女武神：世界上飛行速度最快的傳奇戰略轟炸機

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共3126字，17圖。預計閱讀時間：15分鐘。

公元1964年9月21日，第一架XB-70戰略轟炸機首飛成功。

按當時北約的戰略思想，XB-70肩負研製尖端空天武器裝備和形成壓倒性核威懾優勢的重要使命。

當時蘇聯的鋼鐵洪流讓北約的歐洲盟友處於戰戰兢兢的狀態中。深知在常規武器較量中已經難以招架蘇聯衝擊的美國人，想出了三位一體核威懾的戰略：

只要蘇聯的鋼鐵洪流在當時入侵北約國家的任意一塊領土，美國就立刻進行核反擊，而不管在入侵過程中蘇聯是否使用了核武器。這種核反擊會通過三位一體的方式來進行：海中巡弋的攜帶洲際彈道核導彈的潛艇、陸地發射井中的洲際彈道核導彈和空中攜帶核彈頭的戰略轟炸機。

總體

XB-70瓦爾基里（國內常叫她 女武神，小火箭在後文也尊重約定俗成的叫法，將她稱作女武神）長57.6米，翼展32.2米，機高9.12米。

碩大的三角翼的翼面積達585.1平方米。主翼前緣後掠角高達60°，鴨翼前緣稍稍後掠，後緣則放置了可以在0°到20°之間連續變動的舵面。

從這巨大的翼面積和鴨式布局的配平方式來看，我們能夠對女武神的載荷能力毫不懷疑。女武神的最大起飛重量可達246.02噸。

動力

女武神的動力系統採用了獨一無二的六發動機並排布局方式。

6台通用電氣的YJ-93渦噴發動機為女武神提供動力。

YJ-93發動機全長6.2米，最大直徑1.332米，乾重1.728噸。

這款11級壓氣機+2級渦輪的渦噴發動機是通用電氣為北美航空的XF-108和XB-70設計的。後來，XF-108項目被砍，因此，YJ-93成為了XB-70女武神的專屬發動機。

該發動機在加力燃燒室工作時，可以迸發出128千牛的推力，使其能夠擁有7.58的傲人推重比（那個年代的）。當然，其油耗相當「霸氣」。

打開加力燃燒室後，每台YJ-93發動機在一秒內，就能夠燒掉6.528公斤燃料。

也就是說，當女武神這位女神開始發力的時候，1秒鐘內，6台發動機就要耗掉近40公斤燃料。

所以，我們問這位女神的體重的時候，是按分鐘來問的。在打開加力燃燒室的時候，女武神的體重要比1分鐘前輕2.35噸！

哎呀！果然是女武神，不是一般的女神！這減脂減重的能力無與倫比！

那，燃油會不會不夠用？

不會的。女武神擁有巨大的油箱，可以容納46745加侖燃油。

小火箭換算了一下，相當於17.7萬升。再換算成重量的話，相當於140噸。

這些燃油存放在女武神的機內油箱中。女武神共有11個油箱，每側機翼內各有3個，機身內有5個。

而實際上，YJ-93雖然是渦噴發動機，但是依然考慮到了燃油經濟性。如果加力燃燒室不工作，只按正常狀態來使用的話，女武神6台YJ-93可以提供輕柔的推力，其油耗也會從1分鐘2.35噸驟減為1分鐘0.606噸。結合巨大的油箱，足夠她飛3個小時來用了。

這是一台YJ-93渦噴發動機正準備安裝到XB-70女武神戰略轟炸機尾部之前，做最後的檢查工作的場景。

噴氣式發動機的工作，離不開燃料，當然也離不開空氣。

女武神機腹位置的大口進氣道保證了6台YJ-93發動機的空氣供應。

按照設計指標，單台YJ-93渦噴發動機每秒需要125公斤的空氣，也就是說，女武神的進氣道需要保證每秒能夠吸入750公斤空氣。

這是什麼概念呢？

750公斤空氣，在標況海平面1個標準大氣壓的情況下，體積為581.4立方米。對於3米高的房間來說，對應的面積為193.8平方米。

1秒鐘，1間面積將近200平方米的房子里的空氣就會被女武神全部吸干。

女武神的最大飛行速度可達3倍聲速，此時，遠前方來流速度很快，如果進氣道不做處理的話，YJ-93渦噴發動機是無法正常工作的。（畢竟這款發動機不是衝壓發動機。）

那麼，上世紀50年代末的北美航空的工程師們是如何解決這個問題的呢？

答：巧妙設計進氣道和中心錐。

XB-70女武神戰略轟炸機總共就生產了2架，還有1架給摔了，因此僅存的1架完整的女武神是萬萬不可為了教學和科研的目的而拆解的。

於是，小火箭手繪了上圖來解釋一下XB-70的進氣道設計。

我們平時看到的女武神的進氣道中間的那塊鎘板並非僅僅是起加強作用的肋板，而實際上是女武神進氣道中心錐的尖端。女武神的肚皮非常平，這令人羨慕的身材使得中心錐由三維椎體蛻變為二維錐形。

6台發動機被分為2組，每組3台。這3台發動機位於進氣道的擴張段。而在進氣道前方的收縮段，通過巧妙設計中心錐和進氣道內壁，使得多道斜激波出現。

以3倍聲速飛來的空氣在經過多道斜激波後，速度逐漸減小為Ma 2.63、Ma 2.45、Ma 2.26，最終在穿過進氣道最為狹窄的內部空間後，速度降為Ma 0.82，成為了亞聲速氣流。

中心錐面的角度與小火箭上述馬赫數對應的當地切線的角度分別為7°、12°、16°和22°。

控制

從這個角度，我們能夠更加清楚地看到XB-70女武神進氣道內的調節裝置。

不過，小火箭把這張照片放在這裡，更主要的是為了展示女武神的鴨翼和鴨翼後緣的控制舵面。

小火箭風格：

XB-70鴨翼的前緣後掠角為31°41′45″。

說過了鴨翼和機身內部的JP-6燃料循環，再說說XB-70的其他氣動控制面吧。

女武神的三角翼後緣，每側各有6個氣動舵面，與前方的鴨翼共同分擔了傳統飛機的副翼和襟翼的作用。

XB-70的三角翼的外側機翼通過鉸鏈和內側機翼相連。外側機翼可以通過液壓作動器來調節角度。

在起降階段，外側機翼下反角度為0°，有助於提高其在低速狀態下的升阻比。

在跨聲速或者低空超聲速飛行時，XB-70女武神戰略轟炸機的外側機翼下折25°，以便移動整機的氣動壓心，同時增強飛機的橫向穩定性。

當XB-70戰略轟炸機馬力全開，6台YJ-93渦噴發動機的加力燃燒室開始工作時，外側機翼的下反角達到了65°！可愛的折耳的背後，是對高速飛行過程中的飛行力學的深切體悟。

這是XB-70女武神準備挑戰Ma 3飛行之前的準備狀態。兩側的外翼均已折下65度。

小火箭在這裡又得補充兩句：剛剛和大家一起探討了XB-70主翼後緣每側有6塊舵面。

其實，每側靠近外側的2塊舵面是安裝在可下折的外翼上的。

作為飛行器設計師，此時應該足夠細心：在外側機翼後緣的2塊舵面上安裝限位控制器。一旦外側機翼開始下折，立刻切斷駕駛室與外側機翼舵面的液壓作動器的聯繫，並將舵面鎖定在零位。

這樣可以防止因飛行員的誤操作而給XB-70在3倍聲速飛行狀態下帶來難以預料的影響。

這種設計理念在女武神身上隨處可見，小火箭再舉一個例子：

飛行員因躲避來襲導彈或者誤操作，有時會給全動雙垂尾提供過大的指令。這樣的指令如果被垂尾完全執行的話，有可能在高空高速飛行中把機身扭斷。

因此，XB-70對全動垂尾的偏轉角度有限制。低速飛行為±6°，高速飛行時為±3°。在起落架放下時的起降階段，由於鴨式布局飛行的獨特性，為保證操縱效率，雙垂尾的偏轉角度限制被放寬為±12°。

下折65°的外翼面成為了在3倍聲速飛行時的航向穩定性的保障。

從這張照片來看，我們能夠發現，此時的外翼面在鉛垂平面內的投影面積已經大於了XB-70原本的垂直尾翼的面積。

另外，在3倍聲速時下折的外側機翼絕不僅僅是為了增強航向穩定性這一個考慮。

實際上，這是人類工程師最早的真正意義上的對乘波體概念的應用。

所謂乘波體，就是在高速飛行狀態中，把機身保持在斜激波上方，藉助激波的作用來大幅增加升力的一種飛行器。

御風而行的感覺！

小火箭認為，XB-70女武神戰略轟炸機是人類有史以來第一個能夠載人飛行的乘波體飛行器。

在3倍聲速飛行狀態下，下折的外側機翼阻擋了被高度壓縮的空氣向兩側的逃逸，抱住了桀驁不馴的斜激波，給XB-70提供了巨大的升力。

（高速飛行狀態中，最優情況下，有高達34.79%的升力是通過XB-70的乘波狀態提供的！）

僅此一項，已經前無古人，而迄今為止，小火箭也沒看到真正的後來者。

這是XB-70女武神在高速風洞中進行測試的情景，可以看到漂亮的斜激波，如同那船兒在水中划出的漣漪。有關風洞測試，小火箭努力專門寫一個系列。

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