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[军事] 要命的B-47“同温层喷气”轰炸机

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发表于 2020-9-15 03:49 PM |显示全部楼层


本帖最后由 源济 于 2020-8-15 03:24 PM 编辑

要命的B-47“同温层喷气”轰炸机

 李昭辉 空军之翼 2020-05-11

  译者注:本文原文发表在2013年2月刊的美国《空军》杂志上,原作者是华盛顿特区美国国家航空航天博物馆的前馆长沃尔特•博伊恩(Walter J. Boyne)。博伊恩是位已退役的空军上校,他撰写过600多篇有关航空的文章和40本书。译文所配图片有改动。

  “坠机报告揭示出了一些令人咋舌的人为错误和设计问题,以今天的标准来看,这些是难以想象的。”

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一架正在进行火箭助推起飞的“同温层喷气”,照片摄于1954年

背景概述

  在其诞生时,波音公司的B-47“同温层喷气”轰炸机是一款理想的战略武器,它的敌人对这架飞机是如此地恐惧,以至于这款轰炸机甚至永远不需要去执行致命的核打击任务。苏联的领导人知道,正在迅速部署且数量越来越多的B-47使美国拥有了不可阻挡的核打击力量。

  不幸的是,B-47也遭受了今天看来完全无法忍受的损失:在其整个服役生涯中,共有203架“同温层喷气”(占采购总数的10%)因坠机事故而损失,共造成464人死亡。本文将重点介绍B-47坠机损失的两个高峰年份,即1957年和1958年,这两年共有49架B-47坠毁,共造成122人死亡。

  造成这种惨重损失的原因有很多。“同温层喷气”(虽然机组人员从未这样称呼过它)的装备带来了一系列新的飞行性能方面的限制条件,这就要求机组人员掌握新的飞行技能和进行更加精确的操纵。

  从某种意义上说,B-47轰炸机是第二次世界大战时期的冶金学、制造技术和空气动力学理论的混合产物,然而,第二次世界大战时期的这些事物有时并不足以适应喷气时代的新要求。

  从其投入使用的很早期开始,美国空军就试图在对性能、灵活性和机动性提出更高要求的同时,最大限度地提高B-47的战斗力。也许最重要的是,这款轰炸机是在这样一个时刻问世的:战略空军司令部的规模正在爆发性地扩张,这削弱了标准化工作以及训练和安全流程的有效性。

  经过四年的紧张研发,XB-47A于1947年12月17日进行了首飞,该机是根据一份价值1000万美元的合同制造的两架原型机之一。它是波音公司研制轰炸机的专业知识的产物,而情报工程师乔治•席勒(George S. Schairer)则从缴获的纳粹德国后掠翼和高速飞行研究数据中获益良多。这架原型机在设计上是如此地激进,以至于研制该机的主要工程师之一霍顿•威辛顿(Holden Withington)在亲眼看着这架飞机滑跑并完成了首次升空之后,仍不确定它会不会飞。

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正在制造中的XB-47全尺寸木制模型

  XB-47具有细长的、后掠式上单翼,一个巨大的、像战斗机座舱盖一样的气泡状座舱盖罩住了飞行员和副驾驶(兼炮手)。领航员(兼投弹手和雷达操作员)藏在机鼻里,在后续的型号中,领航员根本看不到外面的情况。

  B-47轰炸机安装了6台通用电气公司的发动机,其中4台安装在机翼下方的吊舱内,另外2台安装在翼尖附近。发动机安装的位置在加强机翼的同时也提供了空气动力学方面的好处。马丁公司之前曾在其研制的B-26和XB-48轰炸机上测试了“自行车式起落架”,新的B-47也照搬了这种设计,因为后者的机翼太薄,缺少容纳起落架的空间。


缓慢的加速

  设计人员在选择了超薄机翼的同时,也产生了结构和空气动力学方面的问题。B-47的机翼在制造时必须具备极大的强度,以承受飞行中多达17英尺(约5.2米)的巨大弯折变形。不过,机翼在翼弦方向上也很有“弹性”,因此当飞行速度高于489英里/小时(约合787千米/小时,相当于219米/秒)时,偏转副翼会扭曲机翼,而不是引起飞机侧倾转弯;当速度为525英里/小时(约合845千米/小时,相当于235米/秒)时,副翼完全失效,用于飞行控制的中央盘无法左右转动。具有讽刺意味的是,在B-47的研发过程中,波音公司的工程师发现,如此薄的机翼并不是绝对必要的,并在之后设计了具有巨大厚度的机翼和充足燃油贮存空间的B-52轰炸机。

  静力结构测试证明,B-47轰炸机可以承受其设计极限载荷的150%。不过,当时还没有办法计算由操作施加的重复循环载荷的累积效应。

  以进场和着陆速度驾驶B-47飞机时要求很高,因为发动机加速太慢了。使用带式开缝减速伞可以让飞机在发动机全速运转的情况下(以实现快速的油门响应)进场和着陆,同时发动机仍能提供足够的动力(以防需要复飞)。落地后,飞机会放出一个直径32英尺(约9.8米)的减速伞,并启动防滑制动装置,以便使飞机停下来。

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这架降落的B-47轰炸机放出了两个减速伞。如果一切正常(不需要复飞),那么小伞(先放)就随主减速伞(后放)一同发挥作用;万一需要复飞,就立即抛掉小伞,让飞机迅速加速

  战后的军备削减和技术方面的问题都推迟了B-47轰炸机的批量生产,其中技术问题包括飞机做“荷兰滚”(译者注:“荷兰滚”是指当升力大于重力时,飞机有规律地大幅度摇摆机翼的现象,从后面看飞机就像钟摆一样,从上面看飞机飞的是蛇行路线)的趋势和抬头上仰的趋势。专门设计的“偏航阻尼器”解决了第一个问题,而许多名为“涡流发生器”的、形如微小机翼的翼片解决了后一个问题。不过,这是远远不够的:几年来,B-47轰炸机出现的技术困难的程度是如此之大,以至于尽管该机性能出色(最高飞行速度为606英里/小时,约合975千米/小时;作战半径为3000英里,约合4828千米),但波音公司的许多人仍然相信,B-50系列轰炸机才将成为“继续为他们提供面包和黄油”的作战飞机。

  1953年,美国国家安全委员会发布的第162/2号文件明确要求,维持一支强大的军事力量,并强调要通过进攻性打击力量(给敌人)造成大规模的报复性伤害。战略空军司令部及其麾下的兵力成了那支“进攻性打击力量”,而柯蒂斯•李梅上将将统领这支部队。

  于是,在和平时期,战略空军司令部的兵力和作战技能获得了空前的增长。从1951年,即B-47交付部队的那一年起,到1957年,战略空军司令部的总兵力从144525人扩大到了224014人,其装备的B-47轰炸机的数量也从12架猛增至1285架;B-47中型轰炸联队的数量也从1个增加至28个,每个联队拥有45架飞机。波音、洛克希德和道格拉斯等公司都制造了B-47,以满足交付时间表的要求。战略空军司令部装备的飞机总数则从1186架增加到了2711架。

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B-47轰炸机的薄后掠翼柔性很大,机翼上下弯曲导致翼尖可产生多达17英尺(约5.2米)的巨大弯折变形

  这种程度的增长需要庞大的后勤建设。到那时为止,就B-47部队的战斗力而言,最重要的支援因素是美军建立了一支庞大的空中加油机机队,其始于性能不佳的波音KB-50和KC-97,直到长寿的KC-135出现为止。KC-135加油机于1957年首次投入使用,此后其机队规模便迅速扩大。空中加油机让B-47机队不再有“腿短”之虞,并让其真正成为了一支全球打击力量。


需要注意的关键问题

  为了支援这支全球化的空中打击力量,战略空军司令部迅速建设了庞大的基础设施,包括新的空军基地、训练空勤和地勤人员的新学校以及庞大的维修保障设施。美国大大小小的公司相应的工业基础设施在扩建后可以满足规模迅速扩大的B-47机队的需求,同时美国军方还打造了海外基地,以便使B-47能够做到“快速反应”。

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波音威奇塔工厂里的7架B-47A,照片摄于1951年1月

  随着匆忙且混乱地用B-47重新装备战略空军司令部的工作不断向前推进,在零件供应、训练和操作流程方面也出现了一系列错误。战略空军司令部的飞行计划实际上使每10万飞行小时的事故率下降了,但仍不足以满足喷气机时代的要求;以今天的标准来看,付出的代价是惊人的:从1953年到1959年,B-47共发生了296起A级和B级事故,造成242人死亡。在这段时间里,B-47的年飞行小时数从大约105000小时飙升到了584000小时的峰值。

  仅在1957年一年,就发生了35起A级和B级事故。在这些事故当中,有24架飞机坠毁,共造成63人丧生。1958年的情况差不多同样要人命,共发生了33起A级和B级事故,共造成25架飞机坠毁,58人丧生。绝大多数坠机事故都归因于人为操作失误,飞行员应承担主要责任。

  导致这种情况的原因有很多。与B-29或B-50的10人机组相比,由3名机组人员驾驶的B-47无疑更危险,而且后者比前两者要复杂得多。对任何一位机组成员(特别是机长)来说,很容易就将注意力从正在驾机飞的任务转移到其他地方。有时,一些任务甚至会执行24小时之久。此外,机组人员之间的协作是必不可少的,但这种协作在发生紧急情况时很容易中断。饶是如此,时刻注意对飞行的控制绝对是至关重要的。

  B-47的轮廓线条极为简洁,这既提高了飞机的性能,又导致了问题:专注于新发情况(如航线变化、突然有红灯亮起、无线电指示等)的飞行员可能会将其注意力“停留”几秒钟,然后突然发现自己已经进入了俯冲状态,并导致其速度快到了无法拉起的地步。事实证明,这是在仪表飞行期间经常发生的情况。作为比较,在使用仪表进场时,当时的B-50轰炸机可能会从等待点以1000英尺(约305米)的增量较缓慢地下落,而B-47的下降是以快得要命的每分钟6000英尺(约1830米)的速度进行的,这有时会导致致命的误判。

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B-47A轰炸机的战斗机式驾驶舱

  与以往的飞机相比,B-47需要更加密切地关注飞行前计划、供油系统、油门微调设定和空速控制。从表面上来看,B-47很容易飞,但是在起飞、空中加油、仪表飞行和着陆期间都需要进行极其精确的操作。随着新战术的引入,这一点变得更加重要了,那些新战术包括以更大的重量起飞、最小间隔起飞、用于空中加油的三机编队单位、性能不佳的空中加油机以及在备用机场使用。

  使用KC-97作为空中加油机引发了不少问题。KC-97在装满燃油的情况下无法达到足够快的飞行速度,因此只能在较低的速度下给受油机加油,而这样低的速度足以让B-47失速。这就迫使KC-97减少载油量,以保持足够快的飞行速度。对于B-47三机编队单位而言,使用KC-97进行加油操作特别困难,尤其是在夜间或不良气象条件下。

  其他因素也造成了干扰。1957年10月1日之后,战略空军司令部试图让三分之一的轰炸机和加油机保持警戒状态,并在15分钟内挂满武器且让机组人员作好准备起飞。如果需要进行为期90天的海外部署活动的话,还需要再加上一堆额外的要求。对于相对较新的B-47轰炸机及其机组人员来说,这些新要求中的每一个都让问题变得更加复杂。“同温层喷气”的起飞重量从B-47A的125000磅(约56.7吨)增加到了B-47E的206700磅(约93.8吨),不过这被功率更大的发动机、发动机喷水加力系统和外置火箭助推起飞装置所抵消。这些因素综合在一起,也增加了机翼和机身上的压力。

  最重要的变化之一是战略空军司令部制订了绰号为“理发器”(Hair Clipper)的训练计划,旨在开展低空飞行并使用低空轰炸系统(LABS)进行练习。在这种情况下,B-47将以最大速度进入半筋斗飞行状态,以2.5至3.5倍重力加速度的过载拉起,在预定点自动投出炸弹,然后以低得吓人的空速在“殷麦曼”翻转的顶部拉出。拉出的轰炸机将从目标旁边俯冲离开,以恢复速度。这一理念是飞行员基于操作战略空军司令部装备的F-84战斗轰炸机的经验而得出的。人们认为,采取高速低空突防的方式将降低苏联防空系统的效能,并减少B-47的损失。

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这架正在做“殷麦曼”翻转的B-47轰炸机已拉起至倒飞状态,照片摄于1957年

  1958年3月5日,在第一次公开展示之后,短短一个多月的时间里,几乎可以预见的一系列事故迫使战略空军司令部取消了“理发器”训练计划。


天气危害

  除了“理发器”之外,美国空军还提出过几种比较“折腾”的轰炸技术,而且都是很危险的。例如,在“自动起跳”(pop-up)机动中,B-47会根据指示的空速,以489英里/小时(约合787千米/小时,相当于218.6米/秒)的速度飞行,直到投放炸弹前的约60秒,然后爬升至距地面3500英尺(约1067米)处,改平,投下用降落伞减速的炸弹,之后立即转向逃离。较高的机动速度加剧了低空大气湍流应力引起的飞机结构的总体应变。而且,这还要求飞机执行更频繁的加油任务,并增加起飞和着陆的次数。

  1956年至1957年间,层出不穷的B-47坠机报告揭示了一系列令人震惊的人为失误和设计问题,这些失误和问题用今天的安全和训练标准来看是无法理解的。有些事故甚至是莫名其妙的,换句话说,飞机在执行任务时突然失联。有两次事故是机长的身体状况不适合飞行;而在另外一起事故中,即使机组人员和地面控制人员知道飞机右侧的辅助轮轮胎已经爆裂,但机组人员还是选择尝试着起飞。

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B-47导航员弹射座椅向下弹射测试

  这些事故发生在这样的机组人员身上:他们的机长是位预备役军官,其总飞行小时数相对较高,但在B-47上只飞过很少的时间。另外,记录显示,这两位失事飞行员通常只有有限的仪表和夜航飞行时间。B-47的飞行员通常都是些年轻的中尉,总飞行时间通常都少于500小时,在B-47上甚至可能只有50小时。事故委员会一次又一次地得出结论:主要原因是操作失误,即错误的操作“使飞机进入了无法改出的状态”。

  当用KC-97飞机进行空中加油时,接近临界条件下的飞行尤其危险。当空中加油机由于天气或其他原因而被迫改变航向时,发生空中碰撞的条件就已经种下了。在一次事故中,一架B-47飞机以接近失速的速度飞行,其突然与空中加油机失去了接触,陷入了加油机的螺旋桨涡流中。这架B-47被甩地转了90度,且未能改出。在另一起事故中,调查委员会将事故原因归咎于领头的加油机机长和三号轰炸机机长的操作失误,但随后又补充说:“主要问题在于加油机和轰炸机不‘配伍’,因为二者维持适当的编队飞行是极端困难或不可能的。”

  许多事故发生在起飞时,且都具有类似的情况:以很大的重量起飞,一切看上去似乎都正常,直到起飞后几秒钟,然后机翼下沉擦上了跑道,导致飞机坠毁并起火。分析显示,是由于动力损失(如发动机故障、喷水加力故障)导致的飞机偏航。发生这种情况时,B-47便会进入失速状态,坠机将不可避免。起飞坠毁也有由于飞行前计划不正确造成的。在一次事故中,飞机机长未能在计算时加上2200加仑(约8328升)外部燃油的重量,导致飞机过快地抬头、失速并坠毁。在另一次事故中,由于使用了过时的手册,导致机组人员在进行升降舵配平时进行了错误的操作。

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在20世纪60年代初发生了一次事故后,消防队员正在用泡沫将这架B-47覆满,地点是内布拉斯加州的林肯空军基地

  眩晕也造成了多起飞机坠毁事故,其中有一次就是在阴暗的天空中做令人痛苦的低空轰炸系统(LABS)动作时导致的。在另一些事故中,甚至几秒钟的眩晕都会导致飞机进入无法改出的姿态。在一次低空轰炸事故中,驾驶飞机的机组人员被调查委员会认为是“极具进行LABS机动的资质”。然而,他们的飞机在进入机动状态后立刻解体,左翼首先坠落。调查报告指出:“飞机共进行过508次‘殷麦曼’翻转飞行和253次拉起。”如果数据准确的话,那么飞机突然发生解体是可以理解的。

  在1957年的所有事故中,其中一次是最难让人理解的。出事的飞行员也许是当时美国空军中最合格的B-47飞行员——迈克尔•麦考伊(Michael N. W. McCoy)上校,他是第321轰炸联队的指挥官。麦考伊上校拥有8661小时的飞行时间,而他的副驾驶查尔斯•罗伊斯(Charles Royce)中校则有3855小时的飞行时间。作为一名飞行教官,麦考伊上校在B-47上飞行过1093小时,而罗伊斯中校也在B-47飞机上飞过813小时。他们两人在最近的航空驾驶员执照熟练检查(PC-PIC)中也都表现得很好。

  1957年10月9日,麦考伊驾驶一架DB-47B从佛罗里达州的派恩卡斯托(Pinecastle)空军基地起飞了,该机已改装为挂载GAM-63“坏蛋”(Rascal)导弹的载机,领航员为弗农•斯泰夫(Vernon D. Stuff)少校。这架飞机上没有安装弹射座椅,这次飞行的目的是让麦考伊上校对机上的设备进行检查,并为来访的英国皇家空军上校约翰•伍德罗夫(John Woodroffe)进行一次熟悉该机型的飞行。


吸取的教训

  这次飞行是根据目视飞行的规则进行的,麦考伊起飞后几乎没有与基地进行过联络。早上11点过后,据报告,这架飞机在佛罗里达州奥兰多市以西约11.3千米处飞行,高度为457至610米,机翼处于水平状态,但高度不断下降。此后不久,据报告,该机左转经过奥兰多市的乡村俱乐部,进入了近乎垂直的左侧倾状态。飞机在距离奥兰多市约5千米的地方解体了,机上四人全部丧生。

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这架DB-47E正挂载着GAM-63“坏蛋”导弹进行喷水加力起飞

  关于这次事故,尽管报告中的大部分内容仍处于“涂黑”状态,但从上下文中很难不推断出伍德罗夫在这次熟悉机型的体验飞行中一直坐在后座上。他,或者是麦考伊驾机进入了低空高速飞行状态,结果飞机无意中进入了下降状态,加速到了使轰炸机无法安全改出的速度。机上人员努力试图改出,强行拉起的动作导致飞机解体。

  对于麦考伊来说,这是一个伟大职业生涯的悲惨结局;同时这也提醒人们,无论熟练程度如何,在不专心的飞行员手中,将使B-47变得多么危险。

  1958年的事故记录几乎同样惨淡,在3月和4月达到了顶峰:当时,有6架B-47在执行低空飞行任务时解体,其中2架飞机是状态很新的B-47E,其中一架只飞行了1265小时。在这6起坠机事故中,有4起直接归咎于机体结构的疲劳破坏。这些坠机事故表明,对任何一架B-47而言,无论其飞行时间长短,缺陷都有可能出现。

  在1965年之前,B-47一直被认为是战略空军司令部麾下的主力轰炸机,但到1958年时,已经有人讨论认为,可能必须完全淘汰这款机型。战略空军司令部在1958年4月作出了回应,将B-47的空速限制在357英里/小时(约合575千米/小时,相当于160米/秒),并将飞机的机动过载限制在1.5G以内。同时,战略空军司令部还禁止B-47进行低空飞行,使用外部油箱时的总重量不得超过185000磅(约84吨),并且侧倾角度不得超过30度,还禁止飞行时通过湍急的气流、进入失速状态和进行“刚接触到地面就立刻拉起复飞”的着陆。对空中加油的做法也采取了具体的限制措施,并对机群进行了仔细的检查,以看看是否存在提示机体疲劳的裂纹。

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1964年5月,坠毁在英格兰皇家空军上海福德(Upper Heyford)基地的一架B-47轰炸机的残骸,当时战略空军司令部还在一份报纸上刊登了一段报道,描述了这次致命的坠机事故

  1958年5月29日,对B-47机队开展了一场大修,这次大修通过必要的配套元件加强了B-47机队的机翼根部。所有三家承包商和空军装备司令部共同开展了代号为“牛奶瓶”(Milk Bottle)的工作计划,该绰号源自用于将机翼固定到机身上的大型奶瓶状销子。到1959年1月,大约有1622架B-47接受了这一改装。后来,又出现了其他疲劳问题,尤其是在机身上部的纵梁上,但就大多数零部件的情况而言,B-47轰炸机是可以升空飞行的。

  虽然对紧急情况的应对措施最终取得了成功,但结果并非是立竿见影的。尽管飞行时间急剧下降,但在1958年,仍有22架B-47坠毁。直到1960年,相关纠正措施才完全生效,然而,随着B-52数量的增加,基于经济性方面的考虑,要求将B-47逐步淘汰。到1966年,还在使用的仅剩下16架RB-47了。

  相当一段时间以来,B-47的出色性能和勤奋的机组人员为美国提供了压倒性的战略优势,但这一过程却令人警醒。战略空军司令部从中学到了不少经验教训,他们极大地完善了训练和飞行安全流程,在这一基础上,B-52才迅速成为了美国空军的主力核轰炸机。

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从某种意义上而言,B-47为之后大获成功的B-52“同温层堡垒”轰炸机奠定了坚实的基础,堪称是B-52“牛魔王”的“前传”

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