（本文為第9篇原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系。配圖部分來自網(wǎng)絡）
飛翼往往被人認為是最“完美”的飛行器，但除了B-2轟炸機以外并不多見。淘金客曾經(jīng)也癡迷過，特以本文與諸君分享一下自己的心得。
1946年6月25日，離二次世界大戰(zhàn)結(jié)束已經(jīng)快1年了。加利福尼亞州霍桑的諾斯羅普公司機場上，一架巨大而怪異的飛機靜靜停在跑道起點。說它怪異，是因為所有第一眼看到它的人，都會情不自禁地問道：“你們把它的機身弄到哪里去了？就只一只翅膀嗎？”是的，停在跑道上的是一只巨大的機翼——XB-35飛翼轟炸機正要開始它的第一次試飛。
XB-35就是一只巨大的機翼
諾斯羅普公司自己人倒是對此司空見慣了——約翰·諾斯羅普本人癡迷于飛翼已經(jīng)二十多年了，他堅信只有讓飛機的每一個地方都能產(chǎn)生升力的飛機才是“完美”的飛機。為此在1930-40年代，他就設計制造了一些小型飛翼開始驗證自己的想法，其中N1M驗證機成功進行了一系列試飛。當時美國陸軍航空隊（二戰(zhàn)以后才獨立出來的美國空軍的前身）也被他成功說服，于戰(zhàn)云密布的1941年11月——珍珠港事件前兩周，下了第一架XB-35轟炸機的訂單。
幸存至今的N1M在博物館頤養(yǎng)天年
這種巨大的飛翼式轟炸機同時也是個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，為此諾斯羅還先制造了4架1比3的驗證機N9M進行實際飛機的測試和驗證，諾斯羅普本人甚至多次坐進這個“只有翅膀”的飛機感受實際飛行。經(jīng)歷數(shù)不清的各種事故之后，包括最惡性的事故——第1架N9M墜毀飛行員喪生，N9M驗證了飛翼的可行性，收獲了不少經(jīng)驗。如今還有1架N9M完好地保存下來，還能繼續(xù)飛行！
如今還能飛行的N9M
N9M驗證了飛翼的可行性，不過由于和常規(guī)布局的飛機之間差異太大，等到全尺寸的XB-35轟炸機走上試飛場，大戰(zhàn)已經(jīng)結(jié)束了。不過，諾斯羅普和美國軍方都認為飛翼構(gòu)形的飛機很價值，XB-35沒有像戰(zhàn)時的很多研發(fā)計劃在戰(zhàn)后迅速被砍掉，而是幸運地得以繼續(xù)執(zhí)行下去。
XB-35的首飛由經(jīng)驗豐富的諾斯羅普首度試飛員麥克斯·斯丹利操刀。他松開剎車，把節(jié)流閥推到底，身后的4個對轉(zhuǎn)螺旋槳（共有8個螺旋槳，每2個串起反向旋轉(zhuǎn)）發(fā)出怒吼，“巨大的翅膀”開始一點點加速，剛剛滑過跑道一半的時候，它就離開了地面飛向空中。
XB-35騰空而起
飛翼被很多人視為“完美飛機”。當美國陸航訂購XB-35時，《紐約時報》的新聞報道代表了大眾對“完美飛機”的期待：“……也許我們離飛翼布局主導軍事、商業(yè)和個人飛行在內(nèi)的整個航空領(lǐng)域的那一天已經(jīng)不遠了”。諾斯羅普并不是第一個鐘情于飛翼的設計師，也不是進度最快的。在他之前，德國霍頓兄弟的Go229就成功進行了試飛，甚至安裝了更先進的噴氣式發(fā)動機！俄國人也曾經(jīng)做過這方面的嘗試。不過諾斯羅普絕對是最投入的一個，他的一生都在為這種“完美飛機”而奮斗不息，至死不休。
諾斯羅普在N9M的座艙里
為什么這么多優(yōu)秀設計師會如此癡迷？首要原因都可想而之，這種飛機全身都是機翼，而機翼面積與升力大致正比。也就是說，飛翼是“沒有一英吋的面積不是用于產(chǎn)生升力的”，在當時被認為是升力效率最高的飛行器布局。相比之下，常規(guī)布局的飛機上機身、尾翼這些部分對于飛行來說都是負擔，它們不產(chǎn)生升力，只產(chǎn)生阻力。這意味著同樣重量、材料、動力，飛翼比常規(guī)布局的飛機飛得更遠、更高，攜帶更多的有效載荷。
德國的Go-229噴氣式飛翼，個頭比XB-35小很多
第二個原因大家靠眼睛也能看出來：飛翼的外形非常規(guī)則，不像常規(guī)布局的飛機在機身和機翼、機身和尾翼等多外都是以很大的夾角連接，這些連接處應力集中，需要額外補強。而飛翼這種連續(xù)而規(guī)則的外形，應力分布均勻，在保證足夠強度時結(jié)構(gòu)重量可以減到最小。這一點淘金客在制作飛翼無人機時感觸比較深，整機沒什么需要特別加強的地方，能拆裝成幾大塊，攜帶運輸都很方便，不像常規(guī)布局的無人機拆出來的機身、機翼、尾翼等不規(guī)則部分，放置、運輸、組裝都十分麻煩。
淘金客的第一架飛翼驗證機
還有，飛翼規(guī)則的形狀使它可以在內(nèi)部布置大塊連續(xù)空間的油箱和貨艙，對于飛機的燃料和有效載荷有莫大的好處。畢竟飛機只是個平臺，沒有載荷及燃料的飛機是沒有什么存在的意義的。在轟炸機上這意味著可以兼容體積更大更不規(guī)則的彈藥。例如現(xiàn)在美軍裝備的13.6噸巨型鉆地彈，在別的轟炸機彈艙中裝1枚都不容易，B-2這種飛翼卻可以裝2枚。淘金客當年準備拿飛翼無人機改做測繪用途，它的內(nèi)部裝下單反相機以及3軸穩(wěn)定云臺也很輕松，這些形狀不規(guī)則的物品要裝進相同重量的常規(guī)布局無人機十分困難。
B-2正投放13.6噸的巨型炸彈，可以攜帶2枚
至于現(xiàn)在軍迷津津樂道的飛翼的“隱身性能”，也是因為飛翼的外形規(guī)則，給雷達隱身打下了良好的基礎，但在二戰(zhàn)剛剛結(jié)束時還沒有被人們意識到重要性。值得注意的是，幾乎所有的飛翼都帶有后掠角。許多人認為“后掠翼”是高速飛機的特權(quán)，還認為這是第一種實用的噴氣式戰(zhàn)斗機——Me262“風暴鳥”首先應用的技術(shù)。這只對了一半，后掠翼的確能減小跨音速段的激波阻力，但它的另一個特點往往被忽視：它是一種“自穩(wěn)定”結(jié)構(gòu)，能增加飛機的航向穩(wěn)定性。
Me-262并非最早的后掠翼，飛翼更早一些
和常規(guī)布局的飛機相比，飛翼沒有機身，因此也損失了機身來充當?shù)拇怪卑捕?/strong>。所以幾乎所有的飛翼都會帶有一定的后掠角，這可不是為了減小激波阻力，而是要利用后掠翼的“自穩(wěn)定”特性增加航向的穩(wěn)定性——如圖，當后掠翼飛機在向左偏離航向時，左側(cè)機翼與航向的夾角變小阻力較小，右側(cè)機翼與航向的夾角變大阻力也較大，兩側(cè)阻力的合力有糾正偏差讓飛機回到航向上的趨勢。但即使如此，許多飛翼仍然航向穩(wěn)定性不足，XB-35的噴氣版YB-49就加裝了不少垂直安定面。淘金客在自己飛翼上也裝有翼梢小翼，增加航向穩(wěn)定性的同時還能減少一些誘導阻力。
后掠翼“航向自穩(wěn)定”示意圖
不過，后掠翼在低速下升力效率不如平直的機翼，在一定程度上削弱了飛翼的升力效率優(yōu)勢。有沒有完全沒有后掠角的飛翼呢？那豈不是成了一把橫著飛的尺子？還真有，NASA和波音公司合作的長航時太陽能無人機，在高空飛行，速度也很低，需要最高的升力效率，所以完全沒有后掠角。航向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向怎么保證？首先它有多個垂直安定面；其次，它有多個電動螺旋槳，可以通過飛控計算機調(diào)整各個槳的轉(zhuǎn)速保證航向穩(wěn)定以及完成轉(zhuǎn)向。
沒有后掠角的太陽能飛翼式無人機
從“被迫”帶有一定的后掠角上可以看出來：飛翼雖然有諸多好處，是因為看似“完美”中還隱藏著諸多難以克服的不完美之處。后掠角的問題還不算大，下面這個問題就是個大麻煩：飛翼不好控制！它沒有長長的機身，也就沒有機身末端尾翼上的升降舵和方向舵。升降和方向控制只能靠機翼后緣的氣動控制面來完成。但由于沒有機身，機翼上氣動控制面距離整機的氣動中心和重心非常近，力臂很短，控制力矩因此很小。機翼帶有后掠角可以讓力臂稍長一些，但遠遠不能跟有機身的常規(guī)布局飛機相比。所以飛翼其實是很笨拙的，特別是進行俯仰操作的時候。而且沒有機身的飛翼迎角稍大就會失速（淘金客有過一些慘痛的教訓），一旦進入尾旋由于控制面很少幾乎不可能改出。對于戰(zhàn)斗機很重要的各種機動動作，飛翼完成起來也是異常困難（淘金客用遙控試飛橫滾，非常容易失穩(wěn)）……這些，都是因為沒有機身所以軸向和航向穩(wěn)定性嚴重不足、操作力矩過小導致的。
飛翼的縱向長度太短，操作力矩嚴重不足
此外，機翼的后緣空間有限，還要布置副翼（讓飛機橫滾）、襟翼（增升），沒有多少空間再布置升降舵和方向舵，因此往往只能讓一塊控制面起到多種作用。比如兩側(cè)的副翼差動時可以操作飛機的橫滾角，一起抬起或放下時起到升降舵的作用，這就是所謂“升降副翼”。兩側(cè)的雙開裂式襟翼一起動作在起降階段可以增加升力和阻力（降低飛機的速度），單獨只打開一側(cè)可以讓飛翼轉(zhuǎn)向，這也就是所謂的“阻力式方向舵”……但這樣的“混合控制”只適合完成這些升降、轉(zhuǎn)向這一類的簡單動作，稍微復雜一點的機動例如戰(zhàn)斗機常用的破S、殷麥曼滾轉(zhuǎn)就很難完成，即使完成也嚴重走形。哪怕是簡單的360度橫滾機動，常規(guī)布局的飛機可以繞著機身軸線完成得干凈利落，而飛翼在做這個動作時機身軸線很難保持水平，一方面是因為前面所說的力矩太小，另一方面也因為參與其中的氣動控制面太少不好修正……綜合這幾點可以看出來，飛翼完全不適合高機動飛行，不適合用作需要機動格斗的戰(zhàn)斗機。
最外側(cè)是“阻力方向舵”雙開裂襟翼，降落滑跑時還充當減速板，緊挨著是升降副翼，再往內(nèi)是襟翼
而規(guī)則的飛翼機身內(nèi)部空間，在裝炸彈、貨物時非常好用，但用于客機就麻煩大了：飛翼本來就短，要充分利用飛翼里的空間部署客座，必然會出現(xiàn)象大型電影院里那樣長長的一排排座位。電影院中間是皇帝位，也只是看個2小時左右的電影。可長途客機飛10多個小時很正常，坐在中間的人看不到窗外，要出來上個廁所也要從很多人前面擠過去，舒適性完全無法和常規(guī)布局的客機相比。波音嘗試過很多次飛翼式、翼身融合體式客機布局，但這個問題始終無法解決。
波音設想的未來客機，沒有人會喜歡中間的座位
甚至飛翼巨大的翼面積在某些時候也成了缺點：翼面積過大使得飛翼對低空亂氣流相當敏感，加上修正能力較差，很難精確保持航線。不少無人機廠商也制作了飛翼無人機的成品，但都因此不太適合對航線精度要求高的航空測繪任務，基本都用于空中監(jiān)視。
斯丹利駕駛的XB-35飛翼在當時是絕對的龐然大物——安裝了4臺R4360（數(shù)字代表排氣量，單位是立方英吋，約合72升）活塞式發(fā)動機，這可是比B-29轟炸機的R3350還大出一截的動力！每臺通過一根長長的軸驅(qū)動2副對轉(zhuǎn)螺旋槳。XB-35在強大的推力下平穩(wěn)離開地面。離開地面剛剛飛了幾分鐘，斯丹利在改平飛機時，發(fā)現(xiàn)飛機忽然開始不受控制地頻頻點頭——時而抬頭時而低頭，感覺很像“誘發(fā)振蕩”。過了一會兒，又出現(xiàn)了輕微而危險的“荷蘭滾”——機翼有規(guī)律地左右擺動。
龐大的XB-35讓伴飛的二戰(zhàn)重轟B-17相形見拙，注意這架已經(jīng)不是對轉(zhuǎn)螺旋槳了
這些混合的異常非常危險，經(jīng)驗豐富的斯丹利非常沉著，他盡量用非常輕柔的動作保持平飛，沒有做大幅度的修正動作，不正常的現(xiàn)象慢慢消失。斯丹利盡力保持著飛機的穩(wěn)定，讓導航員重新計算航線飛向莫洛克干湖的空軍基地。就這樣小心翼翼地又飛了30多分鐘后，最終成功降到了地面。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)是飛翼巨大的內(nèi)部油箱導致了異?！?strong>飛翼的內(nèi)部整體油箱面積太大，試飛時又沒有裝滿，燃油在油箱里晃動導致飛機的重心有規(guī)律地變化，而偏偏飛翼的操作性和穩(wěn)定性又不好，操作反應非常緩慢。斯丹利的處理非常冷靜，避免了嚴重的事故。
首次試飛油箱里動蕩的燃油險些釀成大禍
于是XB-35緊急做了改裝——在油箱里加入分隔板避免燃油的晃動。但這樣一來載油量又變小了。試飛繼續(xù)進行，新的毛病又暴露出來——單臺發(fā)動機通過一根長軸驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳，還要有換向變速機構(gòu)，高速旋轉(zhuǎn)時機械故障不斷。第二架XB-35也身陷于此。最后諾斯羅普只好把對轉(zhuǎn)螺旋槳改成普通的單個大螺旋槳才好了一些，但比起設計的推力值下降嚴重，阻力還增加了，而且又產(chǎn)生了嚴重的振動，發(fā)動機的耗油量卻絲毫不減。
R4360發(fā)動機后面長長的傳動軸帶來了不少毛病
到了1948年按計劃YB-35也上了天。美軍的編號中，Y代表更接近實用型。這次飛翼安裝的是普通螺旋槳，還裝上了自衛(wèi)用的炮塔。但沒等這個大飛翼徹底解決所有問題，螺旋槳和活塞式發(fā)動機卻已經(jīng)過時了——在高速的噴氣式戰(zhàn)斗機面前，慢速的螺旋槳轟炸機的生存能力著實令人擔憂。美國空軍決定取消B-35轟炸機的計劃，不服輸?shù)闹Z斯羅普還提出把活塞式發(fā)動機改成渦槳式發(fā)動機，但沒有改變YB-35的最后命運。
項目終止后排隊等待拆解的YB-35
不過諾斯羅普還有機會！在XB-35試飛之前的1945年，他就頗有遠見地與美軍簽訂了把XB-35改裝成噴氣飛機的合同，這是飛翼最后的機會了！機身中埋進了8臺噴氣發(fā)動機后的飛翼重新編號為YB-49，去掉了外露的活塞發(fā)動機、傳動軸支撐架、螺旋槳以后，損失一些垂直安定面，于是又另外加裝了4個小小的垂直尾翼和翼刀。YB-49的外形更加清爽和干凈利落，一舉成為B-2服役之前“最漂亮的飛機”。
換裝噴氣發(fā)動機后的YB-49更加漂亮
YB-49首飛在1947年，仍然由斯丹利負責駕駛。一系列的試飛表明，YB-49外形不僅更加漂亮了，而且還飛出了837公里的高速，飛行高度也達到12000米。但是由于早期噴氣式發(fā)動機耗油量驚人，YB-49的航程不到螺旋槳動力的YB-35的一半！這個問題對于執(zhí)行洲際任務的轟炸機來說非常致命！而且YB-49航向穩(wěn)定性仍然不足，高速使得這個問題更加嚴重了：它甚至不能準確壓住航線，需要不停地修正，以至于它是以蛇線航線在飛行，轟炸的精度自然也是一塌糊涂。而且YB-49雖然載彈量還不錯，但巨大的彈艙被翼肋切成了多個小塊，難以裝載體積較大的核彈，這個問題要到B-2才徹底解決。
和旁邊的B-47相比，YB-49已經(jīng)沒有優(yōu)勢了
1948年5月28日，1架YB-49移交給美國空軍，這本來是件好事，然而1周以后，愛德華茲上尉駕駛著這架YB-49在下降時空中解體，機上5人全部身亡！這起惡性事故給YB-49敲響了第一聲喪鐘，事故原因至今不明，推測飛機下降時速度過快所致。莫洛克湖空軍基地被改名為愛德華茲空軍基地，日后因為航天飛機頻繁在此處降落而為全世界熟知。
愛德華茲上尉駕駛的YB-49最后的殘骸
接下來1949年1月一次飛行中，YB-49以822公里的時速創(chuàng)造了橫跨美國大陸的紀錄，但在返程中因為沒有添加潤滑油，4臺發(fā)動機起火緊急迫降。此時，整個YB-49飛翼項目的前景已經(jīng)十分黯淡——競爭對手常規(guī)布局的B-47、B-52轟炸機都進展得比較順利。1950年3月15日，一架YB-49在地面滑行時又出了事故，燃起大火機組人員受傷，飛機徹底燒毀。就在同一天，美國空軍取消了整個YB-49項目計劃。2年后，諾斯羅普從自己一手創(chuàng)辦的公司退休。
連番的事故使YB-49成為絕響
到了1981年，諾斯羅普病入膏肓之際，終于看到B-2隱形轟炸機的模型。這架全世界最昂貴的飛翼翼展和YB-49一樣都是58米，外形和性能都堪稱完美，完全沒有任何垂直翼面，穩(wěn)定性問題被先進的計算機和電傳操作系統(tǒng)解決。它擁有巨大的彈艙，可以攜帶重達2枚13.6噸的鉆地炸彈，能飛越1/4個地球，第一次飛到巴黎在參加航展時，直到機場上空整個法國的雷達都沒有發(fā)現(xiàn)它。諾斯羅普用盡力氣緊緊握著這個有史以來最昂貴漂亮的飛機的模型，不過他已經(jīng)病得說不出話來了。
“完美”的傳承
30年后飛翼終于重返天空
接下來B-2轟炸機成為美國最具威脅的武器。直到近年來，從美國媒體上刊登的想象圖來看，美國新一代轟炸機B-21有極大的可能仍然是一架飛翼。據(jù)悉其它國家跟進的類似項目，也采用了飛翼布局。經(jīng)過數(shù)十年的不懈努力，飛翼終于真正登上航空史的舞臺。
淘金客說：飛機存在的目的就是應用，不同構(gòu)型的飛機有不同特點，是否完美完全要看它是否匹配合理的用途。飛翼的“完美”更多地體現(xiàn)在它漂亮的外形，性能上難以全面取代常規(guī)布局的飛機。不過，隨著現(xiàn)代先進控制技術(shù)的發(fā)展，未來我們可能有越來越多的機會看到這“完美的翅膀”在空中優(yōu)雅地翱翔。
聯(lián)系客服
