比純金打造還貴！XB-70女武神式轟炸機，氣動設計領先世界五十年，超越時代的高速轟炸機_ 航空 _ 歷史 _ 軍事 _

這可能是美國空軍歷史上最令人心痛的一幕 1966年6月8日 四架戰鬥機 沖著一個重達245噸的白色巨鳥 在晴朗的藍色天空中組成了飛行編隊 在這架巨大而優美的白色三角翼飛機面前 半飛的F-4幽靈戰鬥機都成了醜小鴨 然而 誰都沒想到的是 就在飛行任務結束即將返回的時候 編隊中的F-104戰鬥機突然轉向 一頭撞在了這架價值連城的瓦爾基裏轟炸機上 而這並不是因為F-104飛行員的技術問題 問題出在這架XB-70本身 在很長的一段時間裡 世界各國的核武器都存在一個問題 那就是缺乏投放手段 而隨著各國防空網絡的逐漸建立和先進雷達設施的採用 任何一個國家都不可能再用一架B-29轟炸機 前提性不一般地把炸彈丟到另一個國家頭上 此時的美國空軍已經擁有了兩種戰略轟炸機正在服役 其一是我們都很熟悉的B-52同溫層堡壘 這個大傢伙航程遠飛行高度高 但是飛行速度實在太慢了 而另一架B-58盜賊倒是有著兩馬赫的最高速度 並採用了當時攔截機上常見的三角翼設計 能夠搭載核彈進行高速突防 但比起B-52而言 它在高速下的航程太近了 並不適合超遠距離的核打擊任務 而這個航程問題在說到XB-70的時候 我們還會深入探討 在此之前我們先來說說女武神這個跨時代奇蹟是怎麼來的 1955年隨著冷戰的進一步升級 美國空軍發布了第38號通用作戰要求 其中描述了一種新型轟炸機 簡單總結下來那就是熊的力量 豹的速度 這種轟炸機既要有B-52的載彈量和航程 也要有B-58的二馬赫最高速度 而最初設計的超音速轟炸機有兩個大的技術路線 其一是核動力 其二是常規動力 我們先來說說早幺的核動力路線 早在1946年的時候 美國陸軍航空隊就開始了核動力飛行器項目 然而到了1956年 美國空軍給核動力試驗臺飛機WS125判了死刑 十年的努力和幾十億美元的投資 成功地搭了稅票 而常規動力路線其實也不是那麼常規 WS110A方案要求這架轟炸機能夠以0.9馬赫的速度巡航 攜帶23噸的有效載核飛越15000公里 並在進出目標2000公里的範圍內以最大速度飛行 不過隨著XB-70項目的研究進展 工程師們發現這個高速突防的指標變得毫無意義了 1956年波音公司和北美航空展示了他們的設計方案 為了達成美國空軍司令部的航程要求 兩架公司不約而同地選擇了搭載副油箱的思路 以北美航空最開始的方案為例 這架飛機的機翼兩側各有一個巨大的油箱 類似於F-104戰鬥機上的一間油箱的超級放大版 其單個副油箱的大小甚至和B-47轟炸機相當 當副油箱中的燃油耗盡之後 WS-110A的方案就可以拋棄副油箱 利用更小的截面積和更小的阻力進行超音速突防 但是這種空中戰列艦一般的設計 顯然既不符合美國空軍的要求 在工程上也不現實 時任空軍中將柯蒂斯·裏梅對WS-110A的評價是 這不是一架飛機而是一個三艦編隊 這樣的設計自然不能被空軍採用 得到進一步改進的WS-110項目 換上了三角翼佈局 核心設計的空氣動力學設計 而這也基本上是我們最終看到的 XB-70瓦爾基裏轟炸機 50年代末60年代初 載人航空航天追求更快更高的浪潮 達到了一個巔峯 而XB-70可以說代表了那個時代最高的科技水平 女武神飛得確實快也足夠高 不僅當時的防空炮打不到它 即使到今天也幾乎沒有飛機能夠追上它 更不要提攔截它了 如果不出意外的話 B-70轟炸機將成為美國空軍核武庫的中堅力量 只可惜的是 它的一生都是在意外中度過的 首先那當然是導彈出現了 冷戰的兩極美蘇兩國分別在50年代末 將導彈實用化並投入了大規模生產 世界上的其他國家也紛紛開始導彈的開發 一時間各種類型的導彈百花齊放 從防空到反坦克 整個軍械體系裡 從上到下塞滿了導彈 而蘇聯還要比美國更早一步 在領土上部署了防空導彈 1960年加里鮑爾斯駕駛的一架高空偵察機U-2 被蘇聯防空導彈擊落 這頓時引起了美國國防部對於高度戰機的擔憂 畢竟U-2的實用高度已經來到了24000米 比XB-70還要再高一點 能擊落U-2沒有理由無法擊落女武神 而洲際彈道導彈的發明和應用 更是給了XB-70項目一個釜底抽筋式的打擊 1954年受到蘇聯導彈項目的刺激 美國的阿特拉斯導彈項目被列為最高優先級 1957年蘇聯第一顆人造衛星普特尼克一號 成功進入太空 而把這顆衛星送上天的 就是人類第一顆洲際彈道導彈R7 這枚導彈的射程達到8000公里以上 可以搭載一枚500萬噸級當量的核彈頭 美國人也隨之裝備了阿特拉斯導彈 儘管這個時候的彈道導彈毛病不少 但優勢仍然巨大 導彈比XB-70快多了 而且更便宜 還不用訓練飛行員 1959年美國空軍參謀長託馬斯‧懷特 在內部會議上承認 蘇聯能夠用導彈擊中XB-70 並要求將XB-70項目降到最低優先級 大幅削減預算 同時時任美國總統艾森豪威爾 也支持這個說法 他認為 XB-70所執行的偵察打擊任務 是沒有必要的 因為作為一種戰略武器 XB-70要打擊的目標 是已知的城市、工廠和設施 這些目標是不會動的 沒有必要為了這些目標 去生產XB-70 因為洲際導彈是相同要求下 更便宜、更有效的方式 而且艾森豪威爾還指出 按照XB-70項目當前的進度 也讓它列入現役起碼還要十年 而十年後 面對鋪天蓋地的導彈 XB-70將會像火藥時代的弓箭 一樣落伍 因此1959年12月 空軍宣佈 B-70項目將縮減為一個原型機 並且停止大多數B-70此係統的開發 不過嘛 對於女武神來說 事情倒不是沒有轉機 畢竟1960年可是大雪年 領導盟軍走向勝利的艾克任期已滿 而新一上來的 則是一位笑容十分爽朗的 J.K.約翰·肯尼迪 作為一位溫和派總統 艾森豪威爾哪都好 就是不受軍火商待見 在他的任期裏 美國的軍費一直在縮減 引起了一些激進派的不滿 肯尼迪在競選中抓住了這一點 專門攻擊艾森豪威爾的共和黨 大肆宣傳艾森豪威爾國防方面的軟弱 並且專門把女武神項目拿出來 作為自己競選時的政治籌碼 1960年肯尼迪在聖地亞哥的 北美航空工廠對觀眾發表演講 宣稱他全心全意地支持B-70載人飛機 到了1960年8月 在大選的政治壓力下 XB-70項目迎來了新生 國會給高速轟炸機項目 撥了2.65億美元的預算 尼克松和艾森豪威爾也不得不承諾 支持瓦爾基裏項目的開發 但是等肯尼迪一上臺 他就後悔了 原因無他 XB-70實在是太能燒錢了 1960年時 XB-70的項目花費是8億美元 而當時美國全年的軍費支出 不過400億 8億美元等同於三艘小英級航母 或者兩艘企業號核動力航母 一架飛機等於一個航母戰鬥群 就算是財大氣粗的美國 也有點造不住 而且最關鍵的問題是 1960年肯尼迪上臺的時候 XB-70還停留在圖紙階段 連個木頭模型都沒有 不過肯尼迪時代的一大特徵 就是肯在航空航天領域花錢 在喊出我們選擇登月的口號後 肯尼迪政府對航天項目 一路綠燈 連XB-70項目也跟著沾光 1961年 葛蒂斯·李梅出任空軍參謀長 最重視的轟炸機愛好者 他加大了對XB-70的支持力度 並且達到了眾議院軍事委員會作為盟友 共同對抗當時的國防部長麥克·納馬拉 商人出身的麥克·納馬拉 工作重心基本上是如何節約國防開支 在一系列的公鬥劇情之後 轟炸機愛好者們落敗 XB-70項目被徹底取消 但是 十幾億美元投進去 總不能連個飛機都見不到吧 XB-70因此改頭換面 以空氣動力學研究的名義 建造了兩架原型機 XB-70瓦爾基裏轟炸機 由北美航空公司洛杉磯分部首席工程師 阿里森·斯托姆斯設計 此人在1955年的時候 設計建造了北美X-15火箭飛機 這架飛機飛出了6.7馬赫的極速 創下了載人航空器的最高速度記錄 並且保持到了今天 由他操刀主持高速轟炸機的設計建造 實在是再合適不過了 XB-70最引人注目的 可能就是它身後的六組並排安放的 由通用電氣開發的YJ-93G13發動機 這六臺發動機是通用電氣專門為XB-70 以及北美航空的XF-108項目開發的 大推力發動機 這臺發動機被設計為可以在開啟加力時 提供3萬磅力133千紐的推力 雖然在XB-70的實際使用中 只能做到2萬8千磅力 但即使是這樣 也是渦噴發動機裡推力最大的那一檔了 比米格二五上的發動機推力還要大一些 而最重要的是 在設計這個高速發動機的時候 專家們發現了一個問題 那就是燃料的消耗速率和飛行速率之間 並不是一比一的關係 如果發動機專門針對高速飛行進行優化 那麼就每公里消耗的燃料而言 它的最佳巡航速度就是最大速度 在同樣的航程下 以三馬赫飛行的時間越長 飛機就越省油 還記得一開始說的 在進出目標2000公里的範圍內 衝刺到最大速度嗎 現在不需要了 全程油悶旱死在地板上就是最佳解決方案 引擎的問題解決了 現在該輪到空氣動力設計師發愁了 在當時還沒有計算機能夠進行流體力學模擬 一切氣動設計都要靠經驗和摸索 XB-70採用了當時認為最適合超音速飛行的三角翼 但它的翼肩有一個顯著的特點 那就是可以向下折疊 只是因為其採用了一個十分不尋常的技術 那就是壓縮升力技術 在1960年代 想要達到全程三馬赫的巡航速度 並且航程足夠遠 設計師們必須找到每一個能優化的地方 在經過漫長的研究之後 北美航空的幾個專家 在一大堆文獻中找到了NACA的一份報告 所謂的NACA就是現在NASA的前身 美國國家航空諮詢委員會這篇報告的標題是 在高超音速下實現高聲阻比的飛機配置 這份報告中指出 可以用飛機機頭上的尖點產生的激波 作為高壓空氣源 利用機翼佈局捕捉衝擊波產生的高壓 產生額外的升力 也就是所謂的壓縮升力 看到這裡也許有觀眾會問 XB-70都裝了六臺發動機了 還要這點額外升力做什麼呢? 這就需要一些簡單的空氣動力學知識了 在飛機飛行的過程中 存在一對結構的鋰 一個是升力 另一個是阻力 升力除以阻力 這個指標我們稱為升阻比 升阻比越大 飛機就有越強的上升趨勢 在壓音速下 隨著速度的上升 升阻比是緩慢增加的 但是在超音速下 升阻比會由於阻力的快速增加 而斷壓式下降 而升阻比的最大意義 就是它和燃油消耗直接相關 升阻比越大就越省油 因此 GE指標和飛機的航程直接相關 為了榨乾每一點升力 北美航空的工程師決定 在XB-70上 採取化激波為成立的方案 用特別設計的進氣道模式 和兩個可以折疊的翼肩 在低速下 XB-70的翼肩會展開到最大 以獲取更高的展現比 降低誘導阻力 而在高速飛行時 XB-70的兩個翼肩 可以根據當前空速 調整展開的角度 將高速飛行展現的高氣壓 束縛在XB-70的機腹部 讓它乘著自己的聲浪飛行 說到這裡 有的觀眾朋友可能會感覺 這個概念很熟悉 沒錯 這就是波音的X51 承波者高超音速試驗機的原理 承波者2010年首飛 而此時距離XB-70的開發 已經過去了半個世紀 而且 可變的翼肩射擊 還有另一個好處 那就是 可以幫助平衡飛機的升力重心 在加速過程中 飛機的升力重心 會自然向後移動 這就導致機頭會上翹 飛行員為了保持爬升角度 就必須不斷控制 機翼或者尾翼的水平方向 通過配平穩定飛機 但是這樣的做法 勢必會引入更多的阻力 而XB-70翼肩向下折疊的過程中 機翼後部的面積減少 自然而然地抵消了升力重心的後移 而且還沒有引入額外的配平阻力 說完動力系統 我們再來談談 XB-70的機身材料設計 由於要在大氣層內 以3馬赫的高速長時間飛行 XB-70的機身溫度可以達到230度 發動機艙附近的最高溫度 甚至來到了540度 而航空旅的服役溫度極限 一般不超過300度 為瞭解決超音速飛行時的 熱量聚集問題 北美航空 用夾層板來構建整個飛機的門皮 這種夾層板類似於 現在的一些商品包裝中 所使用的蜂窩紙板 只不過材質使用的是不鏽鋼 其實這樣還不夠 工程師們為XB-70設計了 遍佈整個機身的熱交換器 利用燃料循環冷卻機身 並且給燃油預熱 可以說是一舉兩得 1964年9月21日 XB-70的一號機進行飛行測試 瓦爾基裏原型機開局不利 首次測試飛行就出現了 發動機故障 起落架故障等問題 而在接下來的3馬赫飛行測試中 有兩次出現飛機主體結構上的 蜂窩板破裂 並且出現脫落問題 導致這架原型機被限制 在飛行時不得超過2.5馬赫的速度 以免超音速飛行的壓力 再次損壞飛機結構 而這些問題在第二架XB-70上 幾乎全部被解決 1965年7月17日 XB-70二號機首飛 此年就完美達到了設計極速 並且在測試中保持3.08馬赫的極速 持續飛行超過30分鐘 在這次90分鐘的測試裡 XB-70一共飛行了近4000公里 沒有出現任何故障 然而第二年 XB-70的二號機 接到了通用電氣公司的委託 和其他四架飛機組成了近距離編隊 拍攝宣傳照片 這四架飛機上 都搭載了通用電氣的航空發動機 在照片拍攝接近完成時 攝影師請求飛機編隊再靠近一些 以便讓他拍下完整的五架飛機 而就在這時 意外發生了 NASA首機試飛員 喬沃克駕駛的F-104突然失控 旋轉並翻滾過XB-70的上方 瞬間摧毀了轟炸機的 垂直尾翼和左翼 喬沃克和XB-70的副駕駛 當場遇難 事故調查發現 正是由於XB-70獨特的升力體設計 導致F-104被捲入了 瓦爾基裏的尾流之中 而這也是F-104突然翻滾的原因 而在這次事故過後 本身已經停飛的XB-70一號機 不得不承擔起測試飛行的重擔 在被NASA和美國空軍 取得了大量數據後 1969年2月4日 XB-70一號機進行了最後一次飛行 而這次 它的目的地將是美國空軍國家博物館 XB-70成本高昂 最重要的原因就是 有太多的子系統是為它而開發的 比如發動機YJ-93和配套的燃料 獨特的升力體設計 專門開發的蜂窩板蒙皮等等 而且在北美XF-108項目取消之後 這些設計成本都被談在了XB-70項目上 成本自然居高不下 這並不影響XB-70作為航空先驅的地位 XB-70的試飛數據和機身材料 被用於後來的B-1轟炸機計劃 美國的超音速運輸計劃 也從XB-70項目中受益匪淺 甚至蘇聯人也通過間諜 拿到了XB-70的部分資料 並將其運用在TU-144超音速客機上 XB-70的開發對蘇聯人的影響還不止這些 為了對付可能突防的XB-70 蘇聯人專門設計和開發了萊格-25 用來攔截高速的導彈和XB-70 在高空高速這一路線上碰壁後 工程師們往往更看重轟炸機的隱身性 但當我們回顧這段歷史的時候 瓦爾基裏仍然能以絕美的深思 和超越時代的工程學設計 深深地震撼我們的心靈