Le North American XB-70 est le prototype du bombardier stratégique nucléaire de pénétration B-70, destiné au de l'. North American Aviation conçoit le comme un grand avion à six turboréacteurs, capable d'atteindre des vitesses supérieures à à d'altitude ().
Grâce à ces performances de vitesse et d'altitude maximales, le B-70 est supposé être quasiment invulnérable vis-à-vis des avions d'interception, la seule véritable parade contre les bombardiers à l'époque. Sa grande vitesse rend l'avion difficile à distinguer sur les écrans des radars et son altitude de vol élevée se situe au-delà des capacités des avions de chasse soviétiques de l'époque. Même en cas de détection, l'appareil ne passerait de toute façon qu'un temps très bref dans le volume de détection d'une station radar donnée, ne laissant pas aux contrôleurs de le temps de conduire avec succès une interception au moyen des chasseurs d'alerte.
L'arrivée des premiers missiles surface-air soviétiques, à la fin des années 1950, remet en cause la quasi-invulnérabilité du B-70. En réponse, l'USAF lance des missions à basse altitude, où l'horizon radar des centres de contrôle des missiles est limité par le relief local. Dans son rôle, connu comme pénétration, le B-70 offre des performances légèrement meilleures que le B-52 qu'il doit remplacer. Il est, cependant, beaucoup plus cher et a un plus petit rayon d'action, en raison de sa consommation de carburant élevée. Un certain nombre de missions alternatives sont proposées, mais elles ne rencontrent qu'un intérêt limité. Puisque la mission stratégique passe des bombardiers aux missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) à la fin des années 1950, les bombardiers pilotés sont de plus en plus considérés comme anachroniques.
L'USAF cesse finalement de se battre pour sa production et le programme B-70 est annulé en 1961. Le développement devient ensuite un programme de recherche destiné à étudier les effets d'un vol de longue durée à grande vitesse. En tant que tel, deux prototypes sont construits et désignés XB-70A ; ces appareils sont utilisés pour des vols d'essais supersoniques entre 1964 et 1969. En 1966, un prototype s'écrase après qu'un chasseur F-104 de son escorte en vol est entré en collision avec son aile droite et détruit ses empennages. Le bombardier restant est exposé au National Museum of the United States Air Force (NMUSAF), à Dayton, dans l'Ohio.
Développement
Contexte historique Dans la continuité du projet de bombardier-fusée piloté MX-2145 de Boeing, le constructeur s'associe avec la RAND Corporation, en , afin d'étudier quelle sorte d'avion serait nécessaire pour larguer les diverses armes nucléaires alors en développement. Bien qu'un long rayon d'action et une charge utile élevée soient des exigences manifestes, ils concluent également qu'après le largage des bombes nucléaires, le bombardier doit être supersonique afin d'échapper au souffle de l'explosion. L'appareil doit, de plus, être suffisamment grand pour emporter une charge de bombes correcte et une quantité de carburant suffisante pour effectuer des missions sans ravitaillement entre les États-Unis contigus et l'Union soviétique..
Pendant quelque temps, l'industrie aéronautique étudie la question. Depuis le milieu des années 1940, il y a beaucoup d'intérêt dans l'utilisation d'un avion à propulsion nucléaire dans le rôle de bombardier..Citation de Theodore von Kármán (1945) : "The size and performance of the craft driven by atomic power would depend mainly on… reducing the engine weight to the limiting value which makes flight at a certain speed possible.". Dans un turboréacteur conventionnel, la puissance est fournie en accélérant l'air, ce qui est obtenu en le chauffant via la combustion de carburant. Dans un moteur nucléaire, la chaleur est fournie par un réacteur, bien qu'une petite quantité de carburant classique soit emportée pour être utilisée lors des décollages et des passages à grande vitesse. Une alternative consiste à utiliser des carburants hautement énergiques ( - ), enrichis au bore, qui améliore la densité d'énergie du carburant d'environ 40 %., et peuvent être utilisés sur des versions de turboréacteurs déjà existants. Les carburants hautement énergiques semblent offrir des améliorations de performance suffisantes pour produire un bombardier stratégique pouvant atteindre des vitesses supersoniques.
WS-110A vignette|upright=1.25|Proposition initiale de North American Aviation pour le . Les « obus » placés sur les ailes sont de grands réservoirs de la taille d'un .. L'USAF suit de près ces développements et, en 1955, fait paraître le , pour un nouveau bombardier avec la charge et le rayon d'action intercontinental du B-52 et la vitesse maximale de du Convair B-58 .. Le nouveau bombardier doit entrer en service en 1963.The NB-58 Hustler was used for XB-70 engine testing, and the TB-58 was used for XB-70 chase and training.. Sont alors étudiées une version nucléaire et une autre conventionnelle. Le bombardier à propulsion nucléaire est placé sous le « Weapon System 125A » et accompagné de la version à turboréacteurs, « Weapon System 110A. ».
Pour le WS-110A, l’ (ARDC, commandement aérien de recherche et de développement) de l'USAF, demande un bombardier à carburant chimique avec une vitesse de croisière de et la plus grande vitesse possible sur une distance de (), pour le vol dans les environs de la cible. La charge utile doit être de () et le rayon d'action, de (). L’ a des exigences similaires en 1955, pour le , un système de reconnaissance intercontinental ; mais il est annulé en 1958 en raison d'un meilleur choix.... En , six sous-traitants sont sélectionnés pour émettre des propositions sur les études du WS-110A. Boeing et North American Aviation (NAA) soumettent des propositions et, le , reçoivent des contrats pour le développement de Phase 1.
À la mi-1956, les premiers projets sont présentés par les deux sociétés... Le système de postcombustion fait appel à du carburant hautement énergétique, ce qui permet d'accroître le rayon d'action de 10 à 15 % par rapport au carburant traditionnel.. Les deux avions doivent être équipés de grands réservoirs additionnels placés aux extrémités des ailes ; une fois vides, il est prévu que ces derniers soient largués avant d'entamer la phase de vol supersonique vers la cible. Des réservoirs se trouvent également dans la partie extérieure des ailes, et peuvent être largués pour rendre l'aile mieux adaptée pour les vitesses supersoniques ; une fois éjectés, ces derniers réservoirs ont une forme trapézoïdale. La voilure ainsi modifiée permet à l'avion les meilleures performances possibles. Les avions des deux projets doivent recevoir un cockpit affleurant, afin de conserver la meilleure pureté aérodynamique possible, au détriment de la visibilité..
Pour les deux projets, la masse maximale au décollage est de l'ordre de () avec le plein de carburant. Les programmes sont évalués par l’ et, en , ils sont considérés comme trop grands et compliqués pour les opérations. Le Général Curtis LeMay se montre dédaigneux, déclarant : . L’ met fin à la de développement en et demande aux deux avionneurs de continuer l'étude de conception..
Nouveaux projets Pendant que les propositions sont étudiées, les avancées dans le vol supersonique progressent rapidement. Pour le vol supersonique, l'utilisation d'une voilure delta se montre plus adaptée, et ce type de voilure remplace ainsi celui des premiers projets, comme les ailes en flèche et trapézoïdales utilisées sur des avions comme le Lockheed F-104 ou les premiers projets WS-110. Les moteurs doivent faire face à de hautes températures et aux grandes variations de la vitesse d'entrée de l'air, ce qui est nécessaire pour de longs vols supersoniques.
Ces études permettent une découverte intéressante : lorsqu'un moteur est optimisé spécifiquement pour les grandes vitesses supersoniques, il peut arriver qu'il consomme deux fois plus de carburant lorsque l'avion vole en subsonique. Cependant, le bombardier doit pouvoir voler à quatre fois cette vitesse. De plus, au regard de la consommation de carburant par rapport à la distance parcourue, sa vitesse de croisière la plus économique est sa vitesse maximale ; cette caractéristique est totalement inattendue. Si l'avion est conçu pour atteindre , il est préférable qu'il réalise toute la mission à cette vitesse. La question reste alors de savoir si une telle idée est techniquement réalisable ; toutefois, en , le développement des moteurs et les essais en soufflerie ont suffisamment progressé pour pouvoir envisager cette idée.
La conception du WS-110 est modifiée pour que l'avion puisse voler à pendant toute la durée de sa mission. Le carburant spécial doit être utilisé dans la postcombustion, afin d'accroître le rayon d'action.. North American et Boeing soumettent leurs propositions : les deux avions ont un long fuselage et une grande voilure delta et leur principale différence est la motorisation. Le projet de North American dispose de six turboréacteurs placés dans une grande nacelle sous l'arrière du fuselage ; sur l'avion de Boeing, les réacteurs doivent être placés dans des nacelles individuelles suspendues sous les ailes, à la manière du B-58 .
vignette|upright=1.25|Dernier projet du WS-110A par North American, construit comme le XB-70. North American parcourt de nombreux documents pour essayer de trouver d'autres avantages. Ceci conduit deux experts en soufflerie du NACA à publier en 1956 un rapport intitulé (en français : Configurations d'aéronefs développant un haut coefficient portance/trainée à hautes vitesses supersoniques). Cette idée, appelée portance par compression, consiste à utiliser l'onde de choc générée par le nez ou d'autres sections d'attaque de l'avion comme source d'air sous pression.. En positionnant l'aile avec précision en relation avec le choc, la grande pression générée peut s'accumuler en dessous de la voilure, ce qui accroît la portance. Les avions ainsi conçus portent le nom anglais de « », un terme qui pourrait être traduit par « chevaucheur d'onde » en français, en rapport avec le fait que l'avion soit en partie « porté » par l'onde de choc supersonique piégée sous son aile. Pour tirer au maximum profit de cet effet, la partie inférieure de l'avion est redessinée pour recevoir une grande entrée d'air triangulaire loin en avant des moteurs, ce qui déplace l'onde de choc à un meilleur emplacement. Les moteurs, alors placés dans des nacelles individuelles, sont installés dans une grande nacelle sous le fuselage..
North American améliore le projet en ajoutant des extrémités d'aile (saumons) articulées, qui s'abaissent à grande vitesse. Ceci permet de conserver l'onde de choc en dessous de la voilure, entre les deux extrémités abaissées. L'avion dispose ainsi de plus de surfaces verticales, ce qui augmente la stabilité latérale à grande vitesse. La solution adoptée par l'avionneur présente un autre avantage : dans cette position, la surface alaire est diminuée à l'arrière de la voilure, ce qui compense le déplacement vers l'arrière du centre de portance lors de l'augmentation de la vitesse. En conditions normales, ce phénomène engendre un couple à piquer qui doit être compensé par le braquage à cabrer de la gouverne de profondeur, ce qui accroît la traînée..