náběžné hraně křídla či na špičce draka letadla. Ale při podzvukové rychlosti letu má čas rozptýlit se plynule do všech směrů. Pokud se však těleso pohybuje rychleji než zvuk, vzduch už se rozptýlit nestačí.

U nadzvukového letounu dochází v takovémto případě ke skokovému zhuštění rozráženého vzduchu, tedy ke krátkodobému stlačení (kompresi) vzduchu a jeho následné expanzi. Stlačení vzduchu je zde mnohonásobně silnější než při běžných podzvukových rychlostech, a tak vzniká fenomén rázové vlny. Můžeme ji v některých případech vidět pouhým okem, jestliže je vzduch okolo nadzvukově letícího letounu dostatečně nasycen vodní párou, vzniká pak typický kužel páry za letounem.

Vzduch, který se nestihne rozptýlit kolem křídla, je stlačován jeho klínovitou náběžnou hranou. Horní část křídla se setkává s proudem přicházejícím pod velmi malým úhlem náběhu, mírně ho stlačuje, přičemž tento stlačený vzduch ji pak obtéká. Proudění řídne pouze v nejtlustší části křídla, kde se stáčí směrem dolů k odtokové hraně. Při nadzvukovém letu tedy řídké proudění zabírá pouze v zadní části křídla, a proto se posunuje působení vztlaku dozadu a letoun má tendenci přecházet do neřízeného střemhlavého letu. 

iZdroj fotografie: U.S. Air Force

Jestliže rázové vlně, vzniklé na náběžné hraně křídla, stojí „v cestě” další část draka letounu, prudce v tom místě vzroste odpor a mechanické namáhání draka letounu. To zásadně ovlivňuje řiditelnost i samotnou strukturální integritu letadel v režimu nadzvukového letu. Když drak letounu nesplňoval aerodynamické požadavky nadzvukového letu, v raných dobách prvních pokusů o překonání rychlosti zvuku docházelo z tohoto důvodu k řadě katastrof.

S tímto problémem si však američtí konstruktéři poradili docela efektivně. Valkyrie dostala do výbavy pohyblivá křídla, která se při překročení nadzvukové rychlosti sklopila směrem dolů o 65°. Působiště vztlaku letounu se tak dostalo při letu vysokou rychlostí do správného místa, vztlak byl zvýšen o celých 30 %, díky čemuž mohl být zmenšen aerodynamický odpor křídel i ocasní plochy.

Konstrukce letounu byla už v dané době nepraktická

Nový letoun XB-70 měl létat na velké vzdálenosti a dosahovat rychlosti překračující 3 Mach. Dlouhé lety však vyžadovaly snížení spotřeby paliva. Existovaly dva způsoby, jak snížit ztráty způsobené vysokým odporem vzduchu. Buď mohl letoun létat v obrovských výškách, kde je hustota vzduchu menší a odpor tudíž klesá, nebo mohli inženýři zkusit maximálně využít všeho, co by mohlo zlepšit aerodynamické vlastnosti letadla.

U letadel je, až na výjimky, řiditelnost a ekonomika letu při podzvukovém letu obvykle mnohem lepší než při letu nadzvukovém. Při přechodu do nadzvukové rychlosti se tyto parametry zhoršují v důsledku větších vlnových ztrát na rázových vlnách vyvolaných tvarem nadzvukově se pohybujícího draka letounu, kde se kinetická energie letadla spotřebovává na práci při neustálém překonávání odporu rázových vln, vznikajících průběžně při zhušťování proudění.

iZdroj fotografie: U.S. Air Force

Pouze částečně umožňuje použití různých aerodynamických „fines” při konstrukci nadzvukového letadla snížit v tomto případě aerodynamický odpor i spotřebu paliva, tím pochopitelně i zvýšit dolet. Ale tehdy se o nadzvukovém proudění kolem tak velkého letícího objektu, jako byla XB-70 Valkyrie, moc nevědělo, i aerodynamická teorie proudění při letu nadzvukovou rychlostí nebyla v tomto směru zcela jasná. Přesto konstruktéři Valkyrie nakonec nějaké „finesy” vymysleli, například sklápěcí křídlo.

Letadlo by ani tak neuniklo PVO

Rychlost Valkyrie byla totiž tak vysoká, že úhel kužele rázové vlny od přídě letadla byl při maximální rychlosti pouze 38°. Takto úzký rázový kužel by zasáhl náběžné hrany konců křídel, což by prudce zvyšovalo aerodynamický odpor a maximum rychlostí letadla by skončilo při cca 2 500 km/hod. Navíc zahřáté a rozžhavené náběžné hrany křídel by překonaly teplotu 330 °C.

Kvůli nadzvukovému ohřevu náběžných hran by Valkyrie vyzařovala i před letounem tolik tepla, kolik by vyzařovaly trysky jejích šesti proudových motorů na zádi, nemluvě o potřebě speciálních žáruvzdorných materiálů k jejich konstrukci, které byly navíc velmi drahé. Šest proudových motorů letadla bylo namísto obvyklého leteckého petroleje poháněno pentaboranem jako později u SR-71.

Navzdory své vysoké toxicitě byl pentaboran ve stejném objemu mnohem výkonnější než běžná letecká uhlovodíková paliva, a proto byl použit ke zlepšení tahových vlastností motorů Valkyrie. Přídavné palivové nádrže měly být podle prvotního projektu poněkud netradičně umístěny na koncích křídel, přičemž po vyčerpání měly být odhozeny. Kvůli nepraktičnosti některých konstrukčních řešení bylo nakonec ale od podoby dle prvních návrhů upuštěno a nároky na letoun se postupně také měnily.

Poslední ránu projektu dala kromě obrovské finanční náročnosti i analýza, podle které by ani v plánovaných výškách a rychlostech letu nemohla XB-70 uniknout protileteckým raketám, především sovětské PVO. A pro odpalování dálkových střel vzduch-země z bombardérů mimo působnost nepřátelské PVO bohatě vyhovovaly již sloužící B-52. Jako strategický bombardér byla XB-70 najednou nepotřebná.

Projekt byl označen za technicky úspěšný

Projekt byl však nakonec přece jen označen za technicky úspěšný. Při zkouškách prototypů s postupným zvyšováním výšky a rychlosti dosahoval letoun XB-70 stále vyšších rychlostí, až nakonec dosáhl projektované rychlosti 3 Mach, kterou zvládly obě vyrobené Valkyrie udržet po dobu 1 hodiny a 48 minut. Dne 8. června 1966 však došlo k nepředvídatelné katastrofě.

Při reklamním skupinovém fotografování za letu pro firmu výrobce leteckých motorů se stíhačka F-104N, pilotovaná zkušeným šéfpilotem NASA Joe Walkerem, jež letěla blízko XB-70, dostala do úplavu a vírového proudění na konci křídla XB-70, což ji otočilo na záda. Bez ohledu na snahu pilota vzápětí zachytila konec křídla bombardéru, který pravděpodobně vnikl do kokpitu F-104N, a pilota zabil.

Při následném nekontrolovaném letu smetla neřízená F-104 směrová kormidla XB-70, načež sama začala hořet. Valkyrie, která přišla o řízení a o směrovou stabilitu, začala po chvíli v neřízené spirále ploché vývrtky klesat. Na dvoučlennou posádku Valkyrie působilo během vývrtky veliké přetížení vlivem odstředivé síly, takže jen pilot Al White dokázal posunout svoji záchrannou kapsli, ve které seděl, od řízení dozadu do polohy k vystřelení z vraku.

Jeho kolega Carl Cross takové štěstí neměl a při dopadu na zem v kabině XB-70 zahynul. Zbývající prototyp letounu XB-70 byl předán NASA, která ho využívala pro experimentální lety. Nyní je letoun vystavován v Národním muzeu amerického letectva v Ohiu. Jak je známo, v SSSR brali hrozbu XB-70 ještě dlouho vážně a zahájili kvůli ní vývoj třímachového záchytného stíhače, ze kterého se později vyvinul známý MiG-25.

Zdroj: TechInsider