三馬赫夢幻轟炸機，XB-70「女武神」的故事

軍情 06-26

原標題：三馬赫夢幻轟炸機，XB-70「女武神」的故事

原創不易認可價值轉載請務必註明作者以及來自空軍之翼

2018年1月，波音公司宣布了一種5馬赫渦噴/衝壓複合動力無人攻擊/偵察機概念，來競爭SR-71「黑鳥」戰略偵察機的後繼機。其競爭對手洛克希德·馬丁公司在較早前也提出了類似的SR-72「黑鳥II」概念。波音的這個雙垂尾高超音速無人機被命名為「女武神II」，其5馬赫飛行速度超過當前幾乎所有防空系統的攔截能力。「女武神II」不僅是對60年前北美飛機公司XB-70「女武神」三馬赫戰略轟炸機的致敬，該機的進氣口外形和總體布局也源自XB-70，具有明顯的乘波飛行特點。

「女武神II」概念圖

「女武神II」表現出了明顯的乘波飛行設計特點

女武神傳奇

北美XB-70「女武神」的誕生可以追溯到那個瘋狂追求高空高速的時代，當時誕生了一些極具創新性和未來主義的設計，但其中大多數不是太過雄心勃勃就是過於昂貴，永遠沒有離開繪圖板。

二戰結束後，美國空軍倚重的戰略轟炸機仍是二戰時期的重型轟炸機，不久後巨大的康維爾B-36「和平締造者」、波音B-47「同溫層噴氣」和B-52「同溫層堡壘」轟炸機相繼問世。螺旋槳動力的B-36在1950年就已經過時，因為朝鮮戰場上出現的米格-15戰鬥機讓其迅速變得落後。在噴氣式戰鬥機的逼迫下，轟炸機的發展走入了高空高速之路，美國空軍開始追求在飛行高度和速度上都能大幅超過噴氣式戰鬥機的重型轟炸機。

1950年，就在人類首次超音速飛行僅三年後，美國空軍就開始考慮研製超音速轟炸機了。到20世紀50年代中期，柯蒂斯·李梅將軍提出了一個雄心勃勃的計劃，研製一種3馬赫重型轟炸機來取代戰略空軍司令部的B-52，與研製中的洲際彈道導彈形成「二位一體」的核威懾體系，優勢互補。

基於二戰技術的轟炸機在噴氣時代迅速過時

由於當時還沒有合適的渦噴發動機，所以美國空軍對兩種動力方案進行了研究。其中第一種是喪心病狂的核動力方案，通過機載核反應堆來加熱穿過渦噴發動機的空氣，產生足以推動204噸重量轟炸機的超音速推力。核動力轟炸機項目被稱為武器系統125A（WS-125A），通用電氣公司與康維爾組隊，普拉特·惠特尼公司與洛克希德組隊參與了競爭。

通用電氣設計的P-1型核渦噴發動機設計圖，為直循環系統

第二個是常規動力的WS-110A項目，通過高能硼化合物來大幅提高渦噴發動機的推力，讓轟炸機突破1207公里/小時的音障。U-2高空偵察機對蘇聯的偵察顯示西方對蘇聯轟炸機數量高估之後，肯尼迪總統取消了WS-125A項目。WS-110A項目則與3馬赫的F-108「輕劍」戰鬥機一道倖存下來，兩者之間將共享許多技術。

WS-110A項目在早期研究中探索了許多稀奇古怪的布局形式，其中一個概念重達340噸，機翼兩側安裝有裝載燃油的「漂浮的一次性翼尖」，每塊翼尖長23米，重達86636千克，在飛機進入超音速衝刺之前被拋棄。該機在安裝了一次性翼尖後翼展達82米，機身長63.7米，這個龐然大物將通過潛望鏡進行操縱，而且只能從特別加寬的加強跑道上起飛。李梅把該設計形容為「三機編隊」，這個異想天開的概念很快就讓位於波音和北美公司的一系列新設計，從雙發到六發，從各種翼形的有尾布局到鴨式布局。

波音公司在1956年3月份提出的「724-13」方案，機翼外側兩個像小飛機一樣的物體便是「漂浮翼尖」，用於搭載巡航飛行時所需的燃料

乘波飛行

到1957年，兩家製造商完成了最終設計，波音公司的Model 804-4最終敗給了北美的NA-278。波音採用其慣用的翼下吊艙式發動機，北美則把發動機置於機身內部，並依靠剛剛建立的「壓縮升力」理論來幫助克服超音速阻力，從而增加飛機航程，這就是所謂的乘波飛行。

波音Model 804-4概念圖

北美NA-278模型

北美通過對機身和進氣口進行優化設計，在超音速飛行中把高壓區域保持在機身下方和激波之後。NA-278的六台發動機被並排放置在一個箱形結構中，該結構包含了大部分後機身。該機機腹的雙斜切四波系進氣口組成了一個楔形前緣，在超音速飛行中產生的激波沿著三角翼前緣分布，使激波滯後的高壓區域大部分作用於機翼下表面，由於機翼上表面卻沒有相應的壓力與之平衡，所以這部分壓力就行轉化為升力，最多能佔總升力的30%。XB-70的三角翼翼尖在高馬赫屬下可向下摺疊，有助於保持飛機下方的壓力場，增加升力。

進氣口設計是XB-70乘波飛行的關鍵

XB-70複雜的進氣道-發動機結構

設計師花了大量時間來設計進氣口內部的斜板和放氣門，以便在整個預定速度範圍內都能把進氣減速到亞音速，為發動機提供穩定的氣流。當設計使在後機身箱型結構和三角翼前端增加了修長的前機身和高置鴨翼後，就形成了XB-70獨特的「憤怒眼鏡蛇」外觀。

三馬赫速度下XB-70進氣口內的複雜波系

XB-70的三面圖與總體結構

在1958年定義WS-110A時，美國空軍希望該機的極速是3馬赫，實用升限接近24400米，能裝載907千克的核武器飛行11000公里。在當時這是一個令人難以置信的苛刻要求。

美國空軍建議該機在自衛方面可以安裝向後發射的飛碟狀爆炸紅外誘餌導彈，或安裝一門後射加特林機炮來發射裝滿腐蝕性化學物質的彈藥，或裝備傳統的空空導彈和龐大的電子戰設備，但最終WS-110A還是決定以高空高速來作為主要防禦手段。WS-110A項目在1958年2月獲得了XB-70的編號，在命名活動中，弗朗西斯·塞勒技術軍士提出的「女武神」（Valkyrie，北歐神話中出現的在戰場上挑選英靈進入英靈殿的女神）獲勝。美國空軍當時計劃這種轟炸機在1964年服役。

XB-70想像圖

北美工程師在極短時間裡就完成了XB-70的最終設計，與今日戰鬥機動不動就十年二十年的設計周期形成的鮮明對比。北美工程師設計出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。此外，該機的雙全動垂尾，可下反外翼段，以及機翼後緣取代傳統襟翼和副翼的五片「升降副翼」都是開創性設計。

可動機鼻斜坡

XB-70的氣動設計特點

XB-70在2.13米高的進氣道之間設置了一個長4.26米的武器艙。在研究了普惠J58渦噴發動機（該發動機後來被用於洛克希德SR-71「黑鳥」三馬赫戰略偵察機）後，北美工程師還是決定為XB-70安裝六台通用電氣YJ93-GE-3渦噴發動機，單台最大推力13.3噸。XB-70在後機身內並列安裝6台YJ93，F-108戰鬥機也選用了該發動機。

YJ93-GE-3渦噴發動機

並列安裝的六台發動機

由於研製成本大幅上升，再加上XB-70遭遇強烈政治反對（反對派包括艾森豪威爾總統在內），該項目在1959年12月1日被美國國會砍成只製造一架研究原型機的項目，省下的經費將用於採購更多的B-52和洲際彈道導彈。但在美國空軍的強烈反對下，1960年重新制定的XB-70項目恢復到12架試飛原型機的規模，並落實了兩架XB-70原型機和一架YB-70預生產型的經費。1959年9月F-108項目被取消大幅增加了「女武神」的研製成本，此時參與項目的所有人都知道大事不妙了。

1961年肯尼迪總統就職後，XB-70項目迴光返照，雖然他的國防部長羅伯特·麥克納馬拉一口氣砍掉了十幾個飛機研發項目，還削減了轟炸機總預算，但XB-70還是生存了下來，人們希望該項目在已經花掉10億美元後能帶來實際回報。

掛載4枚GAM-87的B-52

1960年5月鮑爾斯駕駛的U-2在蘇聯上空被SA-2地空導彈擊落後，美國空軍認識到在地空導彈的威脅下，高空高速轟炸機的生存能力正變得岌岌可危。SA-2可以毫不費力地爬升到「女武神」的飛行高度，而該機在3馬赫下是不可能實施規避機動的（洛克希德SR-71「黑鳥」的飛行高度更高，受到的威脅要小一些）。在獲知蘇聯正在研製3馬赫的米格-25戰鬥機，專門用來攔截高空轟炸機後，B-52轟炸機開始演練起了低空突防戰術。一夜之間，XB-70所代表的高空高速轟炸機流派就過時了，美國空軍決定任何新研製的轟炸機都必須具備低空突防能力，並能發射如GAM-87「空中閃電」這樣的火力圈外核導彈，這些要求最終導致了XB-70的消亡和羅克韋爾B-1「槍騎兵」轟炸機的問世。

生產中的B-1A，注意機鼻兩側的小翼，在低空飛行中用於抵消亂流引起的顛簸

由於威脅的變化，李梅、北美公司和其他美國空軍將領重新審視了XB-70項目，建議把「女武神」改成偵察轟炸機，並把第三架原型機（AV3）改為XRSB-70原型機。為了挽救項目，他們還建議把XB-70作為計劃中的美國超音速客機（SST）的研究機。RSB-70將能在彈艙的內置旋轉掛架上掛載20枚空地導彈，可對洲際彈道導彈可能錯過的目標實施補充打擊。1962年3月，眾議院武裝部隊委員會投票通過了生產60架B-70轟炸機的計劃，但遭到麥克納馬拉的強烈反對，他在1964年2月把項目一擼到底，只保留生產兩架XB-70原型機的資金。

就在無人看好的情況下，北美開始製造AV1和AV2號原型機。儘管在修訂後的計劃中，原型機不會安裝包括雷達、電子戰設備和轟炸導航系統在內的所有軍事裝備，但製造該機仍然是一個巨大的技術挑戰。該機的子系統與飛機並行研發，其AN/ASQ-28轟炸導航系統後來經過修改後被應用在了羅克韋爾B-1A轟炸機上。

製造中的XB-70原型機

挑戰極限

北美在研製XB-70的過程中遭遇的主要挑戰是尋找一種能承受3馬赫速度下304攝氏度氣動摩擦高溫的金屬材料。儘管洛克希德為其SR-71選擇了稀缺的鈦金屬，但北美選擇採用不鏽鋼蜂窩夾芯三明治結構來製造超過XB-70的100多片蒙皮。這種材料比鈦更容易加工，價格也更便宜，但在高速下有可能會分層，在地面也容易因磕磕碰碰而損壞。此外XB-70採用的4000PSI高壓液壓系統具有一些鈦合金和不鏽鋼零件，許多鋼製零件都要從鋼坯經過昂貴切削而成。

在XB-70墜機現場尋獲的不鏽鋼蜂窩夾芯蒙皮

考慮飛行中出現的極端溫度變化，整體油箱的密封是另一個讓人頭痛的問題。油箱內必須注入惰性氮氣，以防灼熱的機翼結構引燃燃油蒸氣。

XB-70內部油箱示意圖

傳統彈射座椅無法在3馬赫速度中逃離飛機，因此北美為XB-70安裝了為康維爾B-58A「盜賊」和F-108「輕劍」研製的斯坦利B型封閉式逃生艙系統的改進型。飛行員和副駕駛各配備一個重453千克逃生艙，可在161-3380公里/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。

XB-70的逃生艙

逃生艙的地面彈射測試

XB-70駕駛艙的儀錶和操縱裝置相對傳統，不過用於顯示馬赫數和姿態/垂直速度的垂直條式顯示器比較時髦。XB-70的翼尖在飛行中可根據速度下放25至65度，後來進一步增加到30至70度。飛行員和副駕駛後方是另外兩名機組人員（導航員/投彈手和電子對抗操作員）的座椅，原型機的這個位置被測試設備艙佔用。

XB-70的駕駛艙

XB-70的摺疊翼尖

由於駕駛艙位於「蛇頸」位置，所以離地超過5.18米，需要定製特別登機梯，乘員在上下飛機時需要固定好安全繩以防意外跌落。眼鏡蛇般的外形也意味著XB-70的前起落架在飛行員座椅後方19.8米處，因此他必須重新學習精確地面滑行駕駛技術。正如試飛行員唐·馬利克所說的：「（滑行中）一個很大問題是要不斷腦補起落架相對於跑道的位置。我們必須等到駕駛艙超過滑行道邊緣，然後才開始轉彎。」長長的前機身也使駕駛艙在地面滑行和高速飛行中容易上下顛簸。

XB-70的定製超高登機梯

XB-70的地面機動性不是很好

該機主起落架採用四輪小車設計，安裝有耐熱金屬浸漬輪胎，共有41個剎車盤。不過即便剎車系統如此複雜，仍然難以應付飛機龐大的重量，在著陸中經常達到1093攝氏度的剎車溫度，並導致了若干起起落架火災。

XB-70的主起落架，也許該算五輪小車？

第一架XB-70 62-0001 AV1在1964年5月11日下線，其閃閃發光的白色耐熱塗料在陽光下熠熠生輝。作為世界上最重、最快、最強大、最昂貴的多發轟炸機，該機於9月21日首飛。儘管經過了仔細的地面測試，但該機在首飛中主起落架拒絕完全收回，導致飛行員阿爾·懷特和喬·卡騰不得不放棄在首飛中進行超音速飛行的計劃，並前往加州愛德華茲空軍基地緊急降落。在降落中由於剎車鎖死，起落架開始起火。

1964年5月11日，首架XB-70A原型機在北美航空公司設在加利福尼亞州帕姆代爾的第42號工廠中正式下線，照片所示為當天的場景

XB-70「女武神」轟炸機首飛時拍攝的照片

XB-70起落架起火的情景

AV1在第二次試飛中再次遭遇起落架和液壓問題，仍未能突破1馬赫。最後在10月12日，AV1終於以1.1馬赫飛行了15分鐘，結果厚厚的白色耐熱塗料大批剝落，裸露出金屬蒙皮。在通過翼尖下垂測試後，AV1在第八次試飛中完成了當時有史以來最長的超音速飛行，以2馬赫的速度持續飛行了40分鐘，該機在這次試飛中的超音速總時間是74分鐘。

XB-70在第三次飛行中超過了音速，這一過程也導致它機身表面的大部分油漆剝落，令飛機表面顯得異常的斑駁，像是綴滿了補丁

隨著為期5年共129架次飛行試飛項目的繼續進行，AV1的速度穩步提高。在第12次試飛中，懷特和菲茨胡爾·富爾頓駕駛總重量226796千克的AV1完成了持續超過50分鐘的2馬赫飛行。但在這次試飛中，進氣口的部分氣流隔板破裂，損壞了6台發動機中的5台，機組被迫進行了一次210節（389公里/小時）的無襟翼著陸。10月14日，這架「白色女神」在試飛中唯一一次突破了3馬赫，但導致一段機翼蒙皮分層脫落，試飛被迫中止。此後AV1的最大速度被限制在2.6馬赫以下。

被碎片打壞的發動機

C-141、XB-70和SR-71的尺寸對比

曲終人散

第二架XB-70原型機AV2 62-0207在首飛中突破了音速，該機改進了蒙皮結構，在1966年2月17日實現了持續15分鐘的3馬赫飛行，並在5月19日延長至30分鐘。

XB-70A AV2 62-0207

起落架問題再次困擾到AV1。1967年3月7日，該機左起落架放下時四輪小車沒有轉動放平，仍處於垂直位置。懷特希望四輪小車能在觸地時放平，但該機在愛德華茲空軍基地的沙漠跑道降落後四輪小車仍處於垂直狀態，飛機滑出了一條長達4.8公里的曲線後終於停了下來。

降落時坡腳的主起落架

4月30日，起落架故障也開始危及AV2。該機起飛後前起落架艙門先於起落架收回，把機輪卡在了外面。地面人員建議卡騰用一個回形針跳過相關開關把前起落架重新放下，但一時間哪裡去找回形針？卡騰急中生智，用氧氣軟管上的電線放下了損壞的前起落架。飛機在降落中所有剎車盤全部鎖死，六個輪胎爆胎並起火。

1966年4月30日，第二架XB-70原型機AV-2在著陸時起落架起火

AV2隨後為NASA的超音速客機研究項目進行了一系列激波試飛。在6月8日的一次試飛結束後，該機加入了其他幾架安裝通用電氣發動機的飛機編隊，拍攝宣傳照片。其中一架是由經驗豐富的飛行員喬·沃克駕駛了F-104N N813NA。在密集編隊中他的戰鬥機莫名其妙地過於接近「女武神」的右翼尖，兩機相撞後F-104倒扣飛過「女武神」的後機身。 XB-70的垂尾被撞掉，左翼嚴重損壞，F-104在火焰中解體，沃克當場死亡。