女武神的黄昏──北美XB-70轰炸机

万磁王

作者：沃尔特•J•博伊奈（Walter J. Boyne）
原文发表在2006年6月份出版的美国《空军》杂志（AIR FORCE Magazine）
翻译：李昭辉  
来自空翼


　　译者注：本文原文发表在2006年6月份出版的美国《空军》杂志（AIR FORCE  Magazine）上，原作者是沃尔特•J•博伊奈（Walter J.  Boyne）。博伊奈之前担任过华盛顿特区美国国家航空航天博物馆的馆长，也是一位退役的空军上校和作家。他撰写过400多篇航空方面的文章和40本与航空有关的书籍。译文所配图片有改动。
　　“B-70项目只持续了几年，但这架飞机本身却成了一个传奇。”

正在起飞的XB-70轰炸机，这架外观颇具“未来感”的飞机综合了当时的众多先进技术与大功率发动机

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　　半个世纪之前，当美国战略空军司令部（Strategic Air  Command，简写为SAC）提出其B-70轰炸机项目的时候，当时人们纷纷预计，在有史以来人类制造过的最先进的有人驾驶轰炸机当中，“女武神”将成为当之无愧的核心机型之一。这款由北美公司研发的飞机拥有一个光滑流畅的、犹如雕塑般美丽的外形，但与此同时她仍然拥有极为强劲澎湃的动力──在所有能够飞到3马赫的飞机中，“女武神”是最庞大的，没有之一。
　　然而，这款梦幻般的飞机最终却没有成为现实。美国空军始终没有获得一支庞大的由B-70轰炸机组成的机队──尽管美国空军对“女武神”是如此明显地梦寐以求。

XB-70“女武神”轰炸机三视图

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　　这一项目之所以夭折，关键在于其制定的目标过于雄心勃勃，而在技术方面的极限探索则开展得太远、太快。更重要的是，B-70所依赖的作战神话──飞得更快、更高──在进入20世纪60年代之后就过时了。
　　1959年，美国空军签署了研发这款3马赫轰炸机的合同。这款巨大的轰炸机在5年后进行了首飞；而且，尽管有些人多次试图扼杀该项目，但在当时它仍然在美国战略空军司令部中拥有头号优先权。当两架XB-70原型机中的一架在发生空中碰撞事故并解体坠毁之后，“女武神”终于在一片光环之中走下了神坛──无论在字面意义上还是象征意义上都是如此。

XB-70坠地前的身影

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　　美国的轰炸机生产已经消停了很长一段时间，所以每当人们回忆起第二次世界大战结束后喷气式发动机开启了新的科技前沿时期美国的轰炸机研发活动时，总会有种耳目一新的感觉──新的轰炸机型号一个接一个地迅速出现，而且制造的数量相对较为庞大。鉴于苏联的威胁越来越大，而且苏联的防空能力也在逐渐增强，所以美国空军看上去似乎总是在企盼着下一代飞机。
　　B-70“女武神”轰炸机原本用于取代B-52“同温层堡垒”轰炸机，后者主要是在20世纪50年代制造的。时任美国战略空军司令部总指挥官的柯蒂斯•E•李梅将军（Gen.  Curtis E. LeMay）设想了这样一款飞机：它拥有B-52的航程和有效载荷，同时具有B-58 “盗贼”（Hustler）轰炸机的超音速飞行性能。

柯蒂斯•E•李梅将军

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核动力推进？
　　李梅将军知道波音、康维尔和北美公司正在研发各种有希望的──而且常常是奇特的、吸引人的──原型机。事实上，李梅要求开展两个并行发展的轰炸机项目，其中代号为“WS-110A”（“WS”是“Weapons  System”即“武器系统”的首字母缩写）的采用化学能推进的项目和代号为“WS-125A”的采用核动力推进的项目将会得到进一步的探讨。当时有一些乐观但毫无根据的希望是，这两个昂贵的系统可以共享一些子系统以降低总成本。
　　WS-125A项目极大地利用了1946年开展的“核能用于飞机推动力”的科研项目的研究成果。在经历了15年的研发和超过10亿美元的经费投入之后，WS-125A研发项目于1961年3月28日被取消。考虑到机身、发动机和子系统都必须同步开展研发，所以采用常规动力的WS-110A项目能够以惊人的速度向前推进。

康维尔公司提出的两个采用核动力推进的WS-125A项目方案想象图

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　　波音和北美公司双双在1955年11月获得了一份函件合同，合同要求这两家公司开始开发一款有人驾驶的战略洲际轰炸武器系统，该武器系统要求能够挂载20000磅（约9吨）重的高当量核武器。
　　新式轰炸机的持续巡航速度要求达到0.9马赫，而在最后1000英里（1609千米）的突防冲刺阶段，该款轰炸机应该具有“可能获得的最大的”速度。首支具备实战能力的飞行联队的预计部署时间被设定在了1964年的10月份。
　　军方还要求为这款轰炸机研发一个“侦察版本”，项目代号“WS-110L”。不过，由于“科罗纳”（Corona）卫星项目的秘密成功（译者注：“科罗纳”是美国在1960年至1972年间开展的侦察卫星项目的代号），该项目最终被取消。
　　波音和北美公司的设计团队在WS-110A项目初始阶段开展的竞争的特点是他们都提出了些疯狂大胆的设计方案。由于受到相同的设计要求方面的难题的困扰，这两家公司想出了一系列复杂的设计，这些设计让人不由地联想起了第三帝国末期纳粹德国空军研发的各种奇奇怪怪的方案。这些方案花样百出，从看上去像是“服了激素”的加强版B-52到看上去像是出自“星球大战”创作团队之手的作品──配备了复杂的、铰接的“漂浮翼尖”翼型的设计。特别的，在看到后面这种设计方案的其中之一时，李梅将军促狭地写道，这不是一架轰炸机，而是一个由三件会飞的玩意儿组成的小编队。

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

波音“725-87”方案，设计杂乱无章，看起来就像是许多圆珠笔插在了直尺上

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　　诸多棘手的空气动力学定律使这两家公司意识到了军方最初提出的任务剖面是何等的低效──原先要求的任务剖面是在飞向目标的过程中进行亚音速巡航，并在最后阶段进行长距离的超音速冲刺。波音和北美公司现在意识到，如果把任务剖面改为全程超音速飞行，那么就可以制造一款尺寸较小的先进飞机。
　　发动机制造商认为通过使用硼基高能燃料可以让飞机拥有卓越的性能，并向人们展示了飞机使用这种燃料后获得优异性能的前景。发动机制造商们还展示了这样一幅诱人的前景：通过使用这种燃料使飞机的航程增加了15％。
　　发动机制造商提出的上述理念颇具吸引力，它导致人们为之付出了漫长而成本高昂的努力，可这些努力不但没有产生有用的结果，而且最终也被发现是不必要的。几年之后，实用化的JP-6喷气发动机燃料提供了原本只有那种硼基高能燃料才能赋予飞机的飞行性能优势，而且还不需要专门为其设计一套燃油系统。

北美的早期WS-110A方案也采用了可抛翼尖概念

北美公司最终提交的WS-110A方案，战胜波音成为了XB-70

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凭借激波产生升力
　　随着竞争的加剧，北美公司充分利用了空气动力学方面取得的一项研究进展，这给予了它决定性的优势，这项空气动力学方面取得的研究进展就是：超音速飞机可以通过调整机翼的位置而充分利用在凸起的机身产生的激波后方出现的压力场来提高自身的升阻比。在北美公司的设计方案中，这种现象被称为“压缩升力”（compression  lift，即凭借激波产生升力），它可以提供30％的升力增加，同时不带来阻力上的损失。（译者注：以下几幅图为译者从网上找到的有关介绍“压缩升力”的图示资料，文字为直接翻译的外文资料。因为译者自己对这方面的内容尚不太了解，因此错讹之处在所难免，欢迎各位读者指正）

图片表示一个在零攻角时对称地安装在薄翼上的旋转体，左为这一“带翼旋转体”的前视图，右图为由主体圆形结构对周围气流扰动产生的速度的分布

此图片为简要表示飞行物体产生的激波的平面俯视图。在这个模型中，机翼可任意地延伸并超出机体产生的激波的范围。现在，机体可以向其表面和它产生的激波之间的区域中的空气施加向下的动量。因此，机翼应该至少延伸到产生的激波的边缘，以维持这种动量

最后，横向动量被转化为向下的动量。这可以在没有显著增加前向动量的情况下通过使翼尖朝着如图所示的铰接线向下偏转来实现

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　　乍一看上去，“压缩升力”似乎违反了这样一条工程原则：即“从来不可能在不付出某一方面的损失的情况下获得另一方面的好处”，但“压缩升力”确实是有效的。
　　在当时，美国空军急需的装备并不仅限于轰炸机，他们还在渴望一款能飞到3马赫的远程战斗机。最终，北美公司又一次赢得了合同，这就是大名鼎鼎的F-108“轻剑”三马赫截击机。

“压缩升力”对升力系数和升阻比（L/D）的影响：从图中可见升力曲线向上、向左发生了偏移，这样产生的效果就是在较低的攻角下即可获得升阻比（L/D）的最大值，同时可增加升阻比（L/D）的最大值

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　　B-70轰炸机项目和F-108截击机项目是有关联的，因为北美公司提出在F-108项目和WS-110项目中使用相同的发动机，这赋予了该公司在轰炸机项目竞争中的整体成本优势。F-108截击机项目和WS-110轰炸机项目这两款设计还将共享逃生舱组件。

B-70轰炸机想象图

与XB-70共享关键技术的F-108截击机