三马赫梦幻轰炸机，XB-70“女武神”的故事

源济

三马赫梦幻轰炸机，XB-70“女武神”的故事

原创： Armstrong 空军之翼  2018-06-25

　　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

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

　　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

　　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

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

　　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

　　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

　　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

　　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

　　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

　　由于研制成本大幅上升，再加上XB-70遭遇强烈政治反对（反对派包括艾森豪威尔总统在内），该项目在1959年12月1日被美国国会砍成只制造一架研究原型机的项目，省下的经费将用于采购更多的B-52和洲际弹道导弹。但在美国空军的强烈反对下，1960年重新制定的XB-70项目恢复到12架试飞原型机的规模，并落实了两架XB-70原型机和一架YB-70预生产型的经费。1959年9月F-108项目被取消大幅增加了“女武神”的研制成本，此时参与项目的所有人都知道大事不妙了。

　　1961年肯尼迪总统就职后，XB-70项目回光返照，虽然他的国防部长罗伯特·麦克纳马拉一口气砍掉了十几个飞机研发项目，还削减了轰炸机总预算，但XB-70还是生存了下来，人们希望该项目在已经花掉10亿美元后能带来实际回报。

挂载4枚GAM-87的B-52

　　1960年5月鲍尔斯驾驶的U-2在苏联上空被SA-2地空导弹击落后，美国空军认识到在地空导弹的威胁下，高空高速轰炸机的生存能力正变得岌岌可危。SA-2可以毫不费力地爬升到“女武神”的飞行高度，而该机在3马赫下是不可能实施规避机动的（洛克希德SR-71“黑鸟”的飞行高度更高，受到的威胁要小一些）。在获知苏联正在研制3马赫的米格-25战斗机，专门用来拦截高空轰炸机后，B-52轰炸机开始演练起了低空突防战术。一夜之间，XB-70所代表的高空高速轰炸机流派就过时了，美国空军决定任何新研制的轰炸机都必须具备低空突防能力，并能发射如GAM-87“空中闪电”这样的火力圈外核导弹，这些要求最终导致了XB-70的消亡和罗克韦尔B-1“枪骑兵”轰炸机的问世。

生产中的B-1A，注意机鼻两侧的小翼，在低空飞行中用于抵消乱流引起的颠簸

　　由于威胁的变化，李梅、北美公司和其他美国空军将领重新审视了XB-70项目，建议把“女武神”改成侦察轰炸机，并把第三架原型机（AV3）改为XRSB-70原型机。为了挽救项目，他们还建议把XB-70作为计划中的美国超音速客机（SST）的研究机。RSB-70将能在弹舱的内置旋转挂架上挂载20枚空地导弹，可对洲际弹道导弹可能错过的目标实施补充打击。1962年3月，众议院武装部队委员会投票通过了生产60架B-70轰炸机的计划，但遭到麦克纳马拉的强烈反对，他在1964年2月把项目一撸到底，只保留生产两架XB-70原型机的资金。

　　就在无人看好的情况下，北美开始制造AV1和AV2号原型机。尽管在修订后的计划中，原型机不会安装包括雷达、电子战设备和轰炸导航系统在内的所有军事装备，但制造该机仍然是一个巨大的技术挑战。该机的子系统与飞机并行研发，其AN/ASQ-28轰炸导航系统后来经过修改后被应用在了罗克韦尔B-1A轰炸机上。

制造中的XB-70原型机

挑战极限

　　北美在研制XB-70的过程中遭遇的主要挑战是寻找一种能承受3马赫速度下304摄氏度气动摩擦高温的金属材料。尽管洛克希德为其SR-71选择了稀缺的钛金属，但北美选择采用不锈钢蜂窝夹芯三明治结构来制造超过XB-70的100多片蒙皮。这种材料比钛更容易加工，价格也更便宜，但在高速下有可能会分层，在地面也容易因磕磕碰碰而损坏。此外XB-70采用的4000PSI高压液压系统具有一些钛合金和不锈钢零件，许多钢制零件都要从钢坯经过昂贵切削而成。

在XB-70坠机现场寻获的不锈钢蜂窝夹芯蒙皮

　　考虑飞行中出现的极端温度变化，整体油箱的密封是另一个让人头痛的问题。油箱内必须注入惰性氮气，以防灼热的机翼结构引燃燃油蒸气。

XB-70内部油箱示意图

　　传统弹射座椅无法在3马赫速度中逃离飞机，因此北美为XB-70安装了为康维尔B-58A“盗贼”和F-108“轻剑”研制的斯坦利B型封闭式逃生舱系统的改进型。飞行员和副驾驶各配备一个重453千克逃生舱，可在161-3380公里/小时的速度范围内和27500米高度以下安全弹射。弹射时，乘员的座椅被蛤壳门封闭形成逃生舱，然后在一具43.59千牛推力的火箭推动下脱离座舱。逃生舱后方的两个伸缩臂展开，末端两个锥形减速伞张开稳定住姿态，下降到4600米时主伞张开，使逃生舱徐徐下降，在落地前一刻减震气囊打开，成功落地后乘员自行走出逃生舱并取出生存工具包。如果落在海上，逃生舱可在额外气囊的帮助下漂浮长达三天。

XB-70的逃生舱

逃生舱的地面弹射测试

　　XB-70驾驶舱的仪表和操纵装置相对传统，不过用于显示马赫数和姿态/垂直速度的垂直条式显示器比较时髦。XB-70的翼尖在飞行中可根据速度下放25至65度，后来进一步增加到30至70度。飞行员和副驾驶后方是另外两名机组人员（导航员/投弹手和电子对抗操作员）的座椅，原型机的这个位置被测试设备舱占用。

XB-70的驾驶舱

XB-70的折叠翼尖

　　由于驾驶舱位于“蛇颈”位置，所以离地超过5.18米，需要定制特别登机梯，乘员在上下飞机时需要固定好安全绳以防意外跌落。眼镜蛇般的外形也意味着XB-70的前起落架在飞行员座椅后方19.8米处，因此他必须重新学习精确地面滑行驾驶技术。正如试飞行员唐·马利克所说的：“（滑行中）一个很大问题是要不断脑补起落架相对于跑道的位置。我们必须等到驾驶舱超过滑行道边缘，然后才开始转弯。”长长的前机身也使驾驶舱在地面滑行和高速飞行中容易上下颠簸。

XB-70的定制超高登机梯

XB-70的地面机动性不是很好

　　该机主起落架采用四轮小车设计，安装有耐热金属浸渍轮胎，共有41个刹车盘。不过即便刹车系统如此复杂，仍然难以应付飞机庞大的重量，在着陆中经常达到1093摄氏度的刹车温度，并导致了若干起起落架火灾。

XB-70的主起落架，也许该算五轮小车？

　　第一架XB-70 62-0001  AV1在1964年5月11日下线，其闪闪发光的白色耐热涂料在阳光下熠熠生辉。作为世界上最重、最快、最强大、最昂贵的多发轰炸机，该机于9月21日首飞。尽管经过了仔细的地面测试，但该机在首飞中主起落架拒绝完全收回，导致飞行员阿尔·怀特和乔·卡腾不得不放弃在首飞中进行超音速飞行的计划，并前往加州爱德华兹空军基地紧急降落。在降落中由于刹车锁死，起落架开始起火。

1964年5月11日，首架XB-70A原型机在北美航空公司设在加利福尼亚州帕姆代尔的第42号工厂中正式下线，照片所示为当天的场景

XB-70“女武神”轰炸机首飞时拍摄的照片

XB-70起落架起火的情景

　　AV1在第二次试飞中再次遭遇起落架和液压问题，仍未能突破1马赫。最后在10月12日，AV1终于以1.1马赫飞行了15分钟，结果厚厚的白色耐热涂料大批剥落，裸露出金属蒙皮。在通过翼尖下垂测试后，AV1在第八次试飞中完成了当时有史以来最长的超音速飞行，以2马赫的速度持续飞行了40分钟，该机在这次试飞中的超音速总时间是74分钟。

XB-70在第三次飞行中超过了音速，这一过程也导致它机身表面的大部分油漆剥落，令飞机表面显得异常的斑驳，像是缀满了补丁

　　随着为期5年共129架次飞行试飞项目的继续进行，AV1的速度稳步提高。在第12次试飞中，怀特和菲茨胡尔·富尔顿驾驶总重量226796千克的AV1完成了持续超过50分钟的2马赫飞行。但在这次试飞中，进气口的部分气流隔板破裂，损坏了6台发动机中的5台，机组被迫进行了一次210节（389公里/小时）的无襟翼着陆。10月14日，这架“白色女神”在试飞中唯一一次突破了3马赫，但导致一段机翼蒙皮分层脱落，试飞被迫中止。此后AV1的最大速度被限制在2.6马赫以下。

被碎片打坏的发动机

C-141、XB-70和SR-71的尺寸对比

曲终人散

　　第二架XB-70原型机AV2  62-0207在首飞中突破了音速，该机改进了蒙皮结构，在1966年2月17日实现了持续15分钟的3马赫飞行，并在5月19日延长至30分钟。

XB-70A AV2 62-0207

　　起落架问题再次困扰到AV1。1967年3月7日，该机左起落架放下时四轮小车没有转动放平，仍处于垂直位置。怀特希望四轮小车能在触地时放平，但该机在爱德华兹空军基地的沙漠跑道降落后四轮小车仍处于垂直状态，飞机滑出了一条长达4.8公里的曲线后终于停了下来。

降落时坡脚的主起落架

　　4月30日，起落架故障也开始危及AV2。该机起飞后前起落架舱门先于起落架收回，把机轮卡在了外面。地面人员建议卡腾用一个回形针跳过相关开关把前起落架重新放下，但一时间哪里去找回形针？卡腾急中生智，用氧气软管上的电线放下了损坏的前起落架。飞机在降落中所有刹车盘全部锁死，六个轮胎爆胎并起火。

1966年4月30日，第二架XB-70原型机AV-2在着陆时起落架起火

　　AV2随后为NASA的超音速客机研究项目进行了一系列激波试飞。在6月8日的一次试飞结束后，该机加入了其他几架安装通用电气发动机的飞机编队，拍摄宣传照片。其中一架是由经验丰富的飞行员乔·沃克驾驶了F-104N  N813NA。在密集编队中他的战斗机莫名其妙地过于接近“女武神”的右翼尖，两机相撞后F-104倒扣飞过“女武神”的后机身。  XB-70的垂尾被撞掉，左翼严重损坏，F-104在火焰中解体，沃克当场死亡。

XB-70与F-104N发生碰撞时实时拍摄下的照片，可见F-104N凌空爆炸，XB-70的垂直尾翼也被撞得粉碎

　　XB-70的飞行员怀特一开始对撞击没有察觉，在撞击后坚持飞行了16秒后，“女武神”开始滚转并进入无法控制的螺旋下降。怀特关上了他的弹射救生舱（舱门关闭时夹伤了他的手臂），副驾驶卡尔·克罗斯可能失去了意识，没有弹射。AV2坠入沙漠中，怀特在落地冲击中背部受伤，但幸存了下来。

XB-70撞地前最后一幕

　　7月5日，美国空军正式终止“女武神”项目。

　　AV1继续为NASA飞行到1969年2月，当时该机是唯一能够逼真模拟超音速客机的飞机。最后超音速客机研究在1971年5月结束。

成为NASA研究机的AV1

　　北美提出了“女武神”的各种民用改型，其中76座超音速客机，还建议把该机作为X-15火箭飞机衍生型的3马赫载机，但1969年NASA决定双双退役X-15和AV1。后者被捐赠给美国空军国家博物馆，结束了“女武神”悲壮的一生。

B-70客机

XB-70与X-15