bm335轰炸机(最大携带33枚助推火箭)

美国航空发展史上有一款极具代表性机型,它就是上世纪40年代末期投入服役的B-47“同温层喷气”轰炸机,说它具有代表性是因为这是全球首架实用型喷气式、后掠翼轰炸机。在那个活塞跨入喷气动力还比较朦胧时代,B-47就采用了一大堆当时相当先进前卫技术,包括大型后掠翼、自行车式起落架、发动机夹舱设计等。

1955年拍摄的《战略空军》描写了美军B-47轰炸机跨洋训练场景,从美国本土飞向日本横田机场,B-47中途由KC-97进行一次空中加油(硬管),另外遭遇恶劣天气选择肓降。全片既体现了长航程战略核威慑能力(总计15个小时),也展现了机组成员精湛的飞行技术,主旋律宣传电影需要展示美军的强大以及飞机性能优良(毕竟早期B-47大量飞行事故都是人为造成)。

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飞行路线

其实正是由于缺少经验再加上需求的急迫性,才造成这款机型在服役初期由于人为失误事故率极高,整个服役期间坠毁203架造成464人死亡,甚至直接被称之为“机组杀手”。而且由于早期喷气式发动机并不成熟可靠,突然造出个最大起飞重量接近100吨的巨型怪物,就算是标配6台发动机也有力不从心的时候。因此我们经常看到B-47起飞画面惊天动地、浓烟滚滚,那是因为它加装了数十个助推火箭用以将这个庞大机身快速推离地面。

下图是B-47轰炸机在火箭发动机辅助推动下,开始短距起飞的场景,如果在现场看绝对的备感震撼。

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B-47轰炸机起飞画面

研制背景

二战中后期由于喷气式发动机已经趋于实用化,虽然技术性能都还处于初级阶段,但它们表现出来与众不同的飞行特性吸引了各大航空强国。航空先行者包括:英国‘流星“战斗机以及德国Me-262战斗机,这两款喷气式战斗机先后投入战场,前者用于执行拦截V-1飞弹任务、后者则主要用于拦截盟军轰炸机及护航机群。

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‘流星“战斗机

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Me-262战斗机

此时已经处于世界第一航空大国的美国自然不会落下,1943年美国陆军航空兵就非正式提出多发中程喷气式侦察/轰炸机需求,1944年正式发出招标书。新机型初始设计要求如下:航程5631公里、实用升限13725米、最大时速885公里,参与竞标公司包括北美、康维尔、波音以及马丁公司,各方分别提出对应方案XB-45、XB-46、XB-47、XB-48。

研制历程

以最后中标的波音公司说起,作为二战最成功的B-29战略轰炸机生产商,波音对于下代机型早就有所准备。在陆航正式提出要求之前就在B-29基础上推出了Model 424,下图是稍早还没有安装战斗机驾驶舱的Model 413,合B-29换上四台涡喷发动机构成。

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Model 413

不过由于吹风试验后发现布局性能不尽如人意,因此在它的基础上又进行了修改,将发动机移入机身成为Model 432型方案。发动机进气道分布于驾驶舱两侧,尾喷管在机背后方,发动机整体搭在机体主油箱上方。432方案构型一点也不像美式风格,缺少美感机身前部就像一只大青蛙,不过万变不离其宗还是整着B-29的影子。

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Model 432

虽然长的丑但陆航对此风格却青睐有加,授予波音第一阶段研制合同并给了XB-47编号,正如上面提到的为分担风险其他几家也都有各自XB系列研制方案。不过截止目前为止大家基本还在同一起落线,拿出的方案都是平直翼配涡喷发动机,缺少创新步子迈的不够大。

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北美XB-45 康维尔XB-46

1945年5月,随着德国投降欧战落下帷幕,在著名航空动力学家冯·卡门率领下包括波音工程师在内的代表团进入德国,考察德国琳琅满目的各式航空大作。当然考察只是借口,收集德国前沿航空技术和科研成果才是目的,德国战败后包括美、苏、英、法均各自派出专家学者针对性收集技术,这才促进了战后各国航空技术大爆发。

不能不佩服二战中德国在多个高新领域都处于前沿地位,美国人在考察过程很快有了大收获,德国在30年代后期就进行了后掠翼技术的研制而且有了成果。波音工程师发现了德国进行后掠翼风洞实验数据以及相关图纸,确认在近音速时45度后掠角机翼能有效推迟激波形成,从而提高飞机的高速性能,而且德国人还在V-2导弹上进行了后掠翼飞行测试。

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研究数据

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带后掠翼的V-2导弹(来自纪录片)

有了德国人打下的基础波音公司直接将成果转化实用,1945年9月,放弃平直翼的波音推出了后掠翼设计的XB-47(编号Model 448)。机身沿用Model 432不变但改为机头进气(尾喷口在机背),换装一副35度后掠角薄机翼(相对德国资料有点变化),两侧翼尖各加一台发动机和机身上的四台构成六发大飞机。

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Model 448

同样风格怪异的Model 448方案没能完全得到陆航首肯,因为在此之前的轰炸机发动机都布置在两侧机翼内,如果发生火灾很容易造成重大事故。因此为了安全起见以及更易维护着想,将原来放置于机体内的发动机改个位置,机翼两侧各放置3台(其中两台以吊挂方式安装在机翼中段双发短舱,另一台安装在翼尖单发短舱)。1945年10月,这个编号为Model 450-1-1的版本得到陆航大力赞扬,此时的气动布局已经接近成品B-47基本风格。

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Model 450-1-1

吊挂式发动机短舱也成了后来很多大型飞机的标准设计,最简单的道理就是它实用,更容易拆装、维护保养。

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吊挂式发动机保养

接下来波音公司对这个气动布局没事吹吹风,同时发现问题解决问题。1945年11月,将两侧翼尖短舱内的发动机内移2.44米同样改为吊挂式,同时翼展也扩大到35.26米成为Model 450-1-2版本。到了1946年,陆航正式向波音订购两架XB--47原型机(Model 450-1-2版本),不配套任何武器只用于验证飞行测试。

从下图各机型就可以看出B-47的气动选型有多难,就算是美国这种航空大国在喷气时代到来之时也显得手足无措。不论是发动机布局、机翼选择都在不断学习测试,在参考德国技术基础上终于推出了划时代巨作——B-47的最终气动布局。

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近处是Model 450-1-2

1947年12月17日,XB-47成功首飞成为美国航空史上第一款实用型后掠翼喷气式轰炸机,随后展开了大量飞行测试工作。首飞原型机采用6台通用J35-GE-7/9涡喷发动机(单台推力1247千克),由于推力不足飞行测试性能没有达到预期,这个问题也终身伴其左右。

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XB-47原型机

第二架原型机则更换为J47-GE-3涡喷发动机(单台推力2359千克),1948年7月21日首飞成功,在新发动机支持下最大飞行速度达到966千米/小时,比当时大多数飞机飞的都快(测试期间伴飞战斗机曾跟丢)。1949年更是进行了远程飞行测试,不间断飞行航程超过3680公里,创下了平均速度高达977公里/小时的纪录。

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J47-GE-3涡喷发动机

1948年9月3日,波音获得首批生产型B-47订单,1948年10月28日新成立的空军又订购了10架B-47A服役测试机,由此开始了多达2000多架的B-47生产服役历程。

结构特征

B-47由于身处航空跨代过渡期,前面没有经验可以借鉴,只能在研制过程发现问题解决问题从而也带来了很多创新设计。比如前面已经提到的后掠翼、吊挂发动机短舱,还包括:战斗机座舱式三人机组、自行车式起落架、机尾减速伞、内置\外置式助推火箭等,相对混乱的创新设计让早期飞行员无可适从,这也是造成事故率高的重要因素之一。

B-47标配三人机组,机身前部驾驶舱是一个气密座舱,正副驾驶员串列分布(副驾驶兼职尾部遥控机炮射击)、导航员/投弹手则坐于机鼻中间。以B-47B为例注意红圈处,由于安装了K-2轰炸导航系统因此在机鼻处安装了潜望镜瞄准具,导航员坐姿已经明确说明。同时机尾安装了两挺12.7毫米机枪,通过A-2火控系统进行遥控射击,副驾驶座椅可以180度转向进行遥控操作(具备搜索跟踪能力)。

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驾驶舱布局

早期A型采用弹射座椅(最小弹射高度150米),正副驾驶员向上弹射、导航员/投弹手则只能向下方弹射,由于弹射座椅可靠性差再加上这种上下弹射方式更容易出事。因此B型直接取消了弹射座椅(后期型号再次配套),在机鼻下方增加传统逃生门和跳伞扰流板,这种风格和苏联图-95到是一脉相承。

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回归传统跳伞

自行车式起落架,由于B-47机翼太薄柔性太大,在飞行过程随着风力作用翼尖可以偏离正常位置达1.52米。这样薄的机翼没有受力点无法安装起落架用于支撑,因此改为串列自行车式起落架,两个双机轮主起落架分布在机身中线位置,两翼发动机短舱内各增加一个辅助支撑小轮并可收纳,这种布局后来在B-52、U-2以及苏联米亚-4等机型上都得到应用。

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风洞试验中夸张的效果

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自行车式起落架

由于B-47发动机功率一直都不足,起降过程伴随着高度危险进行,特别是起飞中断或大载量落地速度太大刹车不足(连反推都无力实现)。于是在设计中加入了减速伞而且还是两把,首先解决的是常规降落在尾椎里面安装了一把9.75米大伞,技术同样是来自德国的带式开缝伞。B-47从此又多加了一个特色,在空中还未接地状态下直接开伞减速,以实现大幅减小着陆滑跑距离目的。

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空中开伞

万一飞机在降落过程需要中断并复飞,此时性能太差的发动机需要大把时间加速(慢速到正常转速高达20秒),在大减速伞制动下复飞可能性急剧下降。于是工程师干脆再加了一把4.88米小伞,以后的着陆过程就变成先放小伞进场,万一需要复飞立刻抛弃小伞并加速离开,正常着陆的话就一次释放两把伞减速效果更佳。

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两把减速伞

最后一个富有特色的设计就是助推火箭,正如文章开头照片所显示B-47发动机功率确实不给力,为了让它能够保持大载量正常或快速起飞,工程师们用了一个最简单粗暴的方式来实现。早期型号在机身后方两侧各内置了9个固体助推火箭,总计18个火箭可以额外产生8100公斤推力(单个450公斤)。

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内置式助推火箭

后期型号则直接用上了33个外置式助推火箭,额外推力立刻提升到14850公斤,典型的动力不足火箭补。这么多助推火箭参与使得B-47每次升空都是惊天动地,浓烟滚滚下急速爬升成了B-47标志性动作,在很多照片中大家都可以看到这种震憾场景。

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外置式助推火箭

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动力全开急速爬升

性能参数:

最大起飞重量100吨、最大飞行速度0.8马赫、实用升限10100米、航程7478千米。

结语

B-47诞生于航空跨代时期,服役后又恰逢冷战初启,有了对手的强势压力自然大量生产配属于美国战略空军。B-47一度成为上世纪50年代美国战略空军的主力机型,除了前期B-47A/B型之外,后期主力型号则是在B型基础上改进而来的E型。

B-47E型安装6台JF7-GE-25A涡喷发动机,以及33枚可抛式助推火箭,最大起飞重量从A型的72吨提升到103.5吨。虽然航程只有6000多公里,但这并不妨碍它进行远程战略轰炸任务,因为B-47具备空中受油能力,曾经创下连续飞行36小时不着陆记录。

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B-47E轰炸机

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B-47空中加油

服役期间虽然没有进行过实战,但由它引发的“断剑”事故绝对惊心动魄。1958年一次模拟实弹演习中,一架挂载一枚马克15型氢弹(1.9-3.6百万吨级)的B-47,在返回基地过程遭遇扮演敌军F-86L拦截被撞伤机翼。为了安全起见基地让B-47将氢弹扔入海中,其后由官方和民间组织的数次打捞都没能找到这枚氢弹,这估计是B-47干过最牛的事情。

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B-47E轰炸机

B-47“同温层喷气”轰炸机虽然是在一片探索中研制,而且早期由于性能缺陷以及操作不规范等造成大量飞行事故,但这并不影响其成为高亚音速时代重要的战略轰炸机。二战后在航空工业跨时代发展背景下,B-47身上出现了大量日后机型才会出现的设计,除了承担起战略突防任务外,也可以理解为喷气时代全面到来之前的高新技术验证机。

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B-47“同温层喷气”轰炸机

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