冷戰之初,由於航空發動機技術的快速發展,戰鬥機時速也隨之提升,超音速戰鬥機時代悄然來臨。在美國與蘇聯兩極化的時期,雙方開始了在戰略轟炸機上的競爭。上世紀五十年代,美國希望對前蘇聯保持威懾,能夠深入前蘇聯廣闊的腹地,進行戰略轟炸或投擲核武器,但當時的B-36「和平締造者」、B-47「同溫層噴氣」、B-52「同溫層堡壘」等轟炸機速度不夠,很難擺脫蘇聯噴氣式戰鬥機的攔截,因此他們計劃研製一款新型戰略轟炸機——代號B-70。
1957年,北美公司贏得了B-70轟炸機項目的競標,他們研發的飛機擁有一個光滑流暢的、猶如雕塑般美麗的外形,但與此同時她仍然擁有極為強勁澎湃的動力和一個優美的名字——XB-70「女武神」,人類截至目前研發過的最夢幻的戰略轟炸機應時而生!
「女武神」即Valkyrie,來源於北歐神話中飛翔在戰場上空的女武神,她們中一部分是奧丁的女兒,另一部分則是從地上挑選,其職責是飛臨戰場上空,賜予戰死者美妙的一吻,並引領他們帶往英靈殿,以在諸神的黃昏來臨之前擴充神域的兵力應付戰場所需。美軍借用這個神話傳說可能是希望XB-70戰略轟炸機一旦臨空,就能毀滅一切目標。
不過,B-70轟炸機項目並沒有它們的名字那麼唯美,期間一波三折。先是美國空軍的一系列項目需求和飛機規格設計更改需求,讓北美公司的工程師們抓狂;接著是美國總統艾森豪推崇洲際彈道飛彈,1959年底B-70轟炸機項目被取消,只同意生產1架作為研究機,讓北美公司的工程師們絕望;然後是美國空軍司令託馬斯 S 帕沃將軍的堅持,又使B-70轟炸機計劃在1960年8月恢復,可以生產1架原型機和11架YB-70作為測試飛機,又讓北美公司的工程師們看到希望;隨著總統甘迺迪當選,他接受了國防部長羅伯特 S 麥克納馬拉的建議,縮減B-70轟炸機計劃,只生產3架XB-70原型機,最終讓北美公司的工程師們覺得失望。最終,北美公司的工程師們只生產出了2架XB-70原型機。
【逆天的機體設計】
XB-70翼展32米,機長59.74米,機高9.14米,機翼面積585平方米,採用了鴨式、大三角翼、無平尾的布局,前緣向下傾斜,翼尖與主翼採用鉸鏈方式接合,在高速飛行時翼尖可垂下 25 度至 65 度,可以在超音速飛行時抵消上角效應,避免升力中心過度向後移動,使飛機穩定飛行。
XB-70進氣道位於三角翼下,可以使激波形成向上的氣流提供額外的升力。兩個大型的方箱進氣口可供一般人直腰走進,每一進氣道提供三具發動機所需空氣。
XB-70裝備6臺通用公司的YJ93-GE-3渦噴發動機,單臺發動機在開加力時推力可達136.8千牛,全推力狀態下單臺發動機每小時要消耗27噸燃料。六具發動機並排安裝在尾部及飛機中心線兩側,使XB-70最大飛行重量達249476千克,可攜帶22.5噸常規武器或核武器。
XB-70使用了大量的不鏽鋼材料,大約佔到全機70%作用,除此之外,還使用了鋁合金以及鈦合金結構等。在兩層不鏽鋼之間夾一層蜂窩狀結構材料,作為機身的主要結構,該結構是用黃銅將薄鋼皮焊接在六角形蜂巢鋼結構物上製成的,其強度與實心鋼差不多,同時也是良好的熱絕緣體,能使高熱保持在表皮而不致損及內部。使用這樣的材料完全可以解決飛機在飛行中由於速度高,因氣流摩擦緣故導致機體表明溫度過高的難題。
為了降溫,需要用燃油來吸熱,吸飽了熱量的燃油直接送進發動機燃燒,然後由後面冷的燃油來不斷補充。不過這「冷」的燃料也已經是非常熱了,以至於裡面只要混進2%左右的氧氣就會被點燃甚至爆炸。為了防止意外燃燒,在燃料空出的地方全部注入了氮氣。
XB-70主起落架採用四輪設計,安裝耐熱金屬輪胎,剎車盤高達41個。即便剎車系統如此設計,也無法應付飛機誇張的質量,著陸中剎車盤經常達到1000多度,所以降落時一路火花帶閃電是不可避免的。
XB-70駕駛艙的儀表和操縱裝置相對傳統,駕駛艙本來準備有4個位置的,正/副駕駛員,領航員和投彈手。但由於經費問題,飛機出來後只保留了正/副駕駛員的位置。
飛行員和副駕駛各配備一個重453千克逃生艙,可在161-3380公裡/小時的速度範圍內和27500米高度以下安全彈射。彈射時,乘員的座椅被蛤殼門封閉形成逃生艙,然後在一具43.59千牛推力的火箭推動下脫離座艙。逃生艙後方的兩個伸縮臂展開,末端兩個錐形減速傘張開穩定住姿態,下降到4600米時主傘張開,使逃生艙徐徐下降,在落地前一刻減震氣囊打開,成功落地後乘員自行走出逃生艙並取出生存工具包。如果落在海上,逃生艙可在額外氣囊的幫助下漂浮長達三天。
該機採用獨特的可動機鼻斜坡而不是超音速客機慣用的可下傾機鼻,機鼻斜坡在超音速時升起以降低風擋傾斜角度,減小阻力。
【命運多舛的原型機】
第一架原型機 -(NA-278)機身編號62-0001,總飛行次數83次,總飛行時數160小時16分,現存於俄亥俄州戴頓,美國空軍博物館。
第二架原型機 -(NA-278)機身編號62-0207,總飛行次數46次,總飛行時數92小時22分,於1966年6月8日墜毀於加州巴斯託北方沙漠地區。
1964年5月11日,第一架原型機在加利福尼亞州帕姆代爾第42號工廠正式公之於眾。它曾在第17次試飛中實現了3馬赫速度,但卻因為結構問題造成機翼前緣損壞,後來被限制在2.5馬赫。
1964年9月21日,第一架原型機進行首次試飛,但其一直有蜂巢結構太脆弱、液壓系統漏油、燃料洩漏等毛病。首飛著陸也是險象環生:XB-70在設計上要求主起落架的後輪先觸地,但是當時左起落架卡住了,跛腳著地,導致飛機在滑行的過程中摩擦出了一場輕微的火勢,飛機在跑道上滑行了約3200米才停下。
1965年5月7日,第一架原型機在試飛中兩側進氣導管前緣的分隔板在高速狀態下破裂,碎片飛進發動機裡一次損毀了6具噴射發動機。
這是受傷的5號發動機,看她的發動機葉片,傷痕累累。當時XB-70在2.58馬赫巡航途中,飛機上一塊蜂窩結構的表皮突然脫落,被吸進了右邊進氣道,導致6臺發動機中的4臺熄火。後來嘗試了幾次點火後,這5號發動機終於再次轉動,給本已癱瘓的右進氣道提供了點推力,最後飛機靠3臺發動機返回地面,而剩下的3臺完全報廢。
1965年10月14日,第一架原型機成功地加速到3馬赫的高速,不過因高速飛行時承受的過大應力損毀機翼的蜂巢結構,左翼前端約600公分長度的結構被撕裂消失。
1969年,第一架原型機在進行最後一次飛行後,便永遠的離開了天空,被送進了美國空軍博物館進行收藏。
第二架原型機在機翼上加了5度的反角,改進了液壓系統,表面也處理的更加光滑,進氣系統也改成全自動的。經過結構優化設計,第二架原型機的飛行速度也比較給力。1965年7月17日,首飛就飛到了1.4馬赫。1966年1月3號,首次飛到3馬赫。1966年5月19號,以2.5馬赫飛了62分鐘,裡面包括了33分鐘的3馬赫巡航。
1966年4月30號,第二架原型機的前起落架困在門裡無法放下,飛機液壓系統和備份電力系統也出了問題,嘗試了兩次硬著陸衝擊想把起落架衝下來但都失敗,在天上兜了幾小時燃油快耗盡後,有人想到對備份電力系統的斷路器進行串線,好讓電力系統啟動。副駕駛員臨時在他攜帶的小包裡找到了一個夾文件的回形針,並把它掰直,用回形針進行了跳線,最後前起落架終於放下來。
但是第二架原型機的飛行卻成為了一場災難。美國軍方為了給這種巨型轟炸機拍攝宣傳片,專門出動了數架戰機進行伴飛,安排這次飛行的目的是要拍攝「五架均使用通用電氣公司的發動機推動的不同型號的軍用飛機」的畫面。但在拍攝過程中,第二架原型機與伴飛的F-104戰鬥機發生碰撞。
兩機相撞後F-104倒扣飛過第二架原型機的後機身, 第二架原型機的垂尾被撞掉,左翼嚴重損壞,F-104在火焰中解體並凌空爆炸,第二架原型機的垂直尾翼也被撞得粉碎。
【3馬赫家族】
說起XB-70引以為傲的3馬赫飛行速度,其實歷史上還有很多款飛機的飛行速度在其之上。
第一款是貝爾X-2技術驗證機。X-2機長13.84米,高3.6米,翼展11.55米,機身使用不鏽鋼和K-monel銅鎳合金材料,裝備1臺柯蒂斯XLR25 液體火箭發動機。它是一種裝備火箭發動機、後掠翼機身設計的驗證機,主要用於研究飛行器在高空高速飛行條件下空氣動力加熱對機體結構、飛行穩定性和操控有效性的影響。
1956年4月,X-2試飛首次實現了1.4馬赫,隨後又達到了2.53馬赫的高速,7月又在6340米的高空達到了2.87馬赫,9月又實現了在11734.8米高空飛行。
1956年9月,X-2達到了3.196馬赫,但是飛機在調頭返回愛德華茲空軍基地一瞬間控制系統失靈,飛行員在即將墜毀的一瞬間按下了逃生艙脫離的按鈕但為時已晚,X-2最終墜毀在地面上。
第二款是米格-25截擊機。它是前蘇聯米高揚設計局研製的高空高速截擊殲擊機,是世界上第一種速度超過3馬赫的戰鬥機,北約組織給予的綽號為「狐蝠」。
該機翼展13.95米,機長22.30米,機高5.70米,空重15噸,正常起飛重量36噸,最大平飛速度(帶飛彈)M2.8,實用升限24400米,採用中等後掠上單翼、兩側進氣、雙發、雙垂尾布局型式。
米格-25於20世紀50年代末開始設計,它的研製主要是為了對付美國的研發中的XB-70轟炸機與A-12/SR-71「黑鳥」高空高速偵察機,這種偵察機的最高速度同樣達到3馬赫,普通的截擊機根本無法追上。1961年,米格-25原型機在試驗中創造了在22670米的升限以3000千米/小時飛行的世界紀錄,當時世界上任何一架飛機都無法達到這一性能。
經過計算,速度達到3馬赫時,機體需要承受300度以上的高溫。為了應對高速飛行帶來的高溫問題,前蘇聯的科學家們也是煞費苦心,最終使用的是鎳基合金鋼。鎳基合金鋼的高溫性能相當優異,在400°乃至以上的溫度下也能保持足夠的強度,不過直接結果就是米格-25重得出奇,其結構重量達到了7.9噸,空重達到了19.6噸,即便安裝了兩臺加力推力超過10噸的發動機的情況下,其起飛推重比也只有0.6左右。
第三款是YF-12截擊機原型機。YF-12戰鬥機是美國空軍根據A-12偵察機所發展的三馬赫攔截機,也是美國唯一成功試飛驗證過的三馬赫攔截機。
YF-12截擊機和美國的SR-71「黑鳥」高空高速偵察機在外觀上實在是太過於接近了,導致很多YF-12截擊機都被誤認為是SR-71「黑鳥」高空高速偵察機。下面第一幅圖是YF-12截擊機,第二幅圖是SR-71「黑鳥」高空高速偵察機,小夥伴們可以仔細甄別下。YF-12截擊機將機頭兩側的邊條翼切掉了一部分,並使用了圓錐形的機頭雷達罩,這是在外形上區別於SR-71「黑鳥」高空高速偵察機的最大不同之處。
YF-12截擊機一共留下了三架原型機,一架被NASA拿去做進一步的研究,一架在後面的飛行事故中墜毀了,而最後一架則被拆解,作為SR-71「黑鳥」高空高速偵察機機隊的備用零件來源。
第四款是SR-71超音速偵察機。SR-71超音速偵察機採用了大量當時的先進技術,鈦結構、渦噴/衝壓變循環發動機,是第一種成功突破熱障的實用型噴氣式飛機,實戰記錄中沒有任何一架曾被敵機或防空飛彈擊落過。1964年12月開始試飛,1966年1月交付使用,1990年全部退役。
SR-71偵察機有三種改型:A型,戰略偵察型,共生產25架;B型,教練型,共生產2架;C型,由A型改裝的教練型。採用低安裝的二角翼,機身稜角分明,雙鰭向內傾斜,無尾帶邊的三角翼,翼身融合體雙垂尾布局,發動機裝在半翼展的1/2處。SR-71為了承受持續超音速飛行時因空氣摩擦產生的高溫,需要採用一系列專門研製的新材料,包括耐高溫燃油、密封劑、潤滑油以及其他組件。
SR-71保有在1974年9月1日創下的從紐約到倫敦的紀錄:1小時54分56.4秒。協和式客機飛行同樣的路程要3小時20分,而最快的亞音速客機波音747則需要7小時。
SR-71飛行速度快到一定程度時,與空氣摩擦產生大量熱量,從而威脅到飛機結構安全的問題。因此機身大量採用低重量、高強度的鈦合金作為結構材料,其重量佔機體重量的93%,可承受230度的氣動摩擦溫度,發動機尾噴管周圍區域的溫度更是高達510度,座艙蓋的特殊耐熱玻璃可承受340度的高溫。
第五款是X-15高超音速技術驗證機。X-15高超音速研究項目是由 NASA 牽頭,聯合美國空軍、海軍和北美航空公司共同進行的。在近十年的時間裡,X-15先後創造了6.72馬赫和108,000米的速度與升限的世界記錄,它的試驗飛行幾乎涉及了高超音速研究的所有領域,並為美國後來水星、 雙子星、 阿波羅有人太空飛行計劃和 太空梭的發展提供了極其珍貴的試驗數據。
X-15機長15.30 米,機高3.53米,翼展6.79米,採用中單翼設計,最初裝備兩臺 XLR-11 火箭發動機(後改為 XLR-99), 機身表面覆蓋有一層稱作 Inconel X 的鎳鉻鐵合金,可抵禦高速飛行時產生的1200度高溫。由於火箭發動機燃料消耗量驚人,所以 X-15 必須由一架 B-52 載機帶入空中。從載機上釋放後,X-15 自身攜帶的燃料只能飛行 80~120 秒,餘下來的 10 分鐘左右只能是無動力滑翔。
1964年2 月,兩架 X-15 被改裝為 X-15A-2。後者機身加長了 71 釐米,機翼下增加了兩個分別裝有液氨和液氧的罐體,它們可以為 X-15A-2 多提供60秒的飛行時間。 1967 年,X-15A-2 創造出了6.72 馬赫的世界最快速度記錄。
【造價不菲但實用性差】
一架XB-70造價高達7.5億,即使批量化生產成本降級,也會在3~5億之間,夠買幾十架F4鬼怪戰機了,也夠買至少20枚洲際飛彈,美國海軍在1961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,也就是說,當年的XB-70造價快趕上2艘「企業」號核動力航母的造價。
隨著洲際飛彈的技術革新,XB-70的存在價值越來越小,為什麼這麼說呢?因為XB-70的速度確實達到了3馬赫,但是需要在一萬米以上的高空進行投彈,誤差達到十多公裡甚至幾十公裡,這和洲際飛彈300~500米的精度差太多了,而且洲際飛彈可以達到20馬赫以上的速度,這樣的優勢是XB-70永遠達不到的。
空軍在基於新形勢的武器系統規劃時,也覺得女武神實在是效費比太低。由於防空飛彈技術日益升級和普及,3馬赫速度的轟炸機也不再顯得能金身不破。各大國空軍紛紛由追求高空高速,轉向低空突防,以便利用地形規避雷達和戰機搜索。但XB-70完全是為超高空飛行設計的,一旦進行低空飛行,速度就只能降到1馬赫上下,比舊款的B-52都沒有什麼優勢。但女武神的造價,卻遠高於同溫層堡壘。
從第二架原型機墜毀,再到第一架原型機進入博物館,XB-70最終沒有進入批量生產,但XB-70的短暫生涯還是有非凡意義的,通過對其的研發和測試,美軍實際上已跨入了超音速巡航的門檻,以至於今日的F-22、F-35在寰宇內鮮有對手。