在飛機誕生30年后,工程師們開始思考,如何讓飛行器徹底擺脫傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的束縛?鳥有垂直尾翼嗎?沒有,為什么它們能飛的這么穩(wěn)?
于是美國和德國的工程師,不約而同的將目光投向了最根本的空氣動力學(xué)原理,即機翼本身就是產(chǎn)生力的核心,飛翼式布局開始登上歷史舞臺。
20世紀(jì)40年代,美國航空工程師杰克·諾斯羅普在加利福尼亞州霍桑市的實驗室里,用鉛筆畫出了一架沒有垂尾與平尾的純翼型飛行器。
這就是XB-35項目的開端,它挑戰(zhàn)了當(dāng)時航空界的固有認(rèn)知。在傳統(tǒng)飛機設(shè)計中,尾翼承擔(dān)著平衡力矩和控制航向的關(guān)鍵作用。諾斯羅普的突破性構(gòu)想源于對鳥類飛行的觀察,信天翁在滑翔時僅憑翅膀即可完成姿態(tài)調(diào)整。
1942年,美國開始啟動XB-35項目,其翼展長達(dá)到驚人的52.43米,相當(dāng)于將四輛并排行駛的校車首尾相連。
工程師們采用獨特的“開裂式襟翼”設(shè)計,每個機翼后緣安裝24片可獨立偏轉(zhuǎn)的金屬翼面,這些看似笨重的機械結(jié)構(gòu)通過液壓系統(tǒng)聯(lián)動,能在0.3秒內(nèi)完成升力分布調(diào)整。
為抵消無尾設(shè)計帶來的航向穩(wěn)定性問題,機翼前緣特別設(shè)計了鋸齒狀進(jìn)氣道,利用氣流擾動產(chǎn)生輔助控制力矩。
動力系統(tǒng)的革新同樣充滿想象力,原型機搭載4臺普惠R4360氣冷星型發(fā)動機,單臺功率3500馬力,驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳以消除扭矩效應(yīng)。
這種動力布局使XB-35在7600米高度能保持390公里/小時的巡航速度,在當(dāng)時的大飛機中這個速度是相當(dāng)快的了。
其獨特的推進(jìn)式螺旋槳設(shè)計將發(fā)動機后置,既降低了雷達(dá)反射截面,又為機艙騰出更多載彈空間。盡管受限于活塞發(fā)動機的技術(shù)瓶頸,其理論航程仍達(dá)到16000公里,足以完成跨洋戰(zhàn)略轟炸任務(wù)。
然而,1946年首飛時暴露的操控難題卻遠(yuǎn)超預(yù)期。由于取消垂尾,導(dǎo)致航向穩(wěn)定性驟降,試飛員需要持續(xù)調(diào)整方向舵踏板,如同在鋼絲上保持平衡。
諾斯羅普團(tuán)隊通過加裝三軸增穩(wěn)系統(tǒng),利用機翼后緣的阻力板產(chǎn)生偏航力矩,最終將航向控制精度提升至0.5度以內(nèi)。這項技術(shù)突破為后續(xù)飛翼飛行器的電傳操縱系統(tǒng)奠定基礎(chǔ),現(xiàn)代B-2轟炸機的飛行控制系統(tǒng)仍延續(xù)著這一設(shè)計理念。
隨著噴氣時代的到來,XB-35的活塞動力逐漸顯露出局限。1947年,改裝艾里遜J-35渦噴發(fā)動機的YB-49項目應(yīng)運而生,8臺發(fā)動機呈環(huán)形排列在機翼下方,使最大速度提升至820公里/小時。
這次動力升級帶來革命性變化,噴氣尾流與機翼氣流的相互作用,意外產(chǎn)生了類似鳥類振翅的升力增強效應(yīng)。在1948年的一次試飛中,YB-49創(chuàng)造了載重10噸飛行11000公里的紀(jì)錄,其升阻比達(dá)到驚人的25,遠(yuǎn)超同期常規(guī)轟炸機。
然而技術(shù)突破往往伴隨著風(fēng)險,1950年2月,YB-49在愛德華茲空軍基地進(jìn)行高速滑跑測試時,前起落架液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致機身前傾45度,機翼承受的彎曲應(yīng)力超過設(shè)計極限而解體。
這次事故不僅葬送了飛翼轟炸機項目,更促使美國空軍成立專門的飛控計算機實驗室。工程師們從殘骸中發(fā)現(xiàn)了機翼結(jié)構(gòu)共振的致命缺陷,由此發(fā)展出的實時應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng),后來成為現(xiàn)代飛行器健康管理系統(tǒng)的技術(shù)源頭。
盡管XB和YB系列未能實現(xiàn)量產(chǎn),但其技術(shù)遺產(chǎn)在半個世紀(jì)后重獲新生。80年代初,在竊取了蘇聯(lián)科學(xué)家彼得·烏非莫切夫的論文后,美國開始著手制造隱身飛機,搞出了“夜鷹”即F-117A攻擊機。
當(dāng)時諾斯羅普公司在重啟飛翼研究時,意外發(fā)現(xiàn)YB-49的雷達(dá)反射數(shù)據(jù)與當(dāng)時隱身理論高度吻合,屬于瞎貓碰上了死耗子。于是基于此,著手研發(fā)大型隱身轟炸機,即后來的B-2。
B-2轟炸機的菱形機翼設(shè)計,本質(zhì)上是對XB-35氣動布局的數(shù)字化重構(gòu),其翼尖小翼的鋸齒狀邊緣,正是當(dāng)年諾斯羅普團(tuán)隊為降低雷達(dá)信號提出的解決方案。
2015年美國解密的檔案顯示,XB-35的“虛擬座艙”概念,通過分布在機翼各處的傳感器實現(xiàn)盲飛,啟發(fā)了現(xiàn)代無人機的全自主飛行系統(tǒng)的問世。
XB-35和它的后繼者YB-49雖然沒有正式量產(chǎn)服役,但是為后來者鋪平了道路。
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