Η North American Aviation ανταποκρίθηκε με τη σχεδίαση και κατασκευή 2 αεροσκαφών αρχικά, μιας και σταδιακά, το ενδιαφέρον για κατασκευή περισσότερων αεροσκαφών μειώθηκε.
Το αεροσκάφος ήταν κατασκευασμένο κυρίως από χάλυβα και τιτάνιο. Με δύο κάθετα σταθερωτά “Vertical stabilizers” και αντίστοιχα πηδάλια διεύθυνσης Rudders”. Αυτός ο γίγαντας του μισού εκατομμυρίου λιβρών μικτού βάρους είχε κοντά στα 59 μέτρα μήκος και κοντά στα 10 μέτρα ύψος. Οι πτέρυγες του, είχαν την ικανότητα να διπλώνουν κατακόρυφα τα ακροπτερύγια για λόγους αεροδυναμικής. Είχε επίσης εμπρόσθια πτερύγια ελέγχου πτήσης (Canards) ή “μουστάκια” -στην καθομιλουμένη- και ανακλινόμενo ρηναίο “Nose droop” τμήμα ατράκτου (παρόμοιο με το Concorde)
Για την προώθηση του διέθετε έξι (6) κινητήρες General Electric YJ93-GE-3 (μια “μεγέθυνση” του κινητήρων J-79 των F-104) που παρείχαν περί τις 25.000 λίβρες ώση με μετάκαυση ο καθένας. Δηλαδή συνολικά 150.000 λίβρες ώση. Μεταξύ μας, σήμερα ένας και μόνο κινητήρας της πολιτικής αεροπορίας παρέχει τέτοια περίπου ώση συνολικά! Το θέμα βεβαίως είναι πως λόγω τεράστιας μετωπικής επιφάνειας ο τελευταίος δεν μπορεί ούτε να ονειρευτεί να τρέξει 1 Mach!

Αρχικά να πω, πως το μέγεθος και οι επιδόσεις αυτού του αεροσκάφους (5 χρόνια πριν από την πρώτη πτήση του Concorde) δίνει άνετα την ευκαιρία στη σκέψη πως ...βεβαίως αν ήθελαν οι ΗΠΑ, κάλλιστα θα μπορούσαν να έφτιαχναν ένα υπερηχητικό επιβατικό αφού το “XB-70A Valkyrie” υπερείχε κατά πολύ σε επιδόσεις (ωφέλιμο βάρος, ταχύτητα και ύψος πτήσης).

Για να δούμε μερικά πράγματα με λίγο περισσότερη αεροδυναμική οπτική και λιγότερη μοντελιστή και γενικού σχολιαστή. Νομίζω αξίζει το ενδιαφέρον μας μια τέτοια σχεδίαση!

Στην ερώτηση γιατί το XB-70 σχεδιάστηκε με αυτό τον τρόπο, η απάντηση μπορεί να βρεθεί αν το συσχετίσουμε με τις απαιτήσεις και δυνατότητες εκείνων των καιρών. Πράγματι, οι τάσεις της εποχής ήταν -για παράδειγμα- η τοποθέτηση εμπρόσθιων πτερυγίων ελέγχου πτήσης (Canards) ή “μουστάκια”, όποτε η σχεδίαση υπαγόρευε πτέρυγες εξάγωνες (ή διπλού δέλτα “Δ”) -αν προτιμάτε- γιατί είχαν το σοβαρό πλεονέκτημα να εξασφαλίζουν εύκολα νεύση “Pitch” (άρση ή βύθιση του ρύγχους του αεροσκάφους, λόγω της μεγάλης απόστασης έμπροσθεν του κέντρου βάρους λόγω μεγάλου βραχίονος ροπής, περιορίζοντας την ανάγκη για αντισταθμίσεις σε πηδάλια ύψους βάθους “elevators” ή σε πηδάλια μικτού τύπου ύψους-βάθους και κλίσης “Elevators-ailerons” ή “Elevons”, όπως συνηθίζεται στα “Δελταπτέρυγα” αεροσκάφη.
Κρίσιμη αστάθεια συμβαίνει σε διηχητικές ταχύτητες (περνώντας από υποηχητική σε υπερηχητική κατάσταση, όταν το κέντρο πίεσης ή “Centre of Pressure” (εκεί που εφαρμόζεται η συνιστάμενη συνολική αεροδύναμης) μετατοπίζεται προς τα πίσω. Αυτή η μετακίνηση μπορεί να εξισορροπηθεί αντισταθμίζοντας με τα πηδάλια “elevators” ή “Elevons”. Αλλά, η μεγάλη γωνία προσβολής αυξάνει την οπισθέλκουσα. Με τα εμπρόσθια πτερύγια Canards το ρύγχος του αεροσκάφους αυξάνει από 0 σε 6 μοίρες να συσχετίσει τη μετατόπιση του κέντρου πίεσης χωρίς να αυξάνεται η γωνία προσβολή της πτέρυγας.
‘Ένας άλλο λόγος είναι η καθοριστική συμβολή τους στην εξομάλυνση της στάσης του αεροπλάνου σε χαμηλές ταχύτητες. Γιατί τα δελταπτέρυγα αεροσκάφη, σε μικρές ταχύτητες όπως προσγείωσης ή απογείωσης ...κοιτάνε τον Θεό! Κατεβαίνουν με το ρύγχος πολύ ψηλά και με αντίστοιχα μεγάλη γωνία προσβολής “Angle of attack” (η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ πτέρυγας αεροσκάφους (η χορδή της συγκεκριμένα) και η διεύθυνση κίνησης του αέρος όπως αυτός προσβάλλει την πτέρυγα).
Πιο συγκεκριμένα, Στο XB-70A τα “canards” έχουν ρυθμιζόμενα πτερύγια καμπυλότητας όπου σε χαμηλές ταχύτητες (όπως στην προσγείωση) ρυθμίζονται στις 20 μοίρες με αποτέλεσμα την νεύση προς τα πάνω (άρση του ρύγχους). Αυτή η αλλαγή αντισταθμίζεται σπρώχνοντας την κολώνα πηδαλίου ύψους βάθους (στο πιλοτήριο) μπροστά, κατεβάζοντας έτσι το πηδάλιο ύψους βάθους “Elevator”, με επακόλουθη άνοδο του αεροσκάφους. Σε αυτό το σημείο όλες οι αεροδυνάμεις είναι θετικές ανοδικές για το σκάφος (και μπροστά λόγω των canards και πίσω λόγω των elevators, έτσι η τάση για υπερβολική ανύψωση μόνο του ρύγχους στη προσγείωση μετριάζεται ενώ η σχέση άντωσης προς βάρος αυξάνεται σε μικρές ταχύτητες.
Βεβαίως τα εμπρόσθια πτερύγια “Canards” έχουν και μειονεκτήματα όπως αστάθεια στον έλεγχο νεύσης και διεύθυνσης σε μεγάλες γωνίες προσβολής, πλευρικές ροές αέρος που επιδρούν στα κάθετα σταθερωτά “Vertical stabilizers” και διαταραχές ροής στις εισαγωγές αέρος κινητήρων. Αλλά οι αεροδυναμικιστές της North American που είχαν δαπανήσει περί τις 14.000 ώρες στην αεροδυναμική σήραγγα, διατείνονταν πως αυτή η σχεδίαση τους με “Canards” αυξάνει την ευστάθεια σε χαμηλές ταχύτητες, και μειώνει σημαντικά την ανάγκη διορθωτικής αντιστάθμισης.
Και μπορεί να σας ξεγελούν αλλά αυτά τα μουστάκια τα Canards έχουν διπλάσιο μέγεθος από ότι τα φτερά του F-104!

Επίσης, συμβατικά αλεξήνεμα δεν μπορούν να αντέξουν στις τεράστιες αντιστάσεις των κυμάτων κρούσης σε 3 Mach. Η λύση βρέθηκε με ολίσθηση του ρύγχους προς τα κάτω και αποκάλυψη του αλεξηνέμου και πλήρους ορατότητας σε χαμηλές ταχύτητες όπως προσγείωση και απογείωση και αντίστροφα ανάσυρση του ρύγχους ώστε το ρύγχος να σηκωθεί και να αποτελέσει φυσική αεροδυναμική προέκταση της ατράκτου με ελάχιστη αντίσταση και όση ορατότητα απαιτείται απ το πλήρωμα. .

Ακόμη, σε ταχύτητες όπως Mach 3, ο αέρας στα χείλη της εισαγωγής των κινητήρων έχει προ-συμπιεστεί αεροδυναμικά με λόγο συμπίεσης 36:1 με επακόλουθη αύξηση της θερμοκρασίας στους 630 F. Μιας και ο αεροσυμπιεστής του κινητήρα δεν μπορεί να δεχτεί υπερηχητικές ροές, ο αεραγωγός έχει σχεδιαστεί να ταπεινώνει τη ροή σε υποηχητική και με μεγάλη πίεση. Γενικά θεωρείται ασφαλές ο αεραγωγός να δημιουργεί διαδοχικά κύματα πίεσης που μειώνουν την ταχύτητα ροής αέρος από 3 Mach σε υποηχητική στην είσοδο μπροστά στον αεροσυμπιεστή.

Ενδιαφέρον επίσης έχει πως το σύνολο του όγκου της κατασκευής των αεραγωγών κάτω απ τη πτέρυγα δημιουργεί ένα αμβλύ κύμα κρούσης όπου η αυξημένη στατική πίεση πίσω από αυτό (όπου η ταχύτητα ροής από 3 Mach πέφτει στα 2,3) δημιουργεί ένα στρώμα πίεσης κάτω απ τη πτέρυγα που επιφέρει αυτό που ονομάζεται Άντωση Συμπίεσης “compression lift effect” πράγμα που προσδίδει μια επιπρόσθετη άντωση στη πτέρυγα περί το 30% της ολικής χωρίς (το σημαντικότερο) να αυξάνεται η ολική αντίσταση. Έτσι το αεροσκάφος μπορεί να ταξιδεύει με χαμηλότερη γωνία προσβολής πράγμα που επίσης περιορίζει την οπισθέλκουσα.

Κουράγιο, μιας και φτάσατε έως εδώ θα αποζημιωθείτε γιατί θα μιλήσουμε για το μόνο αεροσκάφος στη κατηγορία του με ανακλινώμενα ακροπτερύγια! ...τι ν’ τούτα?
Για βελτίωση ευστάθειας του XB-70 σε υπερηχητικές ταχύτητες το αεροσκάφος μπορούσε να ρίξει (ή καλύτερα να κλίνει προς τα κάτω σχεδόν κάθετα τα ακροπτερύγια του μέχρι και 65 μοίρες. Ρίχνοντας τα ακροπτερύγια ήταν σαν να αγκάλιαζε και εγκλώβιζε πλευρικά τον αέρα κάτω απ τις πτέρυγες βελτιώνοντας ακόμη περισσότερο αυτό που ονομάσαμε ήδη “compression lift effect”. Αυτό δημιούργησε την κοινή πεποίθηση πως το FB-70 είχε τον καλύτερο λόγο άντωσης προς οπισθέλκουσα σε επανδρωμένο αεροσκάφος με εξαίρεση τα ανεμόπτερα.
Και κάτι άλλο! Σε υπερηχητικές ταχύτητες ο λόγος άντωσης προς οπισθέλκουσα επίσης βελτιώνεται όσο βραχύτερο είναι το εκπέτασμα. Κάτι που συμβαίνει όταν κατεβάζει τα ακροπτερύγια. Επίσης βελτίωνε τον λόγο άντωσης προς οπισθέλκουσα με κατεβασμένα τα ακροπτερύγια γιατί μείωναν την οπισθέλκουσα αλληλοεπιδρώντας με το κύμα κρούσης των αεραγωγών. Σημειώστε και αυτό ...κατεβάζοντας τα ακροπτερύγια μειώνεται η επιφάνεια πτερύγων πίσω απ το κέντρο βάρους. Αυτό είναι εξαιρετικό γιατί όσο αυξάνεται ο αριθμός Mach (η ταχύτητα) το κέντρο πίεσης κινείται προς τα πίσω, έτσι αν έχουμε μικρότερη επιφάνεια άντωσης πίσω απ το κέντρο βάρους τόσο λιγότερη οπισθέλκουσα αντιστάθμισης απαιτείται. Να προσθέσω ακόμη πως οι κάθετες αυτές επιφάνειες προσθέτουν σε κάθετη συνολική επιφάνεια αυξάνοντας την οριζόντια ευστάθεια.

...Κουτσομπολιό!

Κατασκευάσθηκαν 3 αεροσκάφη. Δύο ΧΒ-70Α και ένα ΧΒ-70Β (το οποίο και δεν ολοκληρώθηκε). Να δούμε όμως ...έχει ενδιαφέρον η πορεία τους.
Το πρώτο (XB-70A-1 62-0001) έκανε την πρώτη πτήση του 21 Σεπ 1964 και παρουσίασε αρκετά προβλήματα κυρίως στα κυψελοειδή μέρη του (νέα δοκιμαζόμενη τεχνολογία τότε) Επίσης αντιμετώπιζαν πολλά προβλήματα σε διαρροές υδραυλικών, καυσίμων και με την ασυνήθη και περίπλοκη σχεδίαση του συστήματος προσγείωσης.
Επίσης το πρώτο αεροσκάφος παρουσίαζε φτωχή ευστάθεια γύρω από τον κάθετο άξονα “Directional Stability” πάνω από τα 2,5 Mach. Έτσι τα δομικά του προβλήματα μαζί με την αστάθεια έθεσαν όριο ταχύτητας 2,5 Mach.
Παρόλα τα πρώτα προβλήματα, οι πτήσεις έδωσαν δεδομένα σε ένα αριθμό θεμάτων που αντιμετώπιζαν οι σχεδιαστές για υπερηχητικές πτήσεις όπως ...Θόρυβος αεροσκάφους, λειτουργικά προβλήματα, σχεδιάσεις ελέγχου πτήσης, σύγκριση μεταξύ δεδομένων από την αεροδυναμική σήραγγα και πραγματικής πτήσης, και αναταράξεις μεγάλου ύψους και καθαρού ουρανού.

Το Δεύτερο αεροσκάφος (XB-70A-2-NA, 62-0207).
Τα προβλήματα με τα κυψελοειδή τμήματα λύθηκαν ενώ στα φτερά δόθηκε 5 μοίρες δίεδρος κλίση με σοβαρή βελτίωση στα χαρακτηριστικά πτήσης, με πρώτη πτήση ένα χρόνο περίπου αργότερα το 1965, στην οποία το αεροσκάφος έπιασε τα 3 Mach.
Το αεροσκάφος συμμετέχει και σε προγράμματα της NASA για έρευνα υπερηχητικών ταξιδιών Δυστυχώς το 1966 το αεροσκάφος κατέπεσε μετά από σύγκρουση στον αέρα με ένα F-104 σε κλειστό σχηματισμό μαζί με άλλα αεροσκάφη επίδειξη της οικογένειας αεροσκαφών με χρήση κινητήρων J-79. Σε αυτό το ατύχημα πιλότος του μοιραίου NF-104 ήταν ο διάσημος δοκιμαστής Younker ο οποίος πλησίασε πολύ κοντά στο XB-70 για κοντινό πλάνο φωτογράφισης.
Μετά το ατύχημα η ατμόσφαιρα φορτίστηκε αρνητικά και με μόνο διαθέσιμο αεροπλάνο το πρώτο υπήρξε διάχυτη η αμφιβολία για τα αποτελέσματα πλέον και το αεροσκάφος διατέθηκε στην NASA για συνέχεια δοκιμών δομικών και άλλων όπως απόσβεση κραδασμών και συντονισμών κλπ.

Λίγο αργότερα εμφανίσθηκαν τα YF-12ς ή SR-71 τα οποία και ανέλαβαν το ρόλο επαξίως. Για παράδειγμα ο συνολικός χρόνος πτήσης των ΧΒ-70ς σε 3 Mach δεν υπερβαίνει την 1 ώρα και 48 λεπτά! Ενώ το SR-71 τον ίδιο χρόνο σε 3 Mach τον έβγαζε σε μία και μόνο μέρα!!

Στις 4 Φεβ. Του 1969 το (XB-70A-2-NA, 62-0207) έκανε τη τελευταία του πτήση για την Αεροπορική Βάση Wright-Patterson στο Ohio ΗΠΑ.