不眠核怪物——核动力飞机的发展路程.docx

不眠核怪物核动力飞机的发展路程概况大家都清楚，核能的优点：燃料体积小、能量密度大，为其他能源所不及。使用核能作为推进动力，可以带来很多意想不到的好处。例如，核动力的舰艇续航能力增强成百上千倍，可以航行十几年而不需要添加燃料。如果飞机也采用核能作为动力，也可以长时间在天空飞行。就是基于这样的考虑，飞机设计师们进行了这方面的探索。世界上第一架原子动力试验飞机是美国的NB-36H，它是由B-36远程战略轰炸机改装而来的。1955年9月17日，装有核反应堆的NB-36H进行了首次试飞，反应堆重15900千克。原子动力飞机存在的主要问题是核反应堆重量巨大以及会产生对人体造成伤害的辐射。因此，直到目前，原子动力还处于实验阶段。设计方案这是X-6计划的早期方案这是X-6计划的早期方案侧视图（航空图）这是X-6计划的早期方案三视图（航空图）洛克西德公司的核动力轰炸机设计方案洛克西德公司的核动力轰炸机设计方案(航空图)洛克西德公司的核动力轰炸机设计方案(航空图)诺思罗普公司的方案一诺思罗普公司的方案一（航空图）诺思公司的方案二，就是XB-70诺思公司的方案二，就是XB-70（航空图）诺思公司的方案二，就是XB-70（航空图）简史美国空军X-6 项目按照美国空军和美国原子能委员会的最初设想，X-6 以 B-36 轰炸机为基础，安装一台通用电气 P-1 型核反应堆，其产生的热能将带动四台通用电气 J47 涡轮喷气发动机运转，从而为 X-6 提供飞行动力。这是X-6计划的早期方案（航空图）B-36的发动机（航空图）B36H 原子反应堆试验机，由H型改装了一架，是原子能动力源飞机的试验型号，反应堆重15900千克，1955年9月开始升空试验。B36H 原子反应堆试验机，由H型改装了一架，是原子能动力源飞机的试验型号，反应堆重15900千克，1955年9月开始升空试验。（航空图）B36H 原子反应堆试验机，由H型改装了一架，是原子能动力源飞机的试验型号，反应堆重15900千克，1955年9月开始升空试验。（航空图）B36H 原子反应堆试验机，由H型改装了一架，是原子能动力源飞机的试验型号，反应堆重15900千克，1955年9月开始升空试验。（航空图）B-70原是北美航空公司(后并入洛克韦尔国际公司)为美空军研制的超音速战略轰炸机。后因战略思想的变化，未投产，2架原型机作为超音速研究机使用。B-70最初设计指标是：最大速度M3，最大航程12,230公里，可携带多种核武器和常规武器，以M3的速度飞往目标，以同样速度返航。XB-70设计方案（航空图）1954年10月美国空军提出要求研制一种B-52战略轰炸机的后继机。1955年定名为“WS110A武器系统计划”，由北美航空公司和波音公司进行设计竞争。1957年12月选定北美航空公司作为主承包商，决定采用高效能化学燃料及压缩升力气动布局方案。同时与通用电气公司签订了发展J-93-GE-5涡轮喷气发动机的合同，计划于1962年1月开始试飞这种发动机。1959年“WS110A武器系统”定名为B-70，并取消采用化学燃料的计划，改成使用6台J93-GE-3涡轮喷气发动机。六十年代初由于美国战略思想发生变化，认为将来的导弹能力使发展B-70这样的武器系统既不必要也不经济。遂于1962年取消了B-70发展计划，但决定继续制造XB-70原型机作为气动力研究机。1964年9月21日第一架XB-70A首次试飞，1965年10月14日在第十七次飞行中达到设计巡航速度M3，高度21,500米。第二架XB-70A于1965年7月17日首次试飞。该机作了一些修改：机翼有5上反角，用钎焊密封整体油箱，增加了载油量，采用自动的空气感应操纵系统，还增加了一些仪表。1966年1月3日也在第十七次飞行中达到M3。6月8日在飞行中与一架F-104相撞而坠毁。此后，第一架原型机继续试飞，于1969年1月中旬完成最后一次飞行，在2月间飞到俄亥俄州莱特-帕特逊空军基地，被送进该地的美国空军博物馆。XB-70每架价值5亿美元。四年间两架共飞行125次(第二架46次)，飞行时间共249小时22分，其中106小时48分为超音速飞行，51小时34分为M数2以上的飞行。试飞的项目大部分是关于超音速运输机的。在研制XB-70过程中，曾用14座风洞进行了14,000小时的风洞试验，其中性能、稳定性和操纵性试验占45%，空气引射系统试验占35%，振动和颤振试验占20%。设计特点气动布局为了适应M数3的飞行速度，XB-70在总体气动布局上有一些独特之处。在很尖的机头两侧装有鸭式前翼。主翼为小展弦比三角翼。机身细长，翼下有发动机进气道和发动机舱。装有双垂尾，起落架为前三点式。XB-70的核动力方案，恐怖的进气口，够巨大吧！（航空图）XB-70A的鸭式全动前翼的后部为可下垂20的襟翼，主翼后缘的左右两侧各有6块升降副翼，用于俯仰和横滚操纵。鸭式前翼则用于纵向配平调整。鸭式前翼偏转时(0+6)，在飞机重心和升力重心之前产生一个正升力。这样，在实现纵向配平时几乎不产生配平阻力，从而获得较好的总升阻比。起飞着陆时升降副翼可作为襟翼使用。鸭式布局的缺点是大攻角时的俯仰稳定性差，侧风对垂直尾翼的影响大，前翼的洗流对发动机进气道产生干扰等。XB-70A经过14,000小时的风洞试验，最后设计能保证大攻角时的稳定性。XB-70A气动设计的另一特点，是成功地利用了195657年间提出的“压缩升力”理论。飞机的巨大楔形进气道和发动机舱位于机翼之下。在以M3的速度巡航时，主激波之后的正值静压力作用于很大的机翼下表面，而上表面却没有相应的压力与之平衡，从而形成附加升力，其值约为总升力的30%。压缩升力并不产生相应的附加阻力，而且由于飞机可以用较小的攻角巡航，从而进一步减小阻力。“压缩升力”理论的应用，使起飞重量从原来预计的350吨降为240吨。XB-70A的翼尖部分可以下折以适应不同的飞行状态。低空超音速飞行时下折25；高空M3巡航时下折65。翼尖下折可以增大方向稳定性，使升力中心前移，以减小巡航配平阻力。XB-70A采用了可转动的风挡整流罩。低空飞行时，机头前部很长的一块壁板可以绕其前铰接点折向下方，露出前风挡，形成良好的视界；速度大时，壁板上升，并使风挡与机头保持良好的流线形。XB-70A采用电动控制激波位置的可调节进气道。矩形截面进气道长约24.5米，被飞机对称面分为对称的两半，每侧进气道向三台发动机供气。进气道进气楔的前半部分是固定的，稍后是三个铰接点和一个滑轨，使三块可动内侧壁板改变喉道截面。每块壁板由两个液压作动筒操纵。进气道后段上方的机翼上表面设有主分气门和调节分气门，用来控制喉部激波的位置。结构特点机体结构重68吨，为总重的28%。主要结构材料是沉淀硬化不锈钢PH-15-7Mo，占69%，钛合金占9%，还采用了少量镍钴合金Rene-41和高强度钢H-11，铝合金仅占1%，大量采用了PH-15-7Mo钎焊蜂窝壁板作为机身中、后段、机翼整体油箱部分和垂尾的蒙皮。最大壁板面积达3.05米4.56米。此外，还采用一些PH-15-7Mo的挤压件。XB-70A的非油箱结构部分，大量采用了钛合金。机身前段全部是用钛合金制造的普通蒙皮长桁结构。鸭式前翼、垂尾和升降副翼也都采用了钛合金结构。发动机舱采用了Ren-41镍钴合金。机翼悬臂式三角形下单翼，翼极有轻微翘曲。展弦比1.751，翼根处弦长35.89米，翼尖处0.67米。第一架全翼展有下反角，并略有扭转。第二架有5上反角，前缘后掠角6534。整个机翼面上都是不锈钢蜂窝夹芯结构壁板钎焊在一起。蜂窝结构的前缘直接连接在前梁上。翼梁腹板是正弦波形。后缘有12片升降副翼，翼尖处的两片升降副翼在翼尖下折时不使用。升降副翼的结构与机翼的相似，每个由两个液压作动筒驱动。翼尖下折由液压操纵，低空超音速飞行下折25，高空M3巡航飞行下折65，以改善稳定性和机动性。还有三轴增稳系统。前翼鸭式前翼很薄。可调节配平。有后缘襟翼。可放下升降副翼，也起襟翼作用，使这种飞机能从现有的美国空军重型轰炸机的机场起飞和着陆。前翼扭力盒是用钛合金的波纹形梁和蒙皮制成。前缘是不锈钢蜂窝夹芯结构，襟翼用钛制成。前翼和襟翼由液压作动筒操纵。每个都有两条独立的液压系统。展弦比1.997，后掠角3142。机身半硬壳式结构，基本上为圆形截面。顶部在座舱区是平的。机翼以前的机身主要是钛合金制成，往后是不锈钢蜂窝夹芯结构。乘员四人：正副驾驶员、轰炸领航员和防卫系统操作员。登机门设在飞行舱壁板后边的右侧。垂尾结构与机翼相似。装有液压作动筒操纵的方向舵，前缘后掠角很大，达5146。起落架主起落架为四轮小车式，主要构件由H-11锻件制成。前起落架为双轮式，并有转向操纵装置。主起落架装有直径为1米的耐高温轮胎。起落架共重5,448公斤，仅占飞机总重的2.2%。主起落架装有盘式刹车装置和自动防滑系统。此外，在机尾还装有三个直径为8.53米的着陆减速伞。动力装置6台YJ93-GE-3加力式涡轮喷气发动机，其加力燃烧室可以长期连续工作，加力状态单台地面静推力为14,000公斤。YJ-93-GE-3发动机用JP-6碳氢燃料。机内共11个整体油箱，每侧机翼内各三个，机身内五个，总载油量为136吨。J-87和其他动力组件（航空图）J-87和其他动力组件（航空图）液压系统四套独立工作的液压系统，其中两套主系统，两套公用系统，分别向七条分系统供压：第一飞行操纵系统；第二飞行操纵系统；着陆装置系统；军械系统；座舱环境控制系统；推进系统和应急发电驱动、着陆伞和风挡整流罩系统。液压系统的工作压力为280大气压，工作温度范围为-54+232，液压油为Oronite70液压油，共833984升。全机共有85个线性作动筒，44个液压马达，50个机械活门和400个电磁液压活门。液压管路长达1,600米，包括3,000个钎焊接头和600个机械接头。飞行操纵系统各舵面的作动筒和翼尖折转液压马达均是双重的。翼尖下折时，翼尖两块升降副翼被锁住。采用一套阻力装置防止驾驶员将鸭式前翼和垂尾操纵过度。低速时方向舵舵效低，其操纵系统采用两种传动比：起落架放下时偏转角为12；收上时为3。机上装有自动增稳系统，分别对绕三轴的摆动进行阻尼。增稳系统的电子部分是双波道的。座舱环境控制系统两套平行工作的氟利昂制冷设备对驾驶舱和电子设备舱提供冷却和增压，使座舱温度保持为2138，电子设备舱保持为4477。电气系统一套115200伏、400赫全交流馈电系统，由两台240/416伏60千伏安无刷旋转整流式主发电机供电。电气系统包括三根主汇流条：左、右和基本汇流条。基本汇流条按应急制联接，由一台液压马达驱动的120/208伏应急发电机供电。XB-70“瓦尔基里”(Valkyrie)洛克韦尔国际公司北美航空公司技术数据外形尺寸翼展32米机长(包括加油探管)59.74米(不包括加油探管)57.61米机高9.14米主轮距7.06米前主轮距14.08米机翼面积约585米2鸭式前翼的襟翼面积5.08米2机翼后掠角(前缘)6534(1/4弦线)5848翼型0.300.70HEX(修形)展弦比1.75翼根弦长35.89米?机翼相对厚度22.5%翼尖可折部分翼展6.33米升降副翼翼展6.23米升降副翼弦长2.96米鸭式前翼翼展8.78米鸭式前翼翼面积38.61米2鸭式前翼展弦比1.997鸭式前翼翼根弦长6.34米鸭式前翼翼尖弦长2.46米鸭式前翼平均气动弦长4.68米鸭式前翼前缘后掠角3142鸭式前翼1/4弦线后掠角2138鸭式前翼后缘前掠角1455鸭式前翼翼型0.340.66HEX(修形)鸭式翼相对厚度根部2.5%尖部2.52%鸭式翼上的襟翼弦长根部2.18米尖部1.02米垂尾面积21.74米2垂尾翼根弦长7.03米垂尾翼尖弦长2.11