小火箭 | 女武神：世界上飞行速度最快的传奇战略轰炸机

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小火箭出品

本文作者：邢强博士

本文共3126字，17图。预计阅读时间：15分钟。

公元1964年9月21日，第一架XB-70战略轰炸机首飞成功。

按当时北约的战略思想，XB-70肩负研制尖端空天武器装备和形成压倒性核威慑优势的重要使命。

当时苏联的钢铁洪流让北约的欧洲盟友处于战战兢兢的状态中。深知在常规武器较量中已经难以招架苏联冲击的美国人，想出了三位一体核威慑的战略：

只要苏联的钢铁洪流在当时入侵北约国家的任意一块领土，美国就立刻进行核反击，而不管在入侵过程中苏联是否使用了核武器。这种核反击会通过三位一体的方式来进行：海中巡弋的携带洲际弹道核导弹的潜艇、陆地发射井中的洲际弹道核导弹和空中携带核弹头的战略轰炸机。

总体

XB-70瓦尔基里（国内常叫她 女武神，小火箭在后文也尊重约定俗成的叫法，将她称作女武神）长57.6米，翼展32.2米，机高9.12米。

硕大的三角翼的翼面积达585.1平方米。主翼前缘后掠角高达60°，鸭翼前缘稍稍后掠，后缘则放置了可以在0°到20°之间连续变动的舵面。

从这巨大的翼面积和鸭式布局的配平方式来看，我们能够对女武神的载荷能力毫不怀疑。女武神的最大起飞重量可达246.02吨。

动力

女武神的动力系统采用了独一无二的六发动机并排布局方式。

6台通用电气的YJ-93涡喷发动机为女武神提供动力。

YJ-93发动机全长6.2米，最大直径1.332米，干重1.728吨。

这款11级压气机+2级涡轮的涡喷发动机是通用电气为北美航空的XF-108和XB-70设计的。后来，XF-108项目被砍，因此，YJ-93成为了XB-70女武神的专属发动机。

该发动机在加力燃烧室工作时，可以迸发出128千牛的推力，使其能够拥有7.58的傲人推重比（那个年代的）。当然，其油耗相当“霸气”。

打开加力燃烧室后，每台YJ-93发动机在一秒内，就能够烧掉6.528公斤燃料。

也就是说，当女武神这位女神开始发力的时候，1秒钟内，6台发动机就要耗掉近40公斤燃料。

所以，我们问这位女神的体重的时候，是按分钟来问的。在打开加力燃烧室的时候，女武神的体重要比1分钟前轻2.35吨！

哎呀！果然是女武神，不是一般的女神！这减脂减重的能力无与伦比！

那，燃油会不会不够用？

不会的。女武神拥有巨大的油箱，可以容纳46745加仑燃油。

小火箭换算了一下，相当于17.7万升。再换算成重量的话，相当于140吨。

这些燃油存放在女武神的机内油箱中。女武神共有11个油箱，每侧机翼内各有3个，机身内有5个。

而实际上，YJ-93虽然是涡喷发动机，但是依然考虑到了燃油经济性。如果加力燃烧室不工作，只按正常状态来使用的话，女武神6台YJ-93可以提供轻柔的推力，其油耗也会从1分钟2.35吨骤减为1分钟0.606吨。结合巨大的油箱，足够她飞3个小时来用了。

这是一台YJ-93涡喷发动机正准备安装到XB-70女武神战略轰炸机尾部之前，做最后的检查工作的场景。

喷气式发动机的工作，离不开燃料，当然也离不开空气。

女武神机腹位置的大口进气道保证了6台YJ-93发动机的空气供应。

按照设计指标，单台YJ-93涡喷发动机每秒需要125公斤的空气，也就是说，女武神的进气道需要保证每秒能够吸入750公斤空气。

这是什么概念呢？

750公斤空气，在标况海平面1个标准大气压的情况下，体积为581.4立方米。对于3米高的房间来说，对应的面积为193.8平方米。

1秒钟，1间面积将近200平方米的房子里的空气就会被女武神全部吸干。

女武神的最大飞行速度可达3倍声速，此时，远前方来流速度很快，如果进气道不做处理的话，YJ-93涡喷发动机是无法正常工作的。（毕竟这款发动机不是冲压发动机。）

那么，上世纪50年代末的北美航空的工程师们是如何解决这个问题的呢？

答：巧妙设计进气道和中心锥。

XB-70女武神战略轰炸机总共就生产了2架，还有1架给摔了，因此仅存的1架完整的女武神是万万不可为了教学和科研的目的而拆解的。

于是，小火箭手绘了上图来解释一下XB-70的进气道设计。

我们平时看到的女武神的进气道中间的那块镉板并非仅仅是起加强作用的肋板，而实际上是女武神进气道中心锥的尖端。女武神的肚皮非常平，这令人羡慕的身材使得中心锥由三维椎体蜕变为二维锥形。

6台发动机被分为2组，每组3台。这3台发动机位于进气道的扩张段。而在进气道前方的收缩段，通过巧妙设计中心锥和进气道内壁，使得多道斜激波出现。

以3倍声速飞来的空气在经过多道斜激波后，速度逐渐减小为Ma 2.63、Ma 2.45、Ma 2.26，最终在穿过进气道最为狭窄的内部空间后，速度降为Ma 0.82，成为了亚声速气流。

中心锥面的角度与小火箭上述马赫数对应的当地切线的角度分别为7°、12°、16°和22°。

控制

从这个角度，我们能够更加清楚地看到XB-70女武神进气道内的调节装置。

不过，小火箭把这张照片放在这里，更主要的是为了展示女武神的鸭翼和鸭翼后缘的控制舵面。

小火箭风格：

XB-70鸭翼的前缘后掠角为31°41′45″。

说过了鸭翼和机身内部的JP-6燃料循环，再说说XB-70的其他气动控制面吧。

女武神的三角翼后缘，每侧各有6个气动舵面，与前方的鸭翼共同分担了传统飞机的副翼和襟翼的作用。

XB-70的三角翼的外侧机翼通过铰链和内侧机翼相连。外侧机翼可以通过液压作动器来调节角度。

在起降阶段，外侧机翼下反角度为0°，有助于提高其在低速状态下的升阻比。

在跨声速或者低空超声速飞行时，XB-70女武神战略轰炸机的外侧机翼下折25°，以便移动整机的气动压心，同时增强飞机的横向稳定性。

当XB-70战略轰炸机马力全开，6台YJ-93涡喷发动机的加力燃烧室开始工作时，外侧机翼的下反角达到了65°！可爱的折耳的背后，是对高速飞行过程中的飞行力学的深切体悟。

这是XB-70女武神准备挑战Ma 3飞行之前的准备状态。两侧的外翼均已折下65度。

小火箭在这里又得补充两句：刚刚和大家一起探讨了XB-70主翼后缘每侧有6块舵面。

其实，每侧靠近外侧的2块舵面是安装在可下折的外翼上的。

作为飞行器设计师，此时应该足够细心：在外侧机翼后缘的2块舵面上安装限位控制器。一旦外侧机翼开始下折，立刻切断驾驶室与外侧机翼舵面的液压作动器的联系，并将舵面锁定在零位。

这样可以防止因飞行员的误操作而给XB-70在3倍声速飞行状态下带来难以预料的影响。

这种设计理念在女武神身上随处可见，小火箭再举一个例子：

飞行员因躲避来袭导弹或者误操作，有时会给全动双垂尾提供过大的指令。这样的指令如果被垂尾完全执行的话，有可能在高空高速飞行中把机身扭断。

因此，XB-70对全动垂尾的偏转角度有限制。低速飞行为±6°，高速飞行时为±3°。在起落架放下时的起降阶段，由于鸭式布局飞行的独特性，为保证操纵效率，双垂尾的偏转角度限制被放宽为±12°。

下折65°的外翼面成为了在3倍声速飞行时的航向稳定性的保障。

从这张照片来看，我们能够发现，此时的外翼面在铅垂平面内的投影面积已经大于了XB-70原本的垂直尾翼的面积。

另外，在3倍声速时下折的外侧机翼绝不仅仅是为了增强航向稳定性这一个考虑。

实际上，这是人类工程师最早的真正意义上的对乘波体概念的应用。

所谓乘波体，就是在高速飞行状态中，把机身保持在斜激波上方，借助激波的作用来大幅增加升力的一种飞行器。

御风而行的感觉！

小火箭认为，XB-70女武神战略轰炸机是人类有史以来第一个能够载人飞行的乘波体飞行器。

在3倍声速飞行状态下，下折的外侧机翼阻挡了被高度压缩的空气向两侧的逃逸，抱住了桀骜不驯的斜激波，给XB-70提供了巨大的升力。

（高速飞行状态中，最优情况下，有高达34.79%的升力是通过XB-70的乘波状态提供的！）

仅此一项，已经前无古人，而迄今为止，小火箭也没看到真正的后来者。

这是XB-70女武神在高速风洞中进行测试的情景，可以看到漂亮的斜激波，如同那船儿在水中划出的涟漪。有关风洞测试，小火箭努力专门写一个系列。

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