Il Bell X-1, inizialmente noto come Bell XS-1, fu un aeroplano sperimentale che l'azienda aeronautica statunitense Bell Aircraft Co. produsse nella seconda metà degli anni quaranta sulla base di specifiche della NACA e con il finanziamento dell'USAAF.
Si trattò del primo velivolo statunitense progettato espressamente per fini di ricerca nel campo delle alte velocità; il programma di cui l'X-1 fu il risultato era finalizzato, in particolare, a esplorare le velocità comprese circa tra Mach 0,75 e Mach 1,25, cioè il cosiddetto regime transonico; non destinato alla produzione in serie, il velivolo venne costruito in sei esemplari (significativamente modificati nel corso della loro carriera di volo) che svolsero un gran numero di voli sperimentali tra il 1946 e il 1958. Il 14 ottobre 1947 un X-1 divenne, ai comandi di Charles "Chuck" Yeager, il primo velivolo pilotato a superare in volo orizzontale la velocità del suono.Si ritiene che altri voli pilotati anteriori a quello di Yeager del 14 ottobre 1947 abbiano potuto superare la velocità del suono, benché solamente in picchiata e senza la conferma di misurazioni adeguatamente documentate; in particolare, risulta altamente probabile che il pilota collaudatore della North American Aviation George Welch abbia compiuto una serie di voli che superarono di poco Mach 1 lanciandosi in picchiata a bordo del prototipo di aereo da caccia North American XP-86 a partire dal 1º ottobre 1947; il primo volo di Welch e dell'XP-86 a superare Mach 1 con la conferma dei teodoliti radar ad alta precisione della NACA comunque avvenne solo il 13 novembre. Si veda .
L'X-1 fu il capostipite della serie degli aerei X statunitensi e il modo in cui furono gestite le ricerche fu utilizzato anche per tutti i successivi aerei della serie. Le procedure e il personale impiegati nel programma X-1 contribuirono a gettare le basi per il futuro programma spaziale statunitense degli anni sessanta; il programma inoltre definì e rafforzò il coordinamento tra le richieste delle forze armate statunitensi, le capacità industriali e i sistemi di ricerca.
Storia del progetto Antefatto: le prime ricerche sulle velocità transoniche Benché la possibilità pratica del volo a velocità transonichePer "velocità transoniche" si intendono i regimi compresi tra il numero di Mach critico inferiore e circa cinque quarti della velocità del suono, ovvero tra circa Mach 0,75 e circa Mach 1,25, dove la velocità del suono stessa corrisponde a Mach 1; la velocità del suono varia a seconda di diversi parametri, scendendo in particolare da circa 340 m/s al livello del mare a 295 m/s a 12 000 m: pertanto, si preferisce indicare con Mach 1 la velocità del suono a una data quota. Si veda . si fosse realizzata solo nel corso della seconda metà degli anni trenta, già dall'epoca della prima guerra mondiale si erano manifestate, in particolari circostanze, quelle anomalie aerodinamiche che, per l'appunto, caratterizzano il volo a velocità prossime a quella del suono: le eliche dei biplani, le cui estremità potevano toccare velocità di circa Mach 0,75 e, quindi, accelerare il flusso d'aria oltre Mach 1, incorrevano in drastici cali di efficienza (con aumento della resistenza e riduzione della portanza) dovuti alla formazione di onde d'urto e alla separazione di flussi di aria turbolenta dalla loro superficie; a problemi analoghi andarono incontro anche le ali degli aeroplani quando, specialmente nel corso della seconda guerra mondiale, essi cominciarono a essere in grado di raggiungere velocità di circa Mach 0,7..
Le basi teoriche dell'aerodinamica moderna videro la luce in Germania nei primi tre decenni del ventesimo secolo. Sotto la guida di Ludwig Prandtl presso l'Aerodynamische Versuchsanstalt (in italiano Laboratorio di Ricerca Aerodinamica), venne formata una generazione di scienziati che aprirono la strada agli studi sistematici delle alte velocità. Verso la fine degli anni trenta il Ministero dell'Aria del Reich promosse un programma quinquennale sull'aerodinamica delle alte velocità applicata a velivoli a reazione, caccia e bombardieri a lungo raggio, con il sovvenzionamento di grandi gallerie del vento transoniche e supersoniche.In regime supersonico, la velocità del flusso è ovunque (tranne in una sottile zona aderente al corpo chiamata strato limite) maggiore di Mach 1. Questa condizione si ottiene con una opportuna geometria del corpo che comporti la presenza di soli urti obliqui, evitando la formazione di urti normali e la conseguente presenza locale di flussi subsonici. In una galleria supersonica, oltre alla intrinseca difficoltà di generare un flusso supersonico privo di significative turbolenze, si somma la problematica relativa alla riflessione degli urti generati dal modello sulle pareti della camera di prova della galleria che, interferendo con quelli del modello, andrebbero ad alterare i risultati ottenuti. Si veda anche . Al termine della seconda guerra mondiale alcune di queste vennero smantellate e ricostruite in Francia e negli Stati Uniti, che si avvantaggiarono anche delle competenze e dei risultati ottenuti fino ad allora dagli scienziati tedeschi.
In Italia, fino all'armistizio dell'8 settembre 1943, furono condotti presso la Direzione Superiore Studi ed Esperienze di Guidonia esperimenti e studi sulle onde d'urto nella galleria del vento "Ultrasonora" sotto la direzione di Antonio Ferri. Vennero raccolti sperimentalmente numerosi dati sulle prestazioni di profili a velocità transoniche (fino a Mach 0,94) mai raggiunte prima.
Le ricerche condotte negli Stati Uniti da Frank W. Caldwell e Elisha Fales prima e da Lyman J. Briggs, Hugh L. Dryden e G. F. Hull poi approfondirono la conoscenza dei fenomeni di compressibilità legati alle velocità transoniche; vennero studiati i problemi di aumento della resistenza e di diminuzione della portanza legati alla formazione di onde d'urto e alla separazione della vena fluida dalle superfici alari, e si scoprì che tali effetti negativi venivano minimizzati dall'impiego di profili alari sottili e simmetrici. Tuttavia, contemporaneamente, la comunità aeronautica mondiale sviluppò l'opinione che, a causa della riduzione dell'efficienza dei velivoli al loro approssimarsi a Mach 1, la velocità del suono costituisse un limite insuperabile all'aumento delle prestazioni degli aeroplani; si cominciò così a parlare di "barriera del suono"..
Mentre da un lato diveniva necessario sviluppare una teoria accurata per descrivere l'aerodinamica delle velocità transoniche e costruire strumenti adatti ad effettuare le opportune osservazioni sperimentali, dall'altro si riscontravano gravi difficoltà nel portare avanti esperimenti in galleria del vento con flussi d'aria a velocità di circa Mach 1: la formazione di onde d'urto in prossimità del modello del velivolo e dei suoi supporti, che poi si riflettevano caoticamente sulle pareti della galleria, rendeva impossibile effettuare misurazioni accurate tra Mach 0,75 e Mach 1,25. Già a partire dal 1933 John Stack, un ingegnere della NACA (National Advisory Committee for Aeronautics, l'autorità statunitense per le ricerche in campo aeronautico), aveva iniziato a progettare un avveniristico monoplano a sbalzo che avrebbe dovuto effettuare alcuni esperimenti direttamente in volo a velocità di 800–850 km/h, ma che non ebbe seguito pratico; nel corso della seconda guerra mondiale poi si erano verificati numerosi incidenti dovuti a perdite di controllo causate dagli effetti della compressibilità sugli organi di governo degli aeroplani nel corso di picchiate ad alta velocità; a partire dal 1940, la stessa NACA avviò una serie di prudenti test in cui aeroplani militari opportunamente modificati con le necessarie strumentazioni, come un Brewster XF2A-2 Buffalo, venivano lanciati a velocità prossime al loro limite strutturale; esperimenti simili vennero portati avanti anche nel Regno Unito e in Germania..
Quando, sempre nel corso della guerra, in Europa si resero disponibili i primi propulsori a getto la possibilità di realizzare aeroplani capaci di velocità di quasi 900 km/h divenne concreta; il problema di esplorare le velocità transoniche si fece allora più urgente. La NACA, come altri gruppi di ricerca, sviluppò diverse possibili soluzioni provvisorie per indagare il comportamento delle superfici aerodinamiche intorno a Mach 1: oggetti forniti di strumentazione e lasciati cadere da bombardieri in volo ad alte quote, modellini a razzo, piccoli simulacri (pure dotati di complesse strumentazioni) fissati a supporti collegati alle ali di caccia North American P-51 Mustang in modo da essere immersi nel flusso d'aria accelerato a velocità vicine a quella del suono. Quest'ultimo tipo di esperienza aiutò i tecnici a progettare un tipo di esperimento migliorato per la galleria del vento, ma comunque i risultati furono solo parzialmente soddisfacenti: le prove a terra erano meno efficaci di quelle svolte in volo, le quali d'altro canto erano piuttosto rischiose e necessariamente molto brevi..
Il programma XS-1 fu, insieme alle prime efficienti gallerie del vento transoniche, il risultato di queste esigenze e di questi primi esperimenti. Dopo che nel 1943 britannici e tedeschi ebbero avviato a loro volta programmi sperimentali intesi a sondare le velocità transoniche (rispettivamente con il Miles M.52, cancellato nel 1946, e con il DFS 346, realizzato e sperimentato dopo la guerra dai sovietici), nel 1944 anche l'équipe statunitense del Jet Propulsion Laboratory del Caltech, diretta da Theodore von Kármán, diede una spinta significativa alle ricerche che ambivano ad abbattere la cosiddetta "barriera del suono"..
Il programma XS-1 Nel 1944, in seguito a una serie di incontri tra alcuni enti militari, industriali e di ricerca degli Stati Uniti, emerse un programma congiunto in cui la componente aerea dell'esercito (United States Army Air Forces – USAAF)A partire dal settembre 1947, l'aeronautica militare degli Stati Uniti sarebbe divenuta una forza armata indipendente dall'esercito (United States Army), passando da United States Army Air Forces a United States Air Force. Si veda . e della marina (United States Navy) avrebbero dovuto finanziare e collaborare a un progetto di sviluppo di velivoli ad alta velocità sotto la direzione tecnica della NACA..
L'esercito, che già dal 1944 mirava ad ottenere nel più breve tempo possibile un velivolo capace di superare la velocità del suono, puntò sul motore a razzo come forma di propulsione prescelta; la marina (appoggiata, in questa visione, dalla stessa NACA) prediligeva invece il motore a turbogetto, che avrebbe consentito di volare a velocità più contenute ma per periodi notevolmente più prolungati (e che inoltre avrebbe dato origine a velivoli più facili da adattare all'impiego pratico). Fu così che nacquero i due progetti complementari noti, l'uno, come XS-1 (da eXperimental Supersonic) e, l'altro, come D-558 (dal quale avrebbero avuto origine i Douglas D-558-1 Skystreak e D-558-2 Skyrocket).
Nel corso dell'estate del 1944 lo High-Speed Panel (la sezione della NACA competente nelle sperimentazioni legate all'alta velocità) e il Materiel Command (il comando logistico delle Army Air Forces) discussero il progetto del nuovo velivolo. In seguito a una richiesta di proposte da parte dell'USAAF, il 30 novembre 1944 la Bell Aircraft Co. si offrì di costruire l'aeroplano, secondo un progetto (MCD-524) che prevedeva procedure di decollo convenzionali ed era predisposto per condurre i test di velocità in volo orizzontale; l'USAAF, comunque, tenne aperta anche la proposta della McDonnell Aircraft (MCD-520), che invece prevedeva che i test venissero svolti durante voli in picchiata e che il velivolo venisse lanciato in volo da un aereo-madre.Background in