史上有這樣一架飛機,
它優雅迷人,效能優異,
具有 B-52 同等的武器載荷和續航力,
它向著神奇的3倍聲速的發出衝擊,
它是世界上第一種應用乘波原理飛行器,
它是科幻的產物,卻誕生在現實世界裡,
但在它未出生之前,就宣判了它的末日,
本資訊20160105期內容《通往3Ma之路》為大家呈現了俄羅斯和美國設計成功並最終投入使用的3倍音速載人航空器,米格25和SR-71黑鳥。米格25作為高空高速截擊機,它最初誕生的目的其實就在於獵殺本文的主角——XB-70女神,然而天有不測風雲,女神在種種波折中隕落,只剩下米格25傲視群雄,對西方造成了極大的軍事威懾力,直至1976年別連科叛逃才揭開這層陰霾。本篇文章,和大家談一談“女神”。
女神計劃
XB-70女神計劃始於1955年美蘇冷戰時期,那個時候新一代的高超聲速戰鬥機如火如荼的投入研製,美軍曾經的引起為傲的B-47、B-52 等亞音速轟炸機在高速靈活的戰鬥機面前生存力極為低下,這使得當時美國所奉行的大規模核報復戰略的效用大打折扣。美國空軍希望有一種高空,遠端,能以3馬赫速度衝刺的洲際轟炸機,能夠投擲核彈或常規炸彈,從而對蘇聯進行核壓制。
經過角逐,北美航空戰勝波音,推出了“WS110A 武器系統方案”,成為了該計劃的實施者,女神得以揭開面紗。
第一架XB70A在1964年5月11日首次公開展示,這樣的外形即使放到現在也是震撼無比的。
翼 展: 32 m
鴨翼翼展: 8.78m
機 長: 59.74 m
機 高: 9.14 m
輪 軌 距: 7.06 m
輪 基 距: 14.08 m
主翼總面積: 585.02 m2
鴨翼總面積: 38.61 m2
垂尾總面積: 21.73 m2
機體總重: 250 t
油箱總容量(11個) :136 t
最大速度:3 馬赫(21,500 m高度)
進場速度:500 km/h
氣動方案
XB-70採用懸臂式三角形下單翼無尾鴨式佈局,機翼前緣向下傾斜,並將約 47 m2的翼尖與主翼以鉸鏈方式接合,在高速飛行時翼尖可垂下 25°至 65 °。
超音速飛機的機翼升力中心隨速度的上升而後移,如果飛機的重心保持不變,升力中心的後移將導致飛機產生下俯力矩,使其進入俯衝狀態,在通往超音速的路上,無數先烈因此喪生。
因此為了維持飛機的平飛狀態,必須對氣動力進行配平。常規佈局氣動方案下,配平由平尾負攻角偏轉產生氣動下壓力實現,這就好比挑擔子,兩頭不平衡的情況下,不得不在另一頭增加些重量壓秤。升力中心的移動量越大,負擔也越大。同時平尾的偏轉也會產生不必要的氣動阻力,配平力越大,阻力也越大。
XB-70採用鴨式佈局方案,當升力中心往後移動時,通過增大鴨翼的攻角,提供正的氣動升力進行配平,這樣一來一人挑擔子就變成了兩人抬,相對來說輕鬆很多。
但在 3 馬赫極速下,前置的鴨翼依然無法完全抵消升力中心後移所產生的下俯力矩。XB-70的設計師運用了空前的解決方案,那就是使主翼的翼尖向下彎折,減少主升力面面積,同時也可以起到方向舵和翼稍小翼的作用。翼尖下折由液壓操縱,翼尖部分在低空超音速飛行時下折 25°,高空3倍音速巡航時下折 65°。翼尖下折使升力中心前移,以減小誘導阻力和巡航配平阻力,增加其俯仰和方向的安定性,然而這種設計卻對其操縱系統增加了複雜性,也為後來災難的發生埋下了伏筆。
為了實現在高馬赫數下的偏航控制力矩,XB-70垂尾基本可以說是全動式的,轉動面積相當之大。
XB-70 氣動設計的另一特點,是成功地利用了 “乘波飛行”理論。氣流在經過激波壓縮後壓力升高,飛行器可以騎在激波的波面上,依靠激波的壓力產生升力,這就像高速運動的衝浪板能承受人體的重量劃過水面一樣。
乘波飛行有三個顯著的氣動特性:低阻、高升力和大升阻比。XB-70飛機的巨大楔形進氣道和發動機艙位於機翼之下。在以3馬赫的速度巡航時,主激波之後的正值靜壓力作用於很大的機翼下表面,從而形成附加升力,其值約佔到總升力的30%。並且壓縮升力並不產生相應的附加阻力。而且由於飛機可以用較小的攻角巡航,可進一步減小阻力。“乘波飛行”理論的應用,使起飛重量從原來預計的 350 噸降為 240 噸,同時也使得 XB-70 成為全世界升阻比最高的載人飛機。
結構方案
XB70機體結構重 68 噸,佔比總重的 28%。3倍音速飛行下的熱障導致機體表面的溫度超過330℃,導致其69%的結構材料是硬化不鏽鋼PH-15-7Mo,其次是鈦合金佔 9%,還採用了少量鎳鈷合金 Rene-41 和高強度鋼 H-11,鋁合金僅佔 1%。
機體結構大量採用了 PH-15-7Mo 不鏽鋼釺焊蜂窩壁板(黃銅將薄鋼皮焊接在六角形蜂巢式鋼結構物上製成)作為機身中、後段、機翼整體油箱部分和垂尾的蒙皮。XB70機翼面蜂窩結構的前緣直接連線在前樑上,翼樑腹板是正弦波形。蜂窩結構具有良好的比強度和比剛度,同時也是良好的隔熱材料,能將高溫限制在表面而不往裡傳遞。機身前段全部是用鈦合金製造的普通蒙皮長桁結構。鴨式前翼、垂尾和升降副翼也都採用了鈦合金結構。裝有6臺渦噴的發動機艙採用了Rene-41鎳鈷合金。
折翼之殤
XB-70女武神的造價在60年代的時候就已經是7.5億美元,而 61年服役的全世界第一艘核動力航空母艦“企業”號的造價也只有4.5億美元,受制於高昂的成本,XB70一共生產了兩架試驗機。
多次飛行的氣動加熱剝蝕了1號機表面的油漆,顯得斑駁陸離。
但是由於採用的新技術新工藝過多,從一開始起一號機就一直存在蜂窩結構太脆弱的問題,脫落的蜂窩表層被吸入發動機,打傷葉片。在第17次試飛後,1號機終於達到3馬赫,但在高速巡航中,左側機翼翼尖0.6米的結構脫落,前緣受損,這次事故直接導致1號機後來被限制在時速2.5馬赫。而那次也成了1號機唯一進行的一次3馬赫巡航。
翼尖下折65°,衝擊3馬赫的一號機。
對機體結構進行改良後的2號機實現3Ma巡航相對而言要輕鬆許多。
翼尖下折25°,以1.4馬赫速度飛行中的女神2號機和與它密集編隊的F-4,F-5,T-38和F-104。
不曾想這次密集編隊飛行成了女神的奪命之旅,因為靠的太近,F-104飛進了女武神下折翼尖產生的渦旋中,F-104撞壞了女武神的兩個垂尾,又繼續撞到了左邊的翼尖,F-104當場爆炸。
隨後翼尖受損造成的升力不平衡使得XB-70進入尾旋無法改出,直接墜毀在沙漠,機上試飛員一死一傷。
76s,高傲的女神化作一抹黑煙,而這次密集編隊原因僅僅是因為當時所有的飛機使用的都是通用電氣的發動機,通用公司認為這是個千載難逢的宣傳機會,進而採用密集編隊拍一些照片。
女神隕落
XB70在製造了兩架試驗機後就匆匆下馬了,一方面其本身設計的複雜性造成的各種技術問題不斷,並始終無法完全解決,另一方面防空導彈的發展使得侵入腹地的大型飛機的生存性受到質疑,XB-70 的龐大的機身會產生非常大的雷達反射面積,尤其是高聳的垂尾,龐大的發動機艙和巨大的進氣口,讓它側面的雷達反射面積達到了約1平方公里,更容易被防空導彈鎖定。
而殺死XB-70的最根本的原因在於彈道導彈的發展和美國核戰略的轉變。1957年8月前蘇聯首次試射成功第一枚SS-6洲際彈道導彈,美國第一枚洲際彈道導彈“宇宙神”於1959年開始裝備,此時的美國再也無法阻止本土受到核打擊,過去大規模核報復戰略的基礎已經動搖,美國的核戰略開始逐漸向新的抵消核戰略發展。洲際彈道導彈相比於高超聲速轟炸機具有更快的響應速度、更準的精度、更強的突防能力,這使得 XB-70 完全失去了其存在的意義。
XB-70的研發為後來協和超音速飛機的出現做了有益的探索。對速度的追求是整個人類的目標,不甘寂寞
的航空人不會囿於民航客機的亞音速,相信“女神”還會回來,帶著和平而來。
史上有這樣一架飛機,
它優雅迷人,效能優異,
具有 B-52 同等的武器載荷和續航力,
它向著神奇的3倍聲速的發出衝擊,
它是世界上第一種應用乘波原理飛行器,
它是科幻的產物,卻誕生在現實世界裡,
但在它未出生之前,就宣判了它的末日,
本資訊20160105期內容《通往3Ma之路》為大家呈現了俄羅斯和美國設計成功並最終投入使用的3倍音速載人航空器,米格25和SR-71黑鳥。米格25作為高空高速截擊機,它最初誕生的目的其實就在於獵殺本文的主角——XB-70女神,然而天有不測風雲,女神在種種波折中隕落,只剩下米格25傲視群雄,對西方造成了極大的軍事威懾力,直至1976年別連科叛逃才揭開這層陰霾。本篇文章,和大家談一談“女神”。
女神計劃
XB-70女神計劃始於1955年美蘇冷戰時期,那個時候新一代的高超聲速戰鬥機如火如荼的投入研製,美軍曾經的引起為傲的B-47、B-52 等亞音速轟炸機在高速靈活的戰鬥機面前生存力極為低下,這使得當時美國所奉行的大規模核報復戰略的效用大打折扣。美國空軍希望有一種高空,遠端,能以3馬赫速度衝刺的洲際轟炸機,能夠投擲核彈或常規炸彈,從而對蘇聯進行核壓制。
經過角逐,北美航空戰勝波音,推出了“WS110A 武器系統方案”,成為了該計劃的實施者,女神得以揭開面紗。
第一架XB70A在1964年5月11日首次公開展示,這樣的外形即使放到現在也是震撼無比的。
翼 展: 32 m
鴨翼翼展: 8.78m
機 長: 59.74 m
機 高: 9.14 m
輪 軌 距: 7.06 m
輪 基 距: 14.08 m
主翼總面積: 585.02 m2
鴨翼總面積: 38.61 m2
垂尾總面積: 21.73 m2
機體總重: 250 t
油箱總容量(11個) :136 t
最大速度:3 馬赫(21,500 m高度)
進場速度:500 km/h
氣動方案
XB-70採用懸臂式三角形下單翼無尾鴨式佈局,機翼前緣向下傾斜,並將約 47 m2的翼尖與主翼以鉸鏈方式接合,在高速飛行時翼尖可垂下 25°至 65 °。
超音速飛機的機翼升力中心隨速度的上升而後移,如果飛機的重心保持不變,升力中心的後移將導致飛機產生下俯力矩,使其進入俯衝狀態,在通往超音速的路上,無數先烈因此喪生。
因此為了維持飛機的平飛狀態,必須對氣動力進行配平。常規佈局氣動方案下,配平由平尾負攻角偏轉產生氣動下壓力實現,這就好比挑擔子,兩頭不平衡的情況下,不得不在另一頭增加些重量壓秤。升力中心的移動量越大,負擔也越大。同時平尾的偏轉也會產生不必要的氣動阻力,配平力越大,阻力也越大。
XB-70採用鴨式佈局方案,當升力中心往後移動時,通過增大鴨翼的攻角,提供正的氣動升力進行配平,這樣一來一人挑擔子就變成了兩人抬,相對來說輕鬆很多。
但在 3 馬赫極速下,前置的鴨翼依然無法完全抵消升力中心後移所產生的下俯力矩。XB-70的設計師運用了空前的解決方案,那就是使主翼的翼尖向下彎折,減少主升力面面積,同時也可以起到方向舵和翼稍小翼的作用。翼尖下折由液壓操縱,翼尖部分在低空超音速飛行時下折 25°,高空3倍音速巡航時下折 65°。翼尖下折使升力中心前移,以減小誘導阻力和巡航配平阻力,增加其俯仰和方向的安定性,然而這種設計卻對其操縱系統增加了複雜性,也為後來災難的發生埋下了伏筆。
為了實現在高馬赫數下的偏航控制力矩,XB-70垂尾基本可以說是全動式的,轉動面積相當之大。
XB-70 氣動設計的另一特點,是成功地利用了 “乘波飛行”理論。氣流在經過激波壓縮後壓力升高,飛行器可以騎在激波的波面上,依靠激波的壓力產生升力,這就像高速運動的衝浪板能承受人體的重量劃過水面一樣。
乘波飛行有三個顯著的氣動特性:低阻、高升力和大升阻比。XB-70飛機的巨大楔形進氣道和發動機艙位於機翼之下。在以3馬赫的速度巡航時,主激波之後的正值靜壓力作用於很大的機翼下表面,從而形成附加升力,其值約佔到總升力的30%。並且壓縮升力並不產生相應的附加阻力。而且由於飛機可以用較小的攻角巡航,可進一步減小阻力。“乘波飛行”理論的應用,使起飛重量從原來預計的 350 噸降為 240 噸,同時也使得 XB-70 成為全世界升阻比最高的載人飛機。
結構方案
XB70機體結構重 68 噸,佔比總重的 28%。3倍音速飛行下的熱障導致機體表面的溫度超過330℃,導致其69%的結構材料是硬化不鏽鋼PH-15-7Mo,其次是鈦合金佔 9%,還採用了少量鎳鈷合金 Rene-41 和高強度鋼 H-11,鋁合金僅佔 1%。
機體結構大量採用了 PH-15-7Mo 不鏽鋼釺焊蜂窩壁板(黃銅將薄鋼皮焊接在六角形蜂巢式鋼結構物上製成)作為機身中、後段、機翼整體油箱部分和垂尾的蒙皮。XB70機翼面蜂窩結構的前緣直接連線在前樑上,翼樑腹板是正弦波形。蜂窩結構具有良好的比強度和比剛度,同時也是良好的隔熱材料,能將高溫限制在表面而不往裡傳遞。機身前段全部是用鈦合金製造的普通蒙皮長桁結構。鴨式前翼、垂尾和升降副翼也都採用了鈦合金結構。裝有6臺渦噴的發動機艙採用了Rene-41鎳鈷合金。
折翼之殤
XB-70女武神的造價在60年代的時候就已經是7.5億美元,而 61年服役的全世界第一艘核動力航空母艦“企業”號的造價也只有4.5億美元,受制於高昂的成本,XB70一共生產了兩架試驗機。
多次飛行的氣動加熱剝蝕了1號機表面的油漆,顯得斑駁陸離。
但是由於採用的新技術新工藝過多,從一開始起一號機就一直存在蜂窩結構太脆弱的問題,脫落的蜂窩表層被吸入發動機,打傷葉片。在第17次試飛後,1號機終於達到3馬赫,但在高速巡航中,左側機翼翼尖0.6米的結構脫落,前緣受損,這次事故直接導致1號機後來被限制在時速2.5馬赫。而那次也成了1號機唯一進行的一次3馬赫巡航。
翼尖下折65°,衝擊3馬赫的一號機。
對機體結構進行改良後的2號機實現3Ma巡航相對而言要輕鬆許多。
翼尖下折25°,以1.4馬赫速度飛行中的女神2號機和與它密集編隊的F-4,F-5,T-38和F-104。
不曾想這次密集編隊飛行成了女神的奪命之旅,因為靠的太近,F-104飛進了女武神下折翼尖產生的渦旋中,F-104撞壞了女武神的兩個垂尾,又繼續撞到了左邊的翼尖,F-104當場爆炸。
隨後翼尖受損造成的升力不平衡使得XB-70進入尾旋無法改出,直接墜毀在沙漠,機上試飛員一死一傷。
76s,高傲的女神化作一抹黑煙,而這次密集編隊原因僅僅是因為當時所有的飛機使用的都是通用電氣的發動機,通用公司認為這是個千載難逢的宣傳機會,進而採用密集編隊拍一些照片。
女神隕落
XB70在製造了兩架試驗機後就匆匆下馬了,一方面其本身設計的複雜性造成的各種技術問題不斷,並始終無法完全解決,另一方面防空導彈的發展使得侵入腹地的大型飛機的生存性受到質疑,XB-70 的龐大的機身會產生非常大的雷達反射面積,尤其是高聳的垂尾,龐大的發動機艙和巨大的進氣口,讓它側面的雷達反射面積達到了約1平方公里,更容易被防空導彈鎖定。
而殺死XB-70的最根本的原因在於彈道導彈的發展和美國核戰略的轉變。1957年8月前蘇聯首次試射成功第一枚SS-6洲際彈道導彈,美國第一枚洲際彈道導彈“宇宙神”於1959年開始裝備,此時的美國再也無法阻止本土受到核打擊,過去大規模核報復戰略的基礎已經動搖,美國的核戰略開始逐漸向新的抵消核戰略發展。洲際彈道導彈相比於高超聲速轟炸機具有更快的響應速度、更準的精度、更強的突防能力,這使得 XB-70 完全失去了其存在的意義。
XB-70的研發為後來協和超音速飛機的出現做了有益的探索。對速度的追求是整個人類的目標,不甘寂寞
的航空人不會囿於民航客機的亞音速,相信“女神”還會回來,帶著和平而來。