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诸神的黄昏:世界上飞行速度最快的战略轰炸机传奇

邢强 小火箭 2019-05-25


微信号:小火箭

微信ID:ixiaohuojian

小火箭出品

本文作者:邢强博士


本文共10211字,83图。预计阅读时间:55分钟


绚丽美妙的极光,让我们体验到了生活在地球上的种种美好,也向我们展示了北欧诸神的旷日持久声势浩大的战争。


在这场战争中,奥丁神、雷神、洛基、火巨人、冰霜巨人纷纷出场。


人类大地上连续度过了三个严冬。


寒风呼啸,冰雪覆盖荒原;战马嘶鸣,巨浪涌上陆地。


在这场战争中牺牲的勇士,其灵魂不灭。


女武神瓦尔基里会来到在长矛与利剑中倒下的勇士旁边,深情地亲吻他。


这吻,深邃而浓情,仿佛一首不会结束的冰与火之歌。那魂,勇武而飘逸,就像一只永葆青春的天地间的精灵


被女神瓦尔基里亲吻过的勇士的灵魂,会来到拥有541个门的英灵神殿,享受一位勇士应有的美食美酒与田园牧歌式的幸福生活。



当然,他们不会对战斗训练有丝毫的懈怠。


因为,女武神瓦尔基里的亲吻,会给他们留下永远的印记。这些勇敢无畏的人,最终会团结在她的麾下,为了那最后的决战,奋勇向前,迎来那诸神的黄昏


上图为埃米尔·多普勒在1905年绘制的描述诸神的黄昏的画作。



无论是在南极或者北极地区还是在国际空间站上,都能够看到极光。


在维京人眼里看来,北极光就是女武神瓦尔基里的象征。


在浩渺的夜空中,骑着白马穿戴金盔银甲的女武神熠熠生辉,给蓝丝绒般的夜幕带来了让人愿意以灵魂相随的醉人光芒。


这同样是埃米尔·多普勒在1905年绘制的画作。描绘了他心目中的女武神瓦尔基里的形象。


本文,小火箭在与大家回顾了那远古时期,流传在维京人之间的北极光和女武神瓦尔基里的神话之后,就要和大家一起探讨同样以女武神瓦尔基里的名字命名的一款战略轰炸机的传奇了。


小火箭要讲述她的诞生,她的设计理念,她的逝去还有她给人类留下的种种印记。


诞生


公元1954年3月18日,第一架B-52A轰炸机(52-0001号机)在西雅图波音厂房完成总装。


当天,波音公司举行了盛况空前的出厂仪式,有数千人受邀出席。


美国空军当时已经成立了7年。时任美国空军总参谋长的内森·特威宁将军在当时发表了讲话:


步枪曾是过去那个时代的伟大发明,而B-52就是今天这个航空时代里的步枪。”


B-52轰炸机空重83.25吨,最大载弹量高达120吨(相当于自身空重的1.44倍!)。B-52的最大航程达到了16231公里,能够满足从美国本土或者前沿军事基地起飞,携带核弹头轰炸苏联任意一块领土的战略要求。


注意上图的B-52轰炸机载机携带的两架D-21双3.3无人侦察机(3.3倍声速,3.3万米高空)。


可以说,B-52的诞生基本上满足了年轻的美国空军对战略轰炸机的所有幻想。


然而,上世纪50年代开始崛起的美国洲际弹道导弹,让“导弹万能论”和“轰炸机无用论”的思想开始萌芽。(详见小火箭的公号文章《从美国最早的洲际弹道导弹看项目管理》。)


人类需要一款足够优秀的战略轰炸机来应对洲际弹道导弹这个新生事物的出现。


B-52轰炸机的载弹量和航程在当时的性能指标可谓无比惊艳,但有一项指标却不够让人满意:速度。


B-52的巡航速度是亚声速的(Ma 0.71)。以这样的速度,很难在苏联密集的防空火炮和防空导弹的火力网中撕开一个口子。


于是,美国空军提出了新型战略轰炸机的指标要求:


  1. 飞行速度在3倍声速以上;

  2. 航程超过6000公里

  3. 能够投掷核弹头

  4. 能够快速反应


北美航空的工程师们接下了这个极富挑战性的项目。


要知道,在那个年代,人类对超声速的痴迷程度是极高的。而这款战略轰炸机,不仅仅要超声速,而且要达到3倍声速以上,想想就让人兴奋!


上图为北美航空的工程师给出的3倍声速战略轰炸机的设计草图。(出自原始设计文档第2卷第22页。)


科幻味道十足的超大后掠角鸭翼,颇有苏联风格的进气道,双垂尾,机尾并列发动机布局,升力机身,前掠翼:太前卫了。


这是北美航空的工程师最后的设计定稿。原始方案中的鸭翼被保留,不过改为兔耳朵式设计。


用于保证航向稳定性的双垂尾也保留了下来。


原来的前掠翼,考虑到结构强度的问题,不再使用。取而代之的是前缘大幅度后掠的三角翼。翼尖部分可以根据不同的飞行速度而活动,是罕见的变下反角设计。


前掠翼的翼尖位于翼根之前,在空气动力的作用下,翼尖相对翼根产生扭转变形,使翼尖的局部攻角增大,而攻角的增大又会引起空气动力载荷的进一步增加。如果机翼的强度和刚度不够的话,这种效应最终会使机翼被硬生生扭断。该效应称为气动弹性发散。考虑到小火箭大部分的好友是一线航空航天工程师,或者已经完成了小火箭在2015年到2017年的飞行器总体设计先修课程,有关气动弹性发散问题就不再展开叙述。)


公元1964年9月21日,第一架XB-70战略轰炸机首飞成功。


按当时北约的战略思想,XB-70肩负研制尖端空天武器装备和形成压倒性核威慑优势的重要使命。


当时苏联的钢铁洪流让北约的欧洲盟友处于战战兢兢的状态中。深知在常规武器较量中已经难以招架苏联冲击的美国人,想出了三位一体核威慑的战略:


只要苏联的钢铁洪流在当时入侵北约国家的任意一块领土,美国就立刻进行核反击,而不管在入侵过程中苏联是否使用了核武器。这种核反击会通过三位一体的方式来进行:海中巡弋的携带洲际弹道核导弹的潜艇、陆地发射井中的洲际弹道核导弹和空中携带核弹头的战略轰炸机


总体


XB-70瓦尔基里(国内常叫她 女武神,小火箭在后文也尊重约定俗成的叫法,将她称作女武神)长57.6米翼展32.2米,机高9.12米


硕大的三角翼的翼面积达585.1平方米。主翼前缘后掠角高达60°,鸭翼前缘稍稍后掠,后缘则放置了可以在0°到20°之间连续变动的舵面。


从这巨大的翼面积和鸭式布局的配平方式来看,我们能够对女武神的载荷能力毫不怀疑。女武神的最大起飞重量可达246.02吨


动力



女武神的动力系统采用了独一无二的六发动机并排布局方式。


6台通用电气的YJ-93涡喷发动机为女武神提供动力。


YJ-93发动机全长6.2米,最大直径1.332米,干重1.728吨。


这款11级压气机+2级涡轮的涡喷发动机是通用电气为北美航空的XF-108和XB-70设计的。后来,XF-108项目被砍,因此,YJ-93成为了XB-70女武神的专属发动机。


该发动机在加力燃烧室工作时,可以迸发出128千牛的推力,使其能够拥有7.58的傲人推重比(那个年代的)。当然,其油耗相当“霸气”。


打开加力燃烧室后,每台YJ-93发动机在一秒内,就能够烧掉6.528公斤燃料。


也就是说,当女武神这位女神开始发力的时候,1秒钟内,6台发动机就要耗掉近40公斤燃料。


所以,我们问这位女神的体重的时候,是按分钟来问的。在打开加力燃烧室的时候,女武神的体重要比1分钟前轻2.35吨


哎呀!果然是女武神,不是一般的女神!这减脂减重的能力无与伦比!


那,燃油会不会不够用?


不会的。女武神拥有巨大的油箱,可以容纳46745加仑燃油。


小火箭换算了一下,相当于17.7万升。再换算成重量的话,相当于140吨


这些燃油存放在女武神的机内油箱中。女武神共有11个油箱,每侧机翼内各有3个,机身内有5个。


而实际上,YJ-93虽然是涡喷发动机,但是依然考虑到了燃油经济性。如果加力燃烧室不工作,只按正常状态来使用的话,女武神6台YJ-93可以提供轻柔的推力,其油耗也会从1分钟2.35吨骤减为1分钟0.606吨。结合巨大的油箱,足够她飞3个小时来用了。


这是一台YJ-93涡喷发动机正准备安装到XB-70女武神战略轰炸机尾部之前,做最后的检查工作的场景。


喷气式发动机的工作,离不开燃料,当然也离不开空气。


女武神机腹位置的大口进气道保证了6台YJ-93发动机的空气供应。


按照设计指标,单台YJ-93涡喷发动机每秒需要125公斤的空气,也就是说,女武神的进气道需要保证每秒能够吸入750公斤空气


这是什么概念呢?


750公斤空气,在标况海平面1个标准大气压的情况下,体积为581.4立方米。对于3米高的房间来说,对应的面积为193.8平方米。


1秒钟,1间面积将近200平方米的房子里的空气就会被女武神全部吸干


女武神的最大飞行速度可达3倍声速,此时,远前方来流速度很快,如果进气道不做处理的话,YJ-93涡喷发动机是无法正常工作的。(毕竟这款发动机不是冲压发动机。)


那么,上世纪50年代末的北美航空的工程师们是如何解决这个问题的呢?


答:巧妙设计进气道和中心锥。


XB-70女武神战略轰炸机总共就生产了2架,还有1架给摔了,因此仅存的1架完整的女武神是万万不可为了教学和科研的目的而拆解的。


于是,小火箭手绘了上图来解释一下XB-70的进气道设计。


我们平时看到的女武神的进气道中间的那块镉板并非仅仅是起加强作用的肋板,而实际上是女武神进气道中心锥的尖端。女武神的肚皮非常平,这令人羡慕的身材使得中心锥由三维椎体蜕变为二维锥形。


6台发动机被分为2组,每组3台。这3台发动机位于进气道的扩张段。而在进气道前方的收缩段,通过巧妙设计中心锥和进气道内壁,使得多道斜激波出现。


以3倍声速飞来的空气在经过多道斜激波后,速度逐渐减小为Ma 2.63、Ma 2.45、Ma 2.26,最终在穿过进气道最为狭窄的内部空间后,速度降为Ma 0.82,成为了亚声速气流。


中心锥面的角度与小火箭上述马赫数对应的当地切线的角度分别为7°、12°、16°和22°。


咦?小火箭在这里为什么要放一张B-58超声速轰炸机的照片呢?


1956年11月11日完成首飞的B-58轰炸机是世界上第一款能够以2倍声速飞行的轰炸机。女武神当年提出3倍声速的指标也是为了能够在性能上压倒这款轰炸机。(当然,女武神的航程优势更加明显。)


仔细看上图的话,我们可以发现:其实B-58为女武神提供了支持!


上图那架B-58的机腹正中,挂载了一台J-93涡喷发动机。该发动机正是XB-70女武神的专属型号。直径1.33米的YJ-93涡喷发动机比B-58的J-79发动机(直径0.98米)看上去的确大了不少。


噢,对了,前面说起了女武神的140吨燃油,小火箭觉得还需要补充两句。


上图为一架空客A340客机正在加油。我们如今知道,早期客机使用JP-1航空煤油,后来,Jet A 和耐低温的Jet B(石脑油和煤油混合而成)等航空煤油成为市场上的主力。


在军舰上服役的导弹(比如鱼叉反舰导弹)和在航空母舰上的战斗机(比如F/A-18大黄蜂)都会使用JP-5航空煤油,这种燃料在舰上环境中使用起来相对安全一些。


而XB-70女武神战略轰炸机除了拥有她自己的专属发动机YJ-93之外,还拥有她的专属燃料JP-6。


有史以来,迄今为止,人类航空航天的各种飞行器上,XB-70女武神的JP-6是专用的,仅供她自己使用。


女武神总共只生产了2架,但其燃料却在人类航空航天燃料中专门独占了一个标号,的确很女神范儿。


(小火箭注:SR-71也有其专属燃料,标号为JP-7。不过SR-71全系列共生产了32架,论专属性,不及女武神。)


JP-6特殊燃料,在当时是一个科研专项。


考虑到XB-70女武神战略轰炸机的3倍声速的速度和2万米的巡航飞行高度,JP-6燃料的凝固点调得非常低。而且,这种燃料的蒸气压很小,只有0.49个psi。这样的话,140吨燃料在高空中的挥发量很少,有助于女武神执行超远距离的战略奔袭任务。


在女武神战略轰炸机上专门使用的JP-6航空煤油的低温性能、润滑性和低腐蚀性都非常好。另外,其蒸发性、安全性和燃料的安定性也很好。


实际上,小火箭要再多说两句的是,以3倍声速飞行的XB-70女武神战略轰炸机的机体表面温度很高(在高空,以高速状态持续和大气进行摩擦)。


局部蒙皮的温度高达331℃


这就使得机体的冷却成了一个亟需解决的问题。


而JP-6专属燃料担起了重任。就像火箭发动机的燃料通常兼具冷却喷管的作用一样,XB-70女武神战略轰炸机的JP-6燃料在机身内部也构建了复杂而有效的循环系统。


这个系统能够带走局部高温的热量,保护机体结构的安全。同时,这样的内循环还有助于在女武神从亚声速到跨声速再到超声速最后到3倍声速的过程中调节自身的质心位置,始终保持良好的升阻特性和纵向稳定性。


控制


从这个角度,我们能够更加清楚地看到XB-70女武神进气道内的调节装置。


不过,小火箭把这张照片放在这里,更主要的是为了展示女武神的鸭翼和鸭翼后缘的控制舵面。


小火箭风格:


XB-70鸭翼的前缘后掠角为31°41′45″


说过了鸭翼和机身内部的JP-6燃料循环,再说说XB-70的其他气动控制面吧。


女武神的三角翼后缘,每侧各有6个气动舵面,与前方的鸭翼共同分担了传统飞机的副翼和襟翼的作用。


XB-70的三角翼的外侧机翼通过铰链和内侧机翼相连。外侧机翼可以通过液压作动器来调节角度。


在起降阶段,外侧机翼下反角度为0°,有助于提高其在低速状态下的升阻比。


在跨声速或者低空超声速飞行时,XB-70女武神战略轰炸机的外侧机翼下折25°,以便移动整机的气动压心,同时增强飞机的横向稳定性。


当XB-70战略轰炸机马力全开,6台YJ-93涡喷发动机的加力燃烧室开始工作时,外侧机翼的下反角达到了65°!可爱的折耳的背后,是对高速飞行过程中的飞行力学的深切体悟。


这是XB-70女武神准备挑战Ma 3飞行之前的准备状态。两侧的外翼均已折下65度。


小火箭在这里又得补充两句:刚刚和大家一起探讨了XB-70主翼后缘每侧有6块舵面。


其实,每侧靠近外侧的2块舵面是安装在可下折的外翼上的。


作为飞行器设计师,此时应该足够细心:在外侧机翼后缘的2块舵面上安装限位控制器。一旦外侧机翼开始下折,立刻切断驾驶室与外侧机翼舵面的液压作动器的联系,并将舵面锁定在零位。


这样可以防止因飞行员的误操作而给XB-70在3倍声速飞行状态下带来难以预料的影响。


这种设计理念在女武神身上随处可见,小火箭再举一个例子:


飞行员因躲避来袭导弹或者误操作,有时会给全动双垂尾提供过大的指令。这样的指令如果被垂尾完全执行的话,有可能在高空高速飞行中把机身扭断。


因此,XB-70对全动垂尾的偏转角度有限制。低速飞行为±6°,高速飞行时为±3°。在起落架放下时的起降阶段,由于鸭式布局飞行的独特性,为保证操纵效率,双垂尾的偏转角度限制被放宽为±12°。


下折65°的外翼面成为了在3倍声速飞行时的航向稳定性的保障。


从这张照片来看,我们能够发现,此时的外翼面在铅垂平面内的投影面积已经大于了XB-70原本的垂直尾翼的面积。


另外,在3倍声速时下折的外侧机翼绝不仅仅是为了增强航向稳定性这一个考虑。


实际上,这是人类工程师最早的真正意义上的对乘波体概念的应用。


所谓乘波体,就是在高速飞行状态中,把机身保持在斜激波上方,借助激波的作用来大幅增加升力的一种飞行器


御风而行的感觉!


小火箭认为,XB-70女武神战略轰炸机是人类有史以来第一个能够载人飞行的乘波体飞行器


在3倍声速飞行状态下,下折的外侧机翼阻挡了被高度压缩的空气向两侧的逃逸,抱住了桀骜不驯的斜激波,给XB-70提供了巨大的升力。


(高速飞行状态中,最优情况下,有高达34.79%的升力是通过XB-70的乘波状态提供的!)


仅此一项,已经前无古人,而迄今为止,小火箭也没看到真正的后来者。


这是XB-70女武神在高速风洞中进行测试的情景,可以看到漂亮的斜激波,如同那船儿在水中划出的涟漪。有关风洞测试,小火箭努力专门写一个系列。


起落架


XB-70女武神的起落架为前三点式布局。


前起落架向后收入机身内部。


为了尽量在不使用过长起落架的前提下提高XB-70的滑跑稳定性,主起落架设计在机身两侧非常靠外的位置,以便尽量增大间距。


为了确保XB-70能够在大部分军用机场着陆,她配备了3个大型减速伞。每个减速伞的直径为8.52米。


女武神也有崴脚的时候。


1964年,爱德华兹空军基地。刚刚起飞的女武神,6台发动机中的1台突发故障停车。升空不久后,需要紧急迫降的女武神的试飞员却发现起落架故障灯也突然亮起。


不得已,在把着陆速度减小为正常着陆速度的一半以后,试飞员果断尝试起落架带故障迫降。


触地后,被卡死的起落架轮胎与跑道剧烈摩擦,燃起大火。


事后,女武神安然无恙。主起落架一只脚踮起脚尖,很淘气。


咦?细心的你或许已经发现,女武神的主起落架,在两组轮胎之间,还有一个小轮。


这是干什么用的呢?


小火箭给出更近一些照的照片。


这可以看得更清楚一些。在直径1米的主起落架轮胎之间,的确有一个小轮。


这个小轮实际上是女武神的独门秘技:着陆安全控制系统的一个传感器。


小轮的支架上有压力传感器,用于测量着陆的冲击力。而小轮的转轴则与一个电磁系统相连,能够精确得知小轮的转速信息。


转速乘以小轮的直径,就是女武神滑跑过程中的精确速度了。这个速度比空速管测得的数据要准确得多。而这个速度信息,则直接传送给飞机的自动控制系统,用来协调各个舵面的动作,防止女武神在着陆滑跑过程中出现多次弹跳的现象。


事故


XB-70女武神的第1架原型机实际飞行速度为Ma 2.5,尚未达到设计条件。在对机身结构进行加强并改进飞行控制算法后,第2架原型机出厂,在1965年7月17日完成了首飞。


1966年5月19日,XB-70女武神战略轰炸机的2号机成功实现了梦寐以求的超声速巡航。


她以3倍于声音的速度持续飞行了33分钟,飞越了3841公里的距离,打破了世界纪录


至此,女武神战略轰炸机完成定型,实现了合同中要求的所有指标要求,并且都是超额完成的。


上图为1966年6月8日,也就是女武神2号机完成3倍声速巡航飞行后不到1个月后,美国空军和美国宇航局(NASA)对该型号进行定型定装拍摄的场景。


上图中间飞行的,就是女武神2号机,也就是XB-70A,注册号62-0207。


在她左侧伴飞的是一架诺斯罗普 T-38A-15和一架麦克唐纳的 F-4B-15。(有关T-38,详见小火箭的公号文章《她是宇航员的摇篮,是太空传奇的见证者》。)


在她右侧伴飞的则是一架洛克希德 F-104N-20和一架诺斯罗普的 YF-5A。


由于这是定装拍照,飞行器的间距按照要求要尽量小,以便在一张照片内框住所有飞机。


这是女武神大喜的日子。


然后,出事了。


在右侧靠近女武神2号机飞行的F-104N突然与女武神发生碰撞。


F-104当场爆炸,飞行员来不及弹射就牺牲了。


此事比较蹊跷。要论驾驶技术,当时世界上所有的飞行员里,恐怕很难有能够与当时驾驶这架F-104的飞行员可匹敌的了。


失事F-104N的飞行员为约瑟夫·沃克尔。当时,他是美国宇航局NASA的首席试飞员


首席试飞员这个名头可不是能混下来的。约瑟夫·沃克尔的驾驶技术一流。在第二次世界大战期间和战后,他驾驶P-38和F-5A战斗机取得了良好成绩,获得了飞行优异十字勋章和带有7个橡树叶子的飞行奖章。


战后,他进入美国宇航局,成为了NASA的试飞员。上图为他用西部牛仔的方式跨入贝尔X-1超声速试验飞机时的场景。


全副武装的约瑟夫·沃克尔准备驾驶X-1试验机突破声障之前与飞机的合影。


后来,因约瑟夫·沃克尔飞行技术优异,胆大敢飞,他逐渐成为了试飞机型最多、执行危险任务最多的美国宇航局试飞员。上图为他和X-15试验飞机的合影。


约瑟夫·沃克尔两次驾驶X-15试验飞机爬升到100公里卡门线(为纪念钱学森博士的导师冯·卡门,全世界科学家公认距离地面100公里以上的地方为太空,并将这条分界线命名为卡门线)上方,成为了少有的不依赖运载火箭进入太空的人类之一。


约瑟夫·沃克尔在距离地面100公里以上的太空的累计飞行时间为22分钟,是当时世界上除宇航员之外,进入太空时间最长的人类。


他因此被正式认定为宇航员,并荣升为美国宇航局首席试飞员。


谁曾想到,NASA的首席试飞员约瑟夫·沃克尔竟然葬身于一次为了拍照而进行的伴飞任务中。


驾驶XB-70女武神的两位飞行员当时没有意识到飞机被撞了。不过,小火箭好友们仔细看上图的话,可以发现,实际上女武神战略轰炸机的垂直尾翼被撞碎了。


尾部被撞坏的XB-70女武神2号机失去了控制平衡的能力,开始翻滚下坠。


上图为在美国爱德华兹空军基地的值班人员拍摄的照片。摄于1966年6月8日09点27分28秒


能够以3倍声速巡航飞行33分钟的XB-70女武神2号机,坠落在爱德华兹空军基地旁边。小火箭在上图用红色符号标注了位置。



小火箭风格:


XB-70女武神2号机具体的坠落地点为:


 北纬:35°3’47″N  ;西经117°1’27″W


上图是我从卫星照片中截取的画面。那岔路相交之处,与周围植被稍有不同的三角形空地,就是XB-70女武神的爆炸残骸的散布区。


此地位于美国加利福尼亚州巴斯托正北20.19公里处。在加州的小火箭好友或许可以一探。


XB-70女武神2号机的副驾驶卡尔·克洛斯没能来得及跳伞,牺牲。而机长埃尔·怀特则成功逃生,带着胳膊和身体的多处轻伤着陆。当时,XB-70女武神已经成功测试了弹射座舱逃生系统。


美好


女武神2号机就此陨落,NASA尝试重新启用1号机来进行高速飞行试验,但却始终无法完成更加成熟并改进多处的2号机能够实现的那些性能指标。


美国空军没有再订购第3架XB-70。从此,2架女武神成为绝唱。


而XB-70的研制单位北美航空也从1966年的那次事故中损失不少。


紧接着,在1967年1月27日发生的阿波罗1号事故(详见小火箭的公号文章《纪念阿波罗1号事故49周年》)成为了压坏北美航空的最后一根稻草。


北美航空在两次重大打击之后,陷入危机。2个月后,北美航空被洛克维尔公司兼并。


1996年,北美航空作为洛克维尔公司的一部分,整体并入波音集团。从此,那个研制出了T-6教练机、P-51野马战斗机、B-25轰炸机和F-86佩刀战斗机以及X-15试验机、土星5号运载火箭的第二级和阿波罗飞船指令舱的伟大企业在公众的视野中消失。


以后,会怎样?


还记得小火箭之前和大家聊的诸神的黄昏么?



女武神瓦尔基里的亲吻,会给死去的勇士留下永远的印记。这些勇敢无畏的人,最终会团结在她的麾下,为了那最后的决战,奋勇向前,迎来那诸神的黄昏


其实,在维京人的传说里,诸神的黄昏并不是最终的结局。


在那最终的决战之后,洪水会褪去,神灵返回故里,巨人奔向远方。勇士的灵魂终于获得了自由。女武神瓦尔基里骑着白马,在夜空中放出绚丽的北极光。


大地迎来又一个春天,万物复苏。在那初升太阳的照耀下,一切是那么地生机盎然。


巨鹰展翅翱翔,从悬崖边飞过。那傲然一声长啼宣告:属于人类的时代再次到来!


XB-70女武神战略轰炸机进行了多次试验飞行,其中有10次飞行的最大速度超过了Ma 3。累计超过3倍声速的飞行时间达108分钟,为人类积累了宝贵的高速飞行器的工程经验。




XB-70女武神的驾驶舱。注意中间的油门推杆,共6根,意味着她有6台发动机。


这样的驾驶舱,是人类工程师在上世纪50年代和60年代的智慧结晶。其设计思想和布局方式被很多型号所模仿,成为了行业内的事实标准(就像小火箭的文章风格被人模仿一样,捂脸。)


女武神的飞行让工程师深刻了解了阻力系数与飞行马赫数之间的关系。原来,当飞行器的飞行速度超过声速后,随着马赫数的增加,激波会倾斜,阻力系数反而会随着速度的增加而减小。


于是,有超声速巡航要求的战斗机、轰炸机,其巡航速度通常会设定在Ma 2.0到Ma 2.5之间。


后来,就有了超声速客机。


1968年12月31日,也就是女武神2号机坠毁后2年,苏联图-144超声速客机首飞成功。(超声速巡航速度为Ma 2.0)


1969年3月2日,也就是苏联图-144超声速客机首飞2个月后,欧洲的协和超声速客机首飞成功,其巡航速度为Ma 2.01。


美国波音的波音 2707超声速客机的方案也在那个年代提上了日程。


当然,这些超声速客机后来的事情比较复杂,那是后话了。


PH-15 7 MO不锈钢的大量应用(占机体结构重量的70.1%),让女武神战略轰炸机成为了一架由不锈钢锻造和焊接而成的飞机。


XB-70的不锈钢蜂窝夹层结构设计精巧,使用方便,在后来,被大量航空航天飞行器所采用。


占机体结构重量9.2%的钛合金则让美国工程师熟悉了钛合金的特性。


钛合金在SR-71和核潜艇上得到了大量应用。


XB-70女武神在冲击3倍声速的过程中,遇到了机上润滑油的稳定性问题。在高温情况下,普通润滑油无法正常运作。


工程师通过研究,发现:碱土金属和稀有金属的氟化物具有非常好的化学稳定性,其熔点也比较高,比如氟化钙的熔点为1417.8℃氟化钡的熔点为1353.3℃,不易发生氧化和分解 ,而且能够在高温环境中保持自润滑性。


由此,开创了高端固体润滑剂这个领域。


氟化钙和氟化钡固体润滑剂后来在航天飞机上得到了广泛应用。这个应用实在太出名,以至于很多人会误认为碱土金属和稀有金属氟化物固体润滑剂首先应用在了航天飞机上,而实际上其最早的应用应该追溯到女武神。



另外,在以3倍声速速度飞行超过半小时后,经受300℃以上持续高温考验的女武神的涂装依然洁白无瑕。这是特种有机硅涂料的贡献。


这项技术,后来应用到了多个领域,而我国也终于掌握了有机硅涂料技术并成功应用在了某型飞行器上。



XB-70女武神的传奇,小火箭就讲到这里了。


命运,毁灭一切;命运,也终将创造一切


最后,留一道讨论题吧!


我们知道,U-2高空侦察机采用了多项在当时极其先进的技术,实用升限达到了27430 米。U-2侦察机的飞行员在座舱内需要穿上类似宇航服的专用飞行服。在执行任务之前,飞行员需要呼吸纯氧,以便排出体内的氮气,减低出现致命的减压症的概率


后来的SR-71高空高速侦察机的飞行员也同样是宇航服一般的打扮。


不过,对于XB-70女武神战略轰炸机来说,一旦出现核打击情况,需要她能够立刻升空进行核反击,其准备时间通常会小于2小时。甚至早期的设计团队提出过45秒离地投入战斗的概念。


这样的话,女武神战略轰炸机的座舱就需要处于增压状态并且能够有持续的氧气供应和可靠的温度调节系统。但是这些都会给飞行器带来额外的重量。



那么,如果你是XB-70女武神的总设计师,就要面临一个抉择:由这些系统带来的质量增量到底会对飞行器的性能带来怎样的影响?是为了快速反应能力而选择采用增压系统还是为了增强突防能力尽量减重而采用U-2和SR-71的宇航服式的解决方案?


在做出抉择之前,作为优秀的飞行器设计师,我们需要拿数据说话。因此,首先计算或者估算一下质量增量是必要的:


小火箭努力在后续文章中专门和大家进行探讨。


祝大家:新年快乐!


节目预告


2018年1月1日晚上18:00~20:00,小火箭在中国国际广播电台 CRI News Radio 《环球资讯》2个小时的节目中,与大家一起畅聊刚刚过去的2017年,展望刚刚到来的2018年!欢迎大家收听和讨论!


【各地收听频率】


北京FM90.5、上海FM102.5、粤港澳FM107.1、天津FM105.4、石家庄FM92.2、成都FM88.9、重庆FM91.7、合肥FM90.1、芜湖FM89.4、烟台FM88.4、武汉FM98.6、长沙FM99.5、海口FM104.4、贵阳FM102.1、忻州FM98.1、池州FM101.9、闽南地区FM90.1。


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