Ve čtyřicátých letech minulého století pokládali mnozí vědci rychlost zvuku za neprostupnou fyzikální zeď. Letadla blížící se k hranici jednoho Machu narážela do neviditelné rázové vlny, přicházela o ovladatelnost kormidel a v divokých vibracích se lámala na kusy. Průlom přinesl až oranžový raketový letoun Bell X1 s tvarem puškové kulky a revoluční plovoucí výškovkou. Teprve tento geniální inženýrský prvek umožnil pilotu Chucku Yeagerovi bezpečně prolomit bariéru a otevřít lidstvu cestu k nadzvukovým rychlostem.
Když piloti na sklonku druhé světové války zahájili strmý střemhlavý let z velkých výšek, začaly se s jejich stroji dít nevysvětlitelné věci. Řídicí páka v kabině náhle ztuhla jako zalitá v betonu, letadlo přestalo reagovat na pohyby výškovky a celý drak začaly drtit brutální vibrace. Mnozí letci za tyto neznámé síly zaplatili životem. V letecké komunitě se zrodil mýtus o zvukové bariéře, tedy o pevné vzduchové stěně, kterou žádný lidský výtvor nedokáže prorazit. Vědci z amerického výzkumného úřadu NACA i armádní inženýři však věděli, že nejde o magii, ale o neprozkoumanou fyziku stlačitelnosti vzduchu. Překonání této překážky vyžadovalo zcela nový přístup ke stavbě křídel i ocasních ploch, jak dokládají i odborné archivní záznamy v Smithsonian National Air and Space Museum.
Tvar kulky z kulometu: Jak inženýři obešli vzdušný odpor
Při rychlostech blížících se rychlosti zvuku, tedy v takzvané transonické oblasti, proudí vzduch kolem zakřivených částí letadla mnohem rychleji než kolem zbytku trupu. Na horní straně křídla tak vznikají lokální nadzvuková pole, která zakončuje ostrá rázová vlna. Za touto vlnou se proudění vzduchu okamžitě odtrhne a změní se v divoký turbulentní vír. Hlavní konstruktér společnosti Bell Aircraft Robert Woods proto hledal tvar tělesa, o kterém bylo spolehlivě známo, že létá stabilně nadzvukovou rychlostí. Našel ho v armádním arzenálu: byl jím projektil těžkého kulometu Browning ráže dvanáct celých sedm milimetru.
Trup letounu Bell X1 proto dostal aerodynamicky čisté linie bez jakýchkoliv vystupujících prvků. Dokonce i překryt kabiny byl zcela zapuštěn do obrysu špičky, takže pilot hleděl ven přes zkosená okénka v samotném nose stroje. Křídla byla vyrobena jako mimořádně tenká s tloušťkou profilu pouhých osm procent hloubky a byla vyfrézována z pevných hliníkových desek, aby odolala gigantickému namáhání. Letoun neměl klasický podvozek pro vzlet ze země s plnými nádržemi: do bezpečné výšky kolem sedmi tisíc metrů jej vynášel upravený čtyřmotorový bombardér B 29 Superfortress, z jehož otevřené pumovnice byl zavěšený raketoplán vypouštěn.
Plovoucí ocas: Vynález který zachránil život pilotům
Skutečné tajemství úspěchu letounu Bell X1 se však nenacházelo na špici, ale na samotném ocase. Klasická letadla té doby používala pevnou vodorovnou ocasní plochu, na jejíž odtokové hraně byla zavěšena pohyblivá klapka výškovky. Když se letoun přiblížil k rychlosti zvuku, rázová vlna vzniklá na stabilizátoru způsobila úplné odtržení mezní vrstvy vzduchu. Pohyblivá výškovka se ocitla v mrtvém turbulentním prostoru a zcela ztratila schopnost měnit směr letu. Právě to zabilo britského pilota Geoffreyho de Havillanda mladšího v bezocasém letounu DH 108 v září 1946, jak potvrzují i historické vyšetřovací zprávy uložené v U.S. National Archives.
Inženýři Jack Ridley a Robert Gilruth proto přišli s radikálním řešením, kterým byla celistvá plovoucí vodorovná ocasní plocha. Namísto malé klapky na pantu se pohyboval celý vodorovný stabilizátor jako jednolitá deska, kterou poháněl elektrický šroubový zvedák. I když rázová vlna obklopila ocasní plochy, pilot mohl změnou úhlu náběhu celého stabilizátoru spolehlivě zvednout či potlačit příď letadla. Tento princip se stal základním stavebním kamenem všech budoucích nadzvukových stíhaček i strategických letounů, které musely zvládat rázové vlny, jak později ukázala aerodynamika bombardéru při rozboru pro letoun XB 70 Valkyrie a využití rázové vlny.
O pohon se staral čtyřkomorový raketový motor Reaction Motors XLR 11, který spaloval kapalný kyslík a směs lihu s vodou vytlačované stlačeným dusíkem. Motor disponoval celkovým tahem dvacet šest celých sedm kilonewtonu rozděleným do čtyř samostatných spalovacích komor. Pilot mohl jednotlivé komory zapínat postupně podle toho, jaké zrychlení potřeboval. Zásoba paliva v nádržích však vystačila na pouhé dvě a půl minuty chodu při plném výkonu všech čtyř komor.
| Letoun a země původu | Pohonný systém | Dosažená rychlost | Klíčový aerodynamický prvek | Výsledek zkoušek |
|---|---|---|---|---|
| Bell X1 (USA) | Čtyřkomorový raketový motor XLR 11 | Mach 1,06 (1 127 km/h) | Plovoucí vodorovná ocasní plocha a tenký profil křídla | První řízený vodorovný nadzvukový let v dějinách |
| de Havilland DH 108 (Velká Británie) | Proudový motor Goblin | cca Mach 0,9 v klesání | Šípové křídlo bez vodorovných ocasních ploch | Destrukce draku a smrt zkušebního pilota v rázové vlně |
| Messerschmitt Me 163 (Německo) | Kapalný raketový motor Walter | cca Mach 0,84 v letu | Bezocasá koncepce se šípovým křídlem | Ztráta stability a prudké nekontrolovatelné potlačení přídě |
| North American F 86 Sabre (USA) | Proudový motor General Electric J47 | Mach 1,0 v klesavém letu | Šípové křídlo 35 stupňů a plovoucí stabilizátor | První sériová stíhačka schopná překonat rychlost zvuku |
Zlomená žebra a rázová vlna nad jezerem Muroc
Rozhodující den nastal 14. října 1947 nad vyschlým solným jezerem Muroc v Kalifornii. Do kokpitu oranžového stroje pojmenovaného Glamorous Glennis podle manželky pilota usedl čtyřiadvacetiletý kapitán Charles Chuck Yeager. Dva dny před letem si při pádu z koně zlomil dvě žebra. Aby nebyl vyřazen z programu, zatajil zranění před vojenskými lékaři. Bolest byla tak silná, že nemohl pravou rukou dosáhnout na zajišťovací páku těžkých vstupních dveří v boku trupu. Jeho věrný inženýr Jack Ridley mu proto tajně uřízl kus násady od koštěte, kterou Yeager použil jako páku k bezpečnému uzamčení kabiny zevnitř.
Po odhození z mateřského letounu ve výšce sedmi tisíc metrů Yeager postupně zažehl všechny čtyři raketové komory a zahájil strmé stoupání. V transonické oblasti kolem rychlosti Mach nula celých osmdesát osm začal letoun prudce vibrovat a klasická výškovka přestala fungovat. Yeager však přepnul na elektrické ovládání plovoucího stabilizátoru a kontrolu nad strojem okamžitě obnovil. Ve výšce třináct tisíc metrů ručička machmetru překonala hodnotu jedna celá nula a ustálila se na rychlosti Mach jedna celá nula šest, což odpovídalo rychlosti jeden tisíc sto dvacet sedm kilometrů v hodině. Na zemi pod letounem poprvé v dějinách zahřměl sonický třesk. Zvuková bariéra nebyla nepřekonatelnou zdí, ale pouhou inženýrskou hádankou, kterou vyřešila odvaha jednoho pilota a geniální mechanika plovoucího ocasu.
