在飛機(jī)誕生30年后,工程師們開(kāi)始思考,如何讓飛行器徹底擺脫傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的束縛?鳥(niǎo)有垂直尾翼嗎?沒(méi)有,為什么它們能飛的這么穩(wěn)?
于是美國(guó)和德國(guó)的工程師,不約而同的將目光投向了最根本的空氣動(dòng)力學(xué)原理,即機(jī)翼本身就是產(chǎn)生力的核心,飛翼式布局開(kāi)始登上歷史舞臺(tái)。
20世紀(jì)40年代,美國(guó)航空工程師杰克·諾斯羅普在加利福尼亞州霍桑市的實(shí)驗(yàn)室里,用鉛筆畫出了一架沒(méi)有垂尾與平尾的純翼型飛行器。
這就是XB-35項(xiàng)目的開(kāi)端,它挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)航空界的固有認(rèn)知。在傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)鳥(niǎo)類飛行的觀察,信天翁在滑翔時(shí)僅憑翅膀即可完成姿態(tài)調(diào)整。
1942年,美國(guó)開(kāi)始啟動(dòng)XB-35項(xiàng)目,其翼展長(zhǎng)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(dú)特的“開(kāi)裂式襟翼”設(shè)計(jì),每個(gè)機(jī)翼后緣安裝24片可獨(dú)立偏轉(zhuǎn)的金屬翼面,這些看似笨重的機(jī)械結(jié)構(gòu)通過(guò)液壓系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),能在0.3秒內(nèi)完成升力分布調(diào)整。
為抵消無(wú)尾設(shè)計(jì)帶來(lái)的航向穩(wěn)定性問(wèn)題,機(jī)翼前緣特別設(shè)計(jì)了鋸齒狀進(jìn)氣道,利用氣流擾動(dòng)產(chǎn)生輔助控制力矩。
動(dòng)力系統(tǒng)的革新同樣充滿想象力,原型機(jī)搭載4臺(tái)普惠R4360氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī),單臺(tái)功率3500馬力,驅(qū)動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳以消除扭矩效應(yīng)。
這種動(dòng)力布局使XB-35在7600米高度能保持390公里/小時(shí)的巡航速度,在當(dāng)時(shí)的大飛機(jī)中這個(gè)速度是相當(dāng)快的了。
其獨(dú)特的推進(jìn)式螺旋槳設(shè)計(jì)將發(fā)動(dòng)機(jī)后置,既降低了雷達(dá)反射截面,又為機(jī)艙騰出更多載彈空間。盡管受限于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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?qǐng)F(tuán)隊(duì)通過(guò)加裝三軸增穩(wěn)系統(tǒng),利用機(jī)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(xiàng)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(jī)的飛行控制系統(tǒng)仍延續(xù)著這一設(shè)計(jì)理念。
隨著噴氣時(shí)代的到來(lái),XB-35的活塞動(dòng)力逐漸顯露出局限。1947年,改裝艾里遜J-35渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的YB-49項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生,8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)呈環(huán)形排列在機(jī)翼下方,使最大速度提升至820公里/小時(shí)。
這次動(dòng)力升級(jí)帶來(lái)革命性變化,噴氣尾流與機(jī)翼氣流的相互作用,意外產(chǎn)生了類似鳥(niǎo)類振翅的升力增強(qiáng)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(jī)。
然而技術(shù)突破往往伴隨著風(fēng)險(xiǎn),1950年2月,YB-49在愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)行高速滑跑測(cè)試時(shí),前起落架液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)身前傾45度,機(jī)翼承受的彎曲應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)極限而解體。
這次事故不僅葬送了飛翼轟炸機(jī)項(xiàng)目,更促使美國(guó)空軍成立專門的飛控計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室。工程師們從殘骸中發(fā)現(xiàn)了機(jī)翼結(jié)構(gòu)共振的致命缺陷,由此發(fā)展出的實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),后來(lái)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn),但其技術(shù)遺產(chǎn)在半個(gè)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(guó)開(kāi)始著手制造隱身飛機(jī),搞出了“夜鷹”即F-117A攻擊機(jī)。
當(dāng)時(shí)諾斯羅普公司在重啟飛翼研究時(shí),意外發(fā)現(xiàn)YB-49的雷達(dá)反射數(shù)據(jù)與當(dāng)時(shí)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(jī),即后來(lái)的B-2。
B-2轟炸機(jī)的菱形機(jī)翼設(shè)計(jì),本質(zhì)上是對(duì)XB-35氣動(dòng)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?qǐng)F(tuán)隊(duì)為降低雷達(dá)信號(hào)提出的解決方案。
2015年美國(guó)解密的檔案顯示,XB-35的“虛擬座艙”概念,通過(guò)分布在機(jī)翼各處的傳感器實(shí)現(xiàn)盲飛,啟發(fā)了現(xiàn)代無(wú)人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)的問(wèn)世。
XB-35和它的后繼者YB-49雖然沒(méi)有正式量產(chǎn)服役,但是為后來(lái)者鋪平了道路。
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