XB-70的详细介绍

2012-12-25 23:43  字号:T | T

  XB-70 “瓦尔基里”超音速轰炸机(XB-70 Valkyrie),原北美航空公司于60年代研制的高空超音速战略轰炸机,该机在1965年10月和1966年1月的试飞中,其飞行速度都曾达到过3倍音速。由于地空导弹的发展,美国认为发展XB-70这样的战略武器既不经济也没有必要。到60年代中期,美国超音速战略轰炸机研制计划终于被下令停止。

  概述

  XB-70是原北美航空公司于60年代研制的高空超音速战略轰炸机,该机在1965年10月和1966年1月的试飞中,其飞行速度都曾达到过M3,迄今为止,只有前苏联米高扬设计局研制的米格-25高空高速截击/侦察机和美国洛克希德公司研制的SR-71战略侦察机可以与之相比。

  在冷战时期,为了躲避当时速度超过两倍音速的最先进的前苏联歼击机的拦截,并可深入前苏联腹地进行战略轰炸或投放核武器,美国军方不惜投巨资开始研制这种被称为“瓦尔基里”大型超音速战略轰炸机,并打算作为B-52的后继机装备美国空军的战略部队。

  经过不断的修改设计后,第一架XB-70原型机(编号为62-0001)于1964年9月21日出厂首飞。这架飞机在第二年的一次试验飞行中,飞行速度达到了M3,高度达到21500米。第二架原型机(编号为62-001)于1965年7月17日首飞,在1996年1月3日的一次试验飞行中飞行速度也达到了M3。

  但是在1966年6月18日,第二架原型机(编号为62-0207)在飞行表演时同伴飞的F-104战斗机相撞,全部机组人员遇难,围绕这次重大事故,美国政界一些对研制超音速战略轰炸机的反对派,百般挑剔XB-70的种种不足,加上可以拦截它的对手前苏联的米格-25已经问世,此外,由于地空导弹的发展,也使美国的战略思想发生了变化,认为发展XB-70这样的战略武器既不经济也没有必要。到60年代中期,美国超音速战略轰炸机研制计划终于被下令停止,XB-70“瓦尔基里”飞机就此半途而废。

  外部尺寸和性能简介

  翼展:32 米

  前置翼展:8.78 米

  机长:59.74 米 (含机鼻探针)

  机高:9.14 米

  轮轨距:7.06 米

  轮基距:14.08 米

  主翼总面积:585.02 平方米

  前置翼总面积:38.61 平方米

  垂直尾翼总面积:21.73 平方米

  机体总重:250 吨

  油箱总容量(11个) :136 吨

  最大速度:3 马赫(21,500 米高空)

  进场速度:500 公里/时(机身后准备了三个直径 8.53 米的减速伞)

  总建造数:2架

  首飞时间:1964年9月21日

  退役时间:1969年2月4日

  概述

  XB-70轰炸机采用了鸭式、无平尾、大三角翼的总体布局。与SR-71和米格-25高速飞机一样,XB-70也采用了双垂尾。其机翼翼尖部分还可以向下折叠,这是因为要产生压缩升力,一种在高速飞行下才会产生的升力,相比苏联的T-4,设计更超前一些,T-4只是为了增加稳定性。翼尖一般在低空超音速飞行时可下折25度,在高空高速巡航飞行时可下折65度。垂直尾翼采用传统的设计形式,前部是固定的垂直安定面,后面是可操纵的方向舵。

  XB-70装6台通用电气公司的YJ93-GE-3加力涡轮喷气发动机,加力燃烧室可长时间连续工作,开加力时单台发动机地面静推力为136.8千牛(13950公斤)。按设计要求,该机可携带22.5吨常规武器和核武器,没有自卫性武器装备。它的自卫方式主要依靠高空高速飞行和先进的机载电子设备作保障。武器主要挂在机身下长而大的弹舱内,在执行核轰炸任务时共可14枚核弹和其它武器。

  XB-70共有4名乘员,即正、副驾驶员,轰炸/领航员和防卫系统操作员。座舱位于机头,但位置较低,在一定程度上影响了驾驶员的视野。飞机座舱前方有一大片涂成黑色的区域,这主要是为了减少强反射光,以免影响飞行员的视线和对眼睛造成伤害。座舱内4名乘员的座椅都有弹射救生能力。

  气动设计

  XB-70 采用三角翼设计,前缘向下倾斜,并将约 47 平方米的翼尖与主翼以铰链方式接合,在高速飞行时翼尖可垂下 25 度至 65 度。 理论上此折动机翼有三种好处(高速时):

  (1) 使翼尖起到部分垂直安定面作用,有助于 B-70 的方向安定性。

  (2) 超音速时,可抵消其上反角效应。

  (3) 破坏翼面后部所产生的部份升力,避免升力中心过度向后移动,使飞机趋于稳定。

  (4) 制造压缩升力。

  XB-70 的翼尖在高速飞行时翼尖可垂下 25 度至 65 度

  而在设计 B-70 前,NACA(为 NASA 前身)曾发现一种压缩升力的现象,即在某种高速下,一种适当形状的物体可使音障形成的激波撑起物体,如同冲浪快艇般的乘波奔驰,因此 XB-70A 的进气道位于三角翼之下,其巨大体积恰使激波形成向上的压缩空气,能被机翼捕捉,从而提供了免费升力。

  XB-70 前置鸭翼的设计部份是为了抵消因高速飞行主翼升力中心后移时,机鼻向下的趋势。 鸭翼前缘有一个可微调的翼缘,后缘是各自独立动作的襟翼。 但在 3 马赫时,前置鸭翼无法抵消升力中心后移所产生的力矩,此时就必须使主翼翼尖向下弯折,以增加其俯仰和方向的安定性,然而这种设计,却对其结构,操纵系统增加了危险的复杂性。

  主翼后缘各有六片升降副翼(总计 12 片),外部翼尖各两片升降副翼,在翼尖折下时不能使用。双垂直尾翼除了小三角形面积固定垂直翼面外,其余部分都是可活动的方向舵,链结在垂直翼面斜边上,上摆弧度大于下摆弧度,虽然增加了方向舵效率,但对其结构有部份影响。

  XB-70 的垂尾方向舵安装方式,整个垂尾几乎都是可动的

  推力装置

  6具通用电气公司 YJ93-GE-3 涡轮喷气发动机,具有变距涡轮叶片,每具加力推力高达 14,060 公斤。YJ93 的设计源自 F-4 使用的 J-79 发动机,是 J-79 系列的放大型,仅比 J-79 重约 680 公斤,但推力增加了一倍。XB-70A 具两个大方箱型进气口,尺寸巨大,可供一般人直腰走进,每一进气道可供给三具发动机所需的空气,而进气道内有可变壁式,旁通门,以控制其进气压力与温度,六具发动机并排安装在机尾及飞机中心线两侧。XB-70A 具两个大方箱型进气口,尺寸巨大,可供一般人直腰走进。

  通用公司设计师布拉克曼(Bruckman)设计的 YJ-93 发动机,在全推力时,每小时需耗掉约 27,000 公斤燃料(哇! 六个引擎不就……)。 利用燃油吸收滑油的热,解决了排热问题,也增加推力,此成就列为五角大厦的机密档案。 然而其高能量硼基燃料的毒性倒是引起部份人士的反对。

  结构材料

  由于 XB-70 高速产生的高温需要特殊的耐高温材料,于是采用了难以处理的钛金属,工程师们寻求各种铸造方法,终于驯服钛金属,铸成 XB-70 可变机鼻的形状,也因此得到美国金属学会的研究成就奖。

  XB-70 的风挡玻璃可以改变角度,在飞行时升起减小阻力

  其实 XB-70 大多数结构是采用不锈钢的蜂窝夹层结构,此精巧结构是用黄铜将薄钢皮焊接在六角形蜂巢式钢结构物上制成的,需要在净尘环境内处理,其强度与实心钢差不多,同时也是良好热绝缘体,能使高热保持在表皮而不致损及内部。

  在机身后部,由于内有引擎加热,外有摩擦热的影响,故此部份是由高强度工具钢所做成的。

  XB-70 的主起落架,四轮小车式设计,但中间又有一个小轮。

  机组人员

  主要成员有驾驶员,副驾驶两位 (生产型机则增加轰炸领航员,防卫系统操作员两名),具有两个独立逃生舱,分置于驾驶员,副驾驶座位上,一旦紧急脱离时,可形成封闭舱,提供增压,氧气,以供弹射时人员的安全保障。

  发展历史

  尚未出师身已死 ——超音速轰炸机XB-70的悲歌

  在以往曾经飞行过的人造飞行体中,恐怕再也找不出一架飞机能像XB-70那样,能给人如此惊人的印象了!虽然美苏曾经计划过研制更可怕的核动力喷气式轰炸机,也曾有过3马赫(即3倍音速)客机的研究计划,但这些终未成为现实。只有XB-70超音速轰炸机,却真真实实地在这个世界上飞行过,并创下了不少飞行纪录。只是由于众多的原因,使得它在还未成飞之前,便已经注定了死亡的命运。

  冷战时期的产物

  在40年代末,由于战斗机速度提升很快,从1948年起,美英苏都已经展开了研制超音速战机的计划,3倍音速的战斗机也在50年代初进入设计阶段。相较之下,当时极速不到一马赫的B-47/B-52轰炸机落伍的速度之快超乎人们的想象,必须开发新的、可穿透苏联领空的战略轰炸机,才能保障60年代以后的战略均势。因此,从1951年起,美国开始研制超音速轰炸机。

  北美公司经过不懈研究,克服了技术上的种种障碍,最终设计出了一架可以在21021米高空以3马赫飞行,能内携11340公斤炸弹,最大续航距离超过8000公里的超级轰炸机——XB-70。

  诸多过人之处

  XB-70的动力系统使用6具通用电气公司生产的J-93喷气发动机,每具的最大净推力达12712公斤,它们位于机身后方,由两个方形的进气口为它们提供所需的空气。

  在机身材料方面,由于XB-70飞行速度很快,机身蒙皮与大气摩擦产生的温度最高可达400多度,因此不能使用传统的铝合金。就当时已知的材料,只有钛合金才能满足要求,但钛合金太贵,且钛加工技术还不成熟。结果XB-70采用了在两层不锈钢之间夹一层蜂窝状结构材料,作为机身的主要结构,以便在保持足够机械强度的前提下,减低结构的重量。而机身某些重要部分的冷却,则依赖燃油流通循环以吸掉部分热量。

  轰炸破坏力一流

  XB-70的最大不凡之处,在于它的紧急起飞能力。同样是3马赫巡航的飞机,洛克希德公司生产的SR-71起飞前需要花上大半天慢慢暖机,飞行员还需在检查生理状况后,穿上太空装才能飞行。而XB-70从开始暖机到离开跑道只需25分钟,跑道滑行时间最快仅需45秒,而且飞行员无需做生理检查,甚至在飞行时不穿飞行服,也丝毫无碍生理健康。

  XB-70的武器装载能力依然远较一般战机为高,达11340公斤,可充分满足战略轰炸的需求。后来还计划装载导弹以及其自身的自卫武器系统。

  XB-70的护航战斗机同样是一个高科技的结晶,即同样是由北美公司研制的3马赫护航战斗机——全三角翼的YF-108。YF-108与当今的F-22猛禽战机相比,有过之而无不及。但由于经济与战略转换的因素,YF-108很早便遭到了淘汰。

  被弹道导弹“杀死”

  虽然XB-70有诸多过人之处,但是,远在这架轰炸机于1964年开始试飞之前4年,便已被判了死刑。由于价格高昂,穿透敌人领空的能力又不如弹道导弹,因此遭到诸多质疑。尤其致命的是,这架轰炸机以3马赫飞行、在21021米的高空投弹时的圆周公差半径达1.5公里,其准确度低于各种弹道导弹,等于是没有对移动目标进行精确打击的能力,让人怀疑这种当年一架值5亿(相当于如今100亿)美元的轰炸机存在的价值。因此,原本预定生产250架的计划被取消。经众人力保,最终是以技术展示机的名义,生产2架实验机,并保留第3架的生产可能性。

  XB-70的飞行事故

  1964年9月21日,XB-70首飞时就出现事故,在降落时左侧主起落架起火损伤。

  1965年5月7日,XB-70A在试飞飞行中有不明物体飞入进气道,导致六台发动机全部损伤。

  1965年10月14日,XB-70A在高空飞行达到3马赫的速度,但由于机身材质问题,左侧机翼翼尖0.6米的结构脱落,这次事故直接导致XB-70的实用速度被迫降至2.5马赫。

  由于上述问题,XB-70的二号原型机在机翼结构上进行了彻底的改良,完全解决了一号机上无解的那些毛病。二号机首次试飞于1965年7月17日,并且在1966年5月19日的一次飞行中,以3马赫的速度持续飞行了3840公里的距离,耗时33分钟,成功地达成该计划预计要达成的目标,证实此设计概念的确拥有在70000米的高空中持续以3马赫高速飞行的能力。但该机随后发生了最严重的事故。

  1966年6月8日,在一场为了拍摄空中定装照而进行的紧密编队飞行中,XB-70A二号机与随的一架F-104N战斗机过于接近而发生了空中相撞意外,F-104N随即发生爆炸,飞行员乔·渥克当场死亡,而XB-70被撞掉左侧垂尾后陷入无法控制的失速尾旋中,最后于加州巴斯托北方的沙漠里坠毁,XB-70的副驾驶卡尔·克罗斯都在意外中丧生,而XB-70的正驾驶艾尔·怀特却幸运地弹射跳伞成功,保住一命。这次事故彻底粉碎了XB-70的再生希望。

  随后美国也获知前苏联已发展出对付XB-70的SA-5地空导弹及MiG-25截击机,再加上XB-70的结构无法适应远程低空飞行,因而也难以改装以适应低空穿透作战。此后美国放弃了以高速突穿苏联领空的尝试,接下来的新一代美军战略轰炸机如B-1、FB-111等,都改以低空穿透轰炸,而不再追求高空高速。

  关于导致XB-70死亡的原因,在过去航空界还曾有其他说法,但实际上杀死XB-70的,主要还是弹道导弹的发展,以及美国核战略的转变。在前苏联拥有洲际弹道导弹之后,美国再也无法避免本土遭到核攻击的可能性,而苏联防空网的强化,也使得轰炸机的报复成功率,难以和洲际弹道导弹相比。XB-70已完全失去了存在的意义,自然只有死路一条。

  许多人曾设法为XB-70寻找新的用途,但无论是在经济上还是在军事上,效益都很不理想。因此XB-70一号机在1969年进行最后一次飞行后,便永远地离开了天空,被送进了美国空军博物馆进行收藏。

  人物志

  Walter A.Spivak:主持 XB-70A 设计总工程师

  Bruno Bruckman:设计 J-93 发动机总工程师,二次大战曾为德国 BMW 工厂设计 Messerchmit 系列飞机发动机。

  Alvin S."Al" White:北美 XB-70 主任工程试飞员,亦是 XB-70A 驾驶员,曾任 X-15 助理试飞员。1966 年 6 月 8 日担任 XB-70驾驶,失事弹射重伤。

  Joseph F."Joe" Cotton:空军驻厂试验监查,也是 XB-70 助理试飞员,即副驾驶。

  L.Pyne:XB-70 的总检查机工长。

  Joseph A.Walker:当时 X-15 最快,最高的记录保持者。1966 年 6 月 8 日事故中,他驾驶 F-104 与 XB-70 相撞失事殉职。

  Carl A.Cross:越战英雄。1966 年 6 月 8 日事故中,是 XB-70 副驾驶失事殉职。

  尾声

  XB-70A 首次出厂呈现在众人之前时,无人知道该如何称呼她,有人说她像发怒的眼镜蛇,像螳螂,食蚁兽,飞鸟等等,其实空军早已在出厂之前,在两万多群众提名中,选择了“女武神”(Valkyrie,国内也有译为“瓦尔基里”者,显然不够传神)之名,此神是北欧神话战神欧丁的十二个女儿,其职责是飞临战场上空,导引战死沙场的英灵到战神欧丁的英灵殿飨宴。 意味着 B-70 战略轰炸机一旦临空,将会毁灭一切目标,但早在 XB-70A 出厂之前,美国防部已决定不生产这种轰炸机,仅做两架供研究用,虽然北美公司的 XB-70A 代表了美国航空科技工艺的先进产品结晶,但毕竟抗不过政策和环境的压力,以致无法翻身。

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