美國XB-70女武神式轟炸機

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更新時間: 2013-12-09

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「XB-70」戰神侍婢式」轟炸機(XB-70 "Valkyrie" Bomber,又譯為「女武神式」)是一架美國空軍在冷戰時代開發的實驗性三倍音速超高空戰略轟炸機。雖然擁有當時最先進的技術概念與驚人的實力,但卻因為戰爭型態的改變與意外,只實際生產了兩架原型機即宣告計劃中斷結束。

美國XB-70女武神式轟炸機 -概述
美國XB-70女武神式轟炸機美國空軍XB-70「女武神」超音速轟炸機

美國空軍在1954年10月構想要發展具有洲際能力的轟炸機,後來變為發展一種B-52的後續機種,於是要求具有B-52同等武器載荷和續航力。> 世界軍事 >> 世界航天器 >>轟炸機系列">[1]    

1958 年北美公司集才構思藍圖,1959 年3月國防部核准製作實體模型,於是北美公司在加州羚羊谷的棕欖谷分廠建立製造B-70的專業工廠,而發動機則由通用電氣公司設在俄亥俄州的辛納蒂廠來進行推力改進的工作。年底國防部要求僅制一架原型機,1960 年冬又改要求增造相當數量的 B-70,供戰略空軍使用。

最後 1963 年 3 月對大型戰略轟炸機的觀念改變,又縮減僅製造兩架,歷經數年的毒性燃料、洲際彈道導彈、U-2 事件等政策改變波折,終於第一架XB-70A(編號 20001)在 1964 年 5 月 11 日首次公開展示,1964 年9月21日首次試飛,而在後續飛行測試過程創下 21,500 米高度,3 馬赫巡航速度的世界紀錄。該機能在21021米高空以3馬赫飛行,能內攜11340千克炸彈,最大續航距離超過8000千米的超級轟炸機——XB-70。

XB-70的快速出動能力極為出色。XB-70從發動機開始準備到離開跑道只需25分鐘,跑道滑行時間最快僅需45秒,而且飛行員無需做生理檢查,甚至在飛行時不穿飛行服,也絲毫無礙生理健康。

美國XB-70女武神式轟炸機 -基本數據

翼  展: 32 米
前置翼展: 8.78 米
機  長: 59.74 米 (含機鼻探針) > 世界軍事 >> 世界航天器 >> 轟炸機系列 >>美國空軍XB-70「女武神」超音速轟炸機">[2] 
機  高: 9.14 米
輪 軌 距: 7.06 米
輪 基 距: 14.08 米
主翼總面積: 585.02 平方米
前置翼總面積: 38.61 平方米
垂直尾翼總面積: 21.73 平方米
機體總重: 250 噸
油箱總容量(11個) :136 噸
最大速度:3 馬赫(21,500 米高空)
進場速度:500 千米/時(機身後準備了三個直徑 8.53 米的減速傘)

美國XB-70女武神式轟炸機 -設計
美國XB-70女武神式轟炸機xb-70"女武神"轟炸機起飛
B-70採用三角翼設計,前緣向下傾斜,並將約 47 平方米的翼尖與主翼以鉸鏈方式接合,在高速飛行時翼尖可垂下25 度至 65 度。

理論上此折動機翼有三種好處(高速時):使翼尖起到部分垂直安定面作用,有助於B-70的方向安定性。超音速時,可抵消其上反角效應。破壞翼面後部所產生的部份升力,避免升力中心過度向後移動,使飛機趨於穩定。

XB-70的翼尖在高速飛行時翼尖可垂下 25 度至 65 度。而在設計 B-70前,NACA(為 NASA 前身)曾發現一種壓縮升力的現象,即在某種高速下,一種適當形狀的物體可使音障形成的激波撐起物體,如同衝浪快艇般的乘波賓士,因此XB-70A 的進氣道位於三角翼之下,其巨大體積恰使激波形成向上的壓縮空氣,能被機翼捕捉,從而提供了免費升力。

XB-70前置鴨翼的設計部份是為了抵消因高速飛行主翼升力中心后移時,機鼻向下的趨勢。 鴨翼前緣有一個可微調的翼緣,后緣是各自獨立動作的襟翼。 但在 3 馬赫時,前置鴨翼無法抵消升力中心后移所產生的力矩,此時就必須使主翼翼尖向下彎折,以增加其俯仰和方向的安定性,然而這種設計,卻對其結構,操縱系統增加了危險的複雜性。

主翼后緣各有六片升降副翼(總計 12 片),外部翼尖各兩片升降副翼,在翼尖折下時不能使用。雙垂直尾翼除了小三角形面積固定垂直翼面外,其餘部分都是可活動的方向舵,鏈結在垂直翼面斜邊上,上擺弧度大於下擺弧度,雖然增加了方向舵效率,但對其結構有部份影響。

該機使用6台通用電氣公司 YJ93-GE-3 渦輪噴氣發動機,具有變距渦輪葉片,每具加力推力高達 14,060 千克。YJ93
的設計源自 F-4 使用的 J-79 發動機,是 J-79 系列的放大型,僅比 J-79 重約 680 千克,但推力增加了一倍。XB-70A
具兩個大方箱型進氣口,尺寸巨大,可供一般人直腰走進,每一進氣道可供給三具發動機所需的空氣,而進氣道內有可變壁式,旁通門,以控制其進氣壓力與溫度,六具發動機並排安裝在機尾及飛機中心線兩側。XB-70A 具兩個大方箱型進氣口,尺寸巨大,可供一般人直腰走進。通用公司設計師布拉克曼(Bruckman)設計的 YJ-93 發動機,在全推力時,每小時需耗掉約 27,000 千克燃料。

利用燃油吸收滑油的熱,解決了排熱問題,也增加推力,此成就列為五角大廈的機密檔案。 然而其高能量硼基燃料的毒性倒是引起部份人士的反對。

由於XB-70高速產生的高溫需要特殊的耐高溫材料,於是採用了難以處理的鈦金屬,工程師們尋求各種鑄造方法,終於馴服鈦金屬,鑄成XB-70可變機鼻的形狀,也因此得到美國金屬學會的研究成就獎。B-70的風擋玻璃可以改變角度,在飛行時升起減小阻力。其實XB-70大多數結構是採用不鏽鋼的蜂窩夾層結構,此精巧結構是用黃銅將薄鋼皮焊接在六角形蜂巢式鋼結構物上製成的,需要在凈塵環境內處理,其強度與實心鋼差不多,同時也是良好熱絕緣體,能使高熱保持在表皮而不致損及內部。在機身後部,由於內有引擎加熱,外有摩擦熱的影響,故此部份是由高強度工具鋼所做成的。B-70的主起落架,四輪小車式設計,但中間又有一個小輪。

機組人員包括駕駛員,副駕駛兩位 (生產型機則增加轟炸領航員,防衛系統操作員兩名),具有兩個獨立逃生艙,分置於駕駛員,副駕駛座位上,一旦緊急脫離時,可形成封閉艙,以保證高速高空彈射時人員的安全。

第二架XB-70A(編號 20207)於1965 年7 月17 日首次試飛,做一系列測試,並在1966 年4月30日創下連續 32 分鐘飛行 3 馬赫空前紀錄。不幸於1966 年6月8日被伴飛的 F-104 撞到右垂直尾翼,墜於沙漠煙塵之中。

第一架XB-70A 仍繼續活動,1967 年3月25 日 NASA 進行國家超音速運輸機計劃,進行為期 15 個月的飛行研究計劃。

此後便送到俄亥俄州懷特.派特森空軍基地安享晚年。
美國XB-70女武神式轟炸機 -特色
美國XB-70女武神式轟炸機美國空軍XB-70「女武神」超音速轟炸機
XB-70是一架長59.7米、寬32米、三角翼基本構型的大型噴氣機,其主翼後掠角約65.5度,兩側翼端采液壓可變設計,可根據需要在25度到70度之間切換。第一架原型機的最大下折角度只到65度,第二架原型機才可以下折70度,這兩塊下折主翼的面積已經非常接近康維爾公司設計的B-58轟炸機的全部翼面積。下折的主翼端除了在利用縮小的翼面積,控制空氣動力中心在超音速飛行下位置的變化,增加超音速飛行時的穩定性之外,它們還可將飛機在超音速飛行時機身前段處所造成的衝擊波(shock wave)包圍在機身下方無法自兩側擴散消逝,等於是讓整架飛機「騎」在自己產生的衝擊波上,這種被稱為「壓縮升力」(compression lift)的概念可將超音速衝擊波轉化成飛機的上舉力道,使得XB-70在超音速範圍下有較高的升阻比(Lift-to-Drag Ratio)。採用這種原理設計的高超音速飛行器又被稱為乘波飛行器(waverider,或又譯為「馭波飛行器」),而XB-70則是世界上第一架載人乘波飛行器,當其以3馬赫的巡航速度飛行時,約有35%的升力來自compression lift,而非傳統機翼上的升力。

為了能對付以3馬赫的超音速長時間持續飛行所產生的高熱,XB-70的機身採用了鈦與鍍銅不鏽鋼為材料的蜂巢結構。六具引擎以3-3的方式安置在機尾翼面下緣,每三具引擎共用一長方形的涵道,其主要目的是將原本三維空間的氣流整理成接近二維的平面狀態。為了穩定機身,XB-70的機首、駕駛艙的後方兩側配置有一對翼展約8.8米的大型副翼。配合主翼非常誇張的後掠角度,XB-70采雙垂直尾翼的設計以維持低速時的操作穩定。由於其超音速飛行的需要,它雖然可以籌載拋擲傳統或核子武器,但卻不能外掛任何機外設備。

XB-70的推進力來自六具由通用(GE)出品的J93-GE 3型渦輪噴氣發動機(或也被稱為YJ93-GE 3,因為此型引擎只曾在XB-70上實驗使用過),使用航空用JP6燃料。為了抵抗三倍音速飛行時產生的強大阻力,XB-70的耗油是可以想見的,因此它雖然擁有接近B-52的載油量,但航程卻只被局限在5,000海里。除了在空氣動力學設計上的實驗性之外,XB-70還有許多其他前瞻的設計,例如以當時來說極為先進的艙內電子設備,使得它得以簡化機組人員至四名,分別是正駕駛、副駕駛、炸射官與防衛系統操作官,不過在實際量產的實驗版XB-70上只有正副駕駛的配置,取消了從未出現的YB-70之四人編製設定。四人皆各別乘坐在有特殊包圍保護的飛行椅上,能在70,000呎(超過21,000米)高空中、3馬赫的飛行速度下進行彈射,事實上就因為這設計的存在,使得XB-70的一位正駕駛在之後所發生的一場空中撞機意外中,以彈射方式幸運逃生。
美國XB-70女武神式轟炸機 -系列機型
1、已建造機型

XB-70A一號機 -(NA-278)機身編號62-0001,總飛行次數83次,總飛行時數160小時16分,現存於俄亥俄州戴頓,美國空軍博物館。

XB-70A二號機 -(NA-278)機身編號62-0207,總飛行次數46次,總飛行時數92小時22分,於1966年6月8日墜毀於加州巴斯托北方沙漠地區。

2、未建造機型

XB-70B三號機 -(NA-274)機身編號62-0208(預計),1961年3月時以YB-70A預產機的身份起造,但在1964年建造半途被取消,未完成。

YB-70A - 原本計劃建造10架改良型原型機的計劃在1960年12月時取消,這些YB-70元本是計劃在完成測試后,進一步改裝成B-70A規格正式服役。

B-70A - 計劃中原本要建造50架可執行任務的戰略轟炸機(附有翼端油箱),但在1959年12月時取消。

RS-70 - 原本計劃要將B-70A改裝成50架偵查用飛機(具有空中加油能力),但在1959年2月的評估後放棄此計劃。

美國XB-70女武神式轟炸機 -取消研製
美國XB-70女武神式轟炸機美國空軍XB-70「女武神」超音速轟炸機
雖然XB-70有諸多過人之處,但是,遠在這架轟炸機於1964年開始試飛之前4年,便已被判了死刑。由於價格高昂,穿透敵人領空的能力又不如彈道導彈,因此遭到諸多質疑。尤其致命的是,這架轟炸機以3馬赫飛行、在21021米的高空投彈時的圓周公差半徑達1.5千米,其準確度低於各種彈道導彈,等於是沒有對移動目標進行精確打擊的能力,讓人懷疑這種當年一架值5億(相當於如今100億)美元的轟炸機存在的價值。因此,原本預定生產250架的計劃被取消。經眾人力保,最終是以技術展示機的名義,生產2架實驗機,並保留第3架的生產可能性。

在正式開始試飛之時,一些人原本希望藉由它的傑出表現,為它爭取生存空間。但由於1966年的一場意外,一架伴飛的F-104因為太接近XB-70二號機而發生撞機,導致兩機墜毀,徹底粉碎了XB-70的再生希望。而隨後美國也獲知前蘇聯已發展出對付XB-70的SA-5地空導彈(實際上SA-5也只是蘇聯的一個宣傳騙局而已)及米格-25截擊機,再加上XB-70的結構無法適應遠程低空飛行,因而也難以改裝以適應低空穿透作戰。此後美國放棄了以高速突穿蘇聯領空的嘗試,接下來的新一代美軍戰略轟炸機如B-1、FB-111等,都改以低空穿透轟炸,而不再追求高空高速。關於導致XB-70死亡的原因,在過去航空界還曾有其他說法,但實際上殺死XB-70的,主要還是彈道導彈的發展,以及美國核戰略的轉變。在前蘇聯擁有洲際彈道導彈之後,美國再也無法避免本土遭到核攻擊的可能性,而蘇聯防空網的強化,也使得轟炸機的報復成功率,難以和洲際彈道導彈相比。XB-70已完全失去了存在的意義,自然只有死路一條。

隨著XB-70消逝的還有XF-108三倍音速截擊機,該機計劃用於攔截蘇聯高速轟炸機,以及為XB-70護航。該機計劃裝備ASG-18脈衝多普勒火控雷達和GAR-9空對空導彈(即後來的AIM-47),由休斯飛機公司繼續研製,但最終該項目也被取消。

美國XB-70女武神式轟炸機 -貢獻與影響
在1960年代初期,NASA飛行研究中心曾被授命支援美國政府所進行的超音速運輸計劃(Supersonic Transport Program),因此當XB-70作為軍事武器的發展目的告終之後,兩架原型機的飛行研究全轉向作為SST計劃的實驗平台用途。雖然後來美國放棄了SST計劃,但是獲得的豐富資料卻間接促成了英法合作開發建造協和號超音速客機一事,還有使用不少西方技術所建造出的蘇聯版超音速客機Tu-144(相傳Tu-144是當時蘇聯以情報人員滲透法國航太總部所獲得的技術資料,搶先在協和號之前建造成功並且實際試飛的產品)。

除此之外,差不多也在1960前期時,蘇聯的蘇霍伊設計局(Sukhoi)也曾開發過一架外觀極端酷似XB-70A的原型中程超音速偵查/攔截/打擊機Sukhoi T-4,這架被西方國家賦予「畝式」(Sotka,意指100平方米,因為當時蘇聯稱呼它的開發計劃為「100計劃」;也經常被錯誤地稱為「Su-100」)代號的原型機由於無法與MiG-23戰鬥機的生產計劃匹敵,所以只曇花一現地讓一架原型機飛行了總共10個小時20分鐘后,就在1974年1月22日宣告計劃終結,也並無實際量產[2]。

相反的,為了能夠擁有一架速度足以與XB-70匹敵的高空攔截機,蘇聯非常緊急地發展了米格-25「狐蝠式」(Foxbat)超音速戰鬥機(其機身材料與蘇霍伊T-4雷同),變成獵物沒有實際誕生,但天敵卻先登場服役的特殊現象。

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