三马赫梦幻轰炸机，XB-70“女武神”的故事

万磁王

作者：Armstrong
来自空军之翼

　　2018年1月，波音公司宣布了一种5马赫涡喷/冲压复合动力无人攻击/侦察机概念，来竞争SR-71“黑鸟”战略侦察机的后继机。其竞争对手洛克希德·马丁公司在较早前也提出了类似的SR-72“黑鸟II”概念。波音的这个双垂尾高超音速无人机被命名为“女武神II”，其5马赫飞行速度超过当前几乎所有防空系统的拦截能力。“女武神II”不仅是对60年前北美飞机公司XB-70“女武神”三马赫战略轰炸机的致敬，该机的进气口外形和总体布局也源自XB-70，具有明显的乘波飞行特点。

“女武神II”概念图

“女武神II”表现出了明显的乘波飞行设计特点

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女武神传奇
　　北美XB-70“女武神”的诞生可以追溯到那个疯狂追求高空高速的时代，当时诞生了一些极具创新性和未来主义的设计，但其中大多数不是太过雄心勃勃就是过于昂贵，永远没有离开绘图板。
　　二战结束后，美国空军倚重的战略轰炸机仍是二战时期的重型轰炸机，不久后巨大的康维尔B-36“和平缔造者”、波音B-47“同温层喷气”和B-52“同温层堡垒”轰炸机相继问世。螺旋桨动力的B-36在1950年就已经过时，因为朝鲜战场上出现的米格-15战斗机让其迅速变得落后。在喷气式战斗机的逼迫下，轰炸机的发展走入了高空高速之路，美国空军开始追求在飞行高度和速度上都能大幅超过喷气式战斗机的重型轰炸机。
　　1950年，就在人类首次超音速飞行仅三年后，美国空军就开始考虑研制超音速轰炸机了。到20世纪50年代中期，柯蒂斯·李梅将军提出了一个雄心勃勃的计划，研制一种3马赫重型轰炸机来取代战略空军司令部的B-52，与研制中的洲际弹道导弹形成“二位一体”的核威慑体系，优势互补。

基于二战技术的轰炸机在喷气时代迅速过时

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　　由于当时还没有合适的涡喷发动机，所以美国空军对两种动力方案进行了研究。其中第一种是丧心病狂的核动力方案，通过机载核反应堆来加热穿过涡喷发动机的空气，产生足以推动204吨重量轰炸机的超音速推力。核动力轰炸机项目被称为武器系统125A（WS-125A），通用电气公司与康维尔组队，普拉特·惠特尼公司与洛克希德组队参与了竞争。

通用电气设计的P-1型核涡喷发动机设计图，为直循环系统

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　　第二个是常规动力的WS-110A项目，通过高能硼化合物来大幅提高涡喷发动机的推力，让轰炸机突破1207公里/小时的音障。U-2高空侦察机对苏联的侦察显示西方对苏联轰炸机数量高估之后，肯尼迪总统取消了WS-125A项目。WS-110A项目则与3马赫的F-108“轻剑”战斗机一道幸存下来，两者之间将共享许多技术。
　　WS-110A项目在早期研究中探索了许多稀奇古怪的布局形式，其中一个概念重达340吨，机翼两侧安装有装载燃油的“漂浮的一次性翼尖”，每块翼尖长23米，重达86636千克，在飞机进入超音速冲刺之前被抛弃。该机在安装了一次性翼尖后翼展达82米，机身长63.7米，这个庞然大物将通过潜望镜进行操纵，而且只能从特别加宽的加强跑道上起飞。李梅把该设计形容为“三机编队”，这个异想天开的概念很快就让位于波音和北美公司的一系列新设计，从双发到六发，从各种翼形的有尾布局到鸭式布局。

波音公司在1956年3月份提出的“724-13”方案，机翼外侧两个像小飞机一样的物体便是“漂浮翼尖”，用于搭载巡航飞行时所需的燃料

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乘波飞行
　　到1957年，两家制造商完成了最终设计，波音公司的Model  804-4最终败给了北美的NA-278。波音采用其惯用的翼下吊舱式发动机，北美则把发动机置于机身内部，并依靠刚刚建立的“压缩升力”理论来帮助克服超音速阻力，从而增加飞机航程，这就是所谓的乘波飞行。

波音Model 804-4概念图

北美NA-278模型

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　　北美通过对机身和进气口进行优化设计，在超音速飞行中把高压区域保持在机身下方和激波之后。NA-278的六台发动机被并排放置在一个箱形结构中，该结构包含了大部分后机身。该机机腹的双斜切四波系进气口组成了一个楔形前缘，在超音速飞行中产生的激波沿着三角翼前缘分布，使激波滞后的高压区域大部分作用于机翼下表面，由于机翼上表面却没有相应的压力与之平衡，所以这部分压力就行转化为升力，最多能占总升力的30%。XB-70的三角翼翼尖在高马赫属下可向下折叠，有助于保持飞机下方的压力场，增加升力。

进气口设计是XB-70乘波飞行的关键

XB-70复杂的进气道-发动机结构

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　　设计师花了大量时间来设计进气口内部的斜板和放气门，以便在整个预定速度范围内都能把进气减速到亚音速，为发动机提供稳定的气流。当设计使在后机身箱型结构和三角翼前端增加了修长的前机身和高置鸭翼后，就形成了XB-70独特的“愤怒眼镜蛇”外观。

三马赫速度下XB-70进气口内的复杂波系

XB-70的三面图与总体结构

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　　在1958年定义WS-110A时，美国空军希望该机的极速是3马赫，实用升限接近24400米，能装载907千克的核武器飞行11000公里。在当时这是一个令人难以置信的苛刻要求。
　　美国空军建议该机在自卫方面可以安装向后发射的飞碟状爆炸红外诱饵导弹，或安装一门后射加特林机炮来发射装满腐蚀性化学物质的弹药，或装备传统的空空导弹和庞大的电子战设备，但最终WS-110A还是决定以高空高速来作为主要防御手段。WS-110A项目在1958年2月获得了XB-70的编号，在命名活动中，弗朗西斯·塞勒技术军士提出的“女武神”（Valkyrie，北欧神话中出现的在战场上挑选英灵进入英灵殿的女神）获胜。美国空军当时计划这种轰炸机在1964年服役。

XB-70想象图

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　　北美工程师在极短时间里就完成了XB-70的最终设计，与今日战斗机动不动就十年二十年的设计周期形成的鲜明对比。北美工程师设计出独特的可动机鼻斜坡而不是超音速客机惯用的可下倾机鼻，机鼻斜坡在超音速时升起以降低风挡倾斜角度，减小阻力。此外，该机的双全动垂尾，可下反外翼段，以及机翼后缘取代传统襟翼和副翼的五片“升降副翼”都是开创性设计。

可动机鼻斜坡

XB-70的气动设计特点

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　　XB-70在2.13米高的进气道之间设置了一个长4.26米的武器舱。在研究了普惠J58涡喷发动机（该发动机后来被用于洛克希德SR-71“黑鸟”三马赫战略侦察机）后，北美工程师还是决定为XB-70安装六台通用电气YJ93-GE-3涡喷发动机，单台最大推力13.3吨。XB-70在后机身内并列安装6台YJ93，F-108战斗机也选用了该发动机。

YJ93-GE-3涡喷发动机

并列安装的六台发动机