解决方案

初代飞翼式布局生不逢时的XB-35轰炸机
在飞机诞生30年后,工程师们开始思考,如何让飞行器彻底摆脱传统结构的束缚?鸟有垂直尾翼吗?没有,为什么它们能飞的这么稳?
于是美国和德国的工程师,不约而同的将目光投向了最根本的空气动力学原理,即机翼本身就是产生力的核心,飞翼式布局开始登上历史舞台。
20世纪40年代,美国航空工程师杰克·诺斯罗普在加利福尼亚州霍桑市的实验室里,用铅笔画出了一架没有垂尾与平尾的纯翼型飞行器。
这就是XB-35项目的开端,它挑战了当时航空界的固有认知。在传统飞机设计中,尾翼承担着平衡力矩和控制航向的关键作用。诺斯罗普的突破性构想源于对鸟类飞行的观察,信天翁在滑翔时仅凭翅膀即可完成姿态调整。
1942年,美国开始启动XB-35项目,其翼展长达到惊人的52.43米,相当于将四辆并排行驶的校车首尾相连。
工程师们采用独特的“开裂式襟翼”设计,每个机翼后缘安装24片可独立偏转的金属翼面,这些看似笨重的机械结构通过液压系统联动,能在0.3秒内完成升力分布调整。
为抵消无尾设计带来的航向稳定性问题,机翼前缘特别设计了锯齿状进气道,利用气流扰动产生辅助控制力矩。
动力系统的革新同样充满想象力,原型机搭载4台普惠R4360气冷星型发动机,单台功率3500马力,驱动反向旋转的螺旋桨以消除扭矩效应。
这种动力布局使XB-35在7600米高度能保持390公里/小时的巡航速度,在当时的大飞机中这个速度是相当快的了。
其独特的推进式螺旋桨设计将发动机后置,既降低了雷达反射截面,又为机舱腾出更多载弹空间。尽管受限于活塞发动机的技术瓶颈,其理论航程仍达到16000公里,足以完成跨洋战略轰炸任务。
然而,1946年首飞时暴露的操控难题却远超预期。由于取消垂尾,导致航向稳定性骤降,试飞员需要持续调整方向舵踏板,如同在钢丝上保持平衡。
诺斯罗普团队通过加装三轴增稳系统,利用机翼后缘的阻力板产生偏航力矩,最终将航向控制精度提升至0.5度以内。这项技术突破为后续飞翼飞行器的电传操纵系统奠定基础,现代B-2轰炸机的飞行控制系统仍延续着这一设计理念。
随着喷气时代的到来,XB-35的活塞动力逐渐显露出局限。1947年,改装艾里逊J-35涡喷发动机的YB-49项目应运而生,8台发动机呈环形排列在机翼下方,使最大速度提升至820公里/小时。
这次动力升级带来革命性变化,喷气尾流与机翼气流的相互作用,意外产生了类似鸟类振翅的升力增强效应。在1948年的一次试飞中,YB-49创造了载重10吨飞行11000公里的纪录,其升阻比达到惊人的25,远超同期常规轰炸机。
然而技术突破往往伴随着风险,1950年2月,YB-49在爱德华兹空军基地进行高速滑跑测试时,前起落架液压系统故障导致机身前倾45度,机翼承受的弯曲应力超过设计极限而解体。
这次事故不仅葬送了飞翼轰炸机项目,更促使美国空军成立专门的飞控计算机实验室。工程师们从残骸中发现了机翼结构共振的致命缺陷,由此发展出的实时应力监测系统,后来成为现代飞行器健康管理系统的技术源头。
尽管XB和YB系列未能实现量产,但其技术遗产在半个世纪后重获新生。80年代初,在窃取了苏联科学家彼得·乌非莫切夫的论文后,美国开始着手制造隐身飞机,搞出了“夜鹰”即F-117A攻击机。
当时诺斯罗普公司在重启飞翼研究时,意外发现YB-49的雷达反射数据与当时隐身理论高度吻合,属于瞎猫碰上了死耗子。于是基于此,着手研发大型隐身轰炸机,即后来的B-2。
B-2轰炸机的菱形机翼设计,本质上是对XB-35气动布局的数字化重构,其翼尖小翼的锯齿状边缘,正是当年诺斯罗普团队为降低雷达信号提出的解决方案。
2015年美国解密的档案显示,XB-35的“虚拟座舱”概念,通过分布在机翼各处的传感器实现盲飞,启发了现代无人机的全自主飞行系统的问世。
XB-35和它的后继者YB-49虽然没有正式量产服役,但是为后来者铺平了道路。
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