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B2轰炸机技术是美国盗自纳粹德国的?真正来源恐怕没这么单纯

近年来随着无人机技术的飞速发展,飞翼式布局飞机其科幻的外形和独特的飞行特性,吸引无数航空巨头竞相推出自己的飞翼式无人飞行器。在今天来说,毫无疑问,依靠着1989年首飞的B2轰炸机,已经实现航母起降的X47B无人机,乃至即将问世的B21轰炸机,诺斯罗普格鲁曼始终以其标杆地位,矗立在飞翼式布局飞行器研发领域的金字塔尖端。飞翼式飞行器依靠其高升力系数,低阻力特性,机体大容量,和优异的隐身性能,在百年的飞机发展历史上,是历代航空大师们都难以忽视的飞行器气动构型。

飞行中的YB49

飞翼何其难

不仅我国在近两届珠海航展上高调展示的各型飞翼式无人机,近两天互联网上俄罗斯的大型飞翼式无人机终于也揭开了面纱。看起来性能优异的飞翼式飞行器却仅仅只有几个航空大国才能研发,却真实的反映出飞翼式飞行器研发制造的难度,相较于传统飞机,飞翼式飞行器没有垂尾,一切动作都要依靠水平舵面的动作和对发动机的控制,横向控制和纵向控制均使用水平舵面,当同时作用时即会造成耦合,一个舵面要担负传统飞机多个舵面的职责,既作升降舵又是副翼,方向舵,甚至要充当减速板,一个舵面动作,将会在纵向横向和航向三个方向发生耦合,在计算机投入使用以前,靠飞行员基本无法解决耦合问题,解决飞翼布局的飞行稳定性问题也让很多设计者望而却步。机体结构不再是筒状机身加机翼,而是真正实现翼身融合,最终整个机体只是个完整的机翼,成为真正的飞翼(Fly wing)。

诺斯罗普半个世纪技术积累之作B2轰炸机

每当谈及B2轰炸机时,对航空史熟悉的朋友很容易想到德国二战末期黑科技"Ho 229"战斗机,德国战败后,大量军事研究资料和科学家们被美苏俘获;人们会很自然的联想到Ho 229与B2之间的血缘关系,乃至直接下结论,B2就是美国盗窃纳粹德国Ho 229技术的产物。今天莱特湾就带领朋友们回顾一下飞翼式飞行器的历史,抽丝剥茧一探B2轰炸机与德国飞翼研究的关系,最后一起讨论二战德国黑科技与其它国家黑科技相比,究竟是黑科技还是科研大国正常的前沿技术探索。

仅生产一架的YRB49A

在讨论飞翼式飞行器之前,我们先来确定一下飞翼布局飞行器的概念。飞翼布局是一种无垂尾且没有明确的机身和机翼的构型,或者说整个飞机就是一面机翼,有效载荷,燃料,航电设备均容纳在主翼内;现在我们见到的这些飞行器严格意义上称为高度翼身融合的飞行器,不过为了与传统飞机区分,现在也泛称为飞翼式布局飞行器。

YRB49A仍需要小垂尾提高稳定性

飞翼

在莱特兄弟的飞行者一号首飞震惊世界的五年后,在工程学和事业上早已成功的德国人容克斯已经49岁,在机械工程领域已有诸多成就的他并没有满足现状,而是在接下来二十多年里全身心的投入到了航空事业中。从1908年开始研究全金属结构飞机到1915年Junkers J1世界首架全金属飞机首飞,在此期间,他申请了仅有机翼的飞机概念专利,用于实现航空运输,飞翼布局的巨大的内部体积和低阻力高升力特性,很适合用于实现当时很热门的载客跨大西洋飞行。然而刚刚试飞完Junkers J1,正要全面开展的飞翼研究计划被当时的德国政府打断了,在1915年到1918年期间,德国政府迫使容克斯放弃其它研究,专注于全金属飞机的生产以及军用飞机的开发,直到1919年才正式开始开发JG1巨人,一战战败的德国,在战后条约的制裁下,JG1项目在开始两年后,机体还未完工,便被拆除,一直到1929年容克斯G38的首飞,才最终使他的心愿达成。

容克斯G38

G38视图

虽还有传统的水平尾翼和垂尾结构,但G38对于飞翼研究已经是里程碑式的意义。也许对大多数人来说G38听起来陌生,但看过宫崎骏2013年上映的《起风了》的朋友一定会有所印象,男主角堀越二郎在1929年前去德国学习期间,这架机库中对主角产生巨大冲击的全金属客机就是容克斯G38。在现实历史中,德国生产了两架G38进行商业运输,并且给予三菱生产许可,在三十年代日本生产型Ki-20生产了六架,对日本的大型飞机研究和二战末期的飞翼研究有很大影响。

背景即为容克斯G38

然而早期飞翼研究并不是德国的一枝独秀,苏联和美国也加入到了飞翼的研究,苏联设计师鲍里斯·伊万诺维奇·切拉诺夫斯基在二十年代也开启了飞翼研究,先后制成无动力滑翔机BICh-1和BICh-2与动力版飞翼BICh-3,二战后期同时开始探索飞翼式喷气战斗机BICh-26,其设计指标是最大飞行高度22000米,最大速度1.7马赫,可惜过于超前未受苏联当局重视,于1948年停止开发,沉溺在了历史中,这也算是苏联夭折的"黑科技"吧。进入三十年代,德国"黑科技"Ho 229的父母和美国B2轰炸机自己的真正父辈才进入人们的视线。

鲍里斯·伊万诺维奇·切拉诺夫斯基与他的BICh-3

德国Ho229

少年时期的霍顿兄弟参加了德国20-30年代风靡一时的滑翔机俱乐部,成年后制作了自己的第一架无垂尾飞翼式滑翔机,其最终完善版本为H.IV,后开始动力版飞翼式飞机的研发,当年第一架动力版飞翼式飞机H.V下线,主要由胶合板和塑料制成,由一部二活塞发动机驱动。

霍顿兄弟,左为弟弟,右为哥哥,拍摄于不同时期

上为H.IV,下为H.V

在1937年完成双发飞翼式飞机H.VII的研发,1943年在德国空军的号召与资助下,作为哥哥的德军战斗机飞行员沃尔特 霍顿和空气动力学专家的弟弟继续H系列的研发工作,对于战时资源紧张的德国,霍顿兄弟得到的资源并不算多,在当时的背景下,工程师有什么想法,德国当局一般是先提供些资源让工程师们尝试做一做,所以直到1944年霍顿兄弟的H.IX才正式转为德国空军项目,得到昂贵的喷气式发动机开始测试,也就是大名鼎鼎的Ho 229,当年3月,由哥达制造了第一架Ho 229 V1原型机并没有发动机,经过测试后,后续原型机才配备Junkers Jumo 004B喷气式发动机,单发推力8.5 kN,设计时速可以达到1030 km / h。

双螺旋桨发动机的H.VII

试飞员欧文齐勒驾驶Ho 229 V2在1945年二月奥拉宁堡完成飞行测试后,Ho 229优良的空气动力学特性使得德国空军当即让哥达制作了第一批次的40架飞机;但尬尴的是可靠性堪忧的004B发动机使得试飞时多次翻车~试飞员也因此丧生;

试飞员Erwin Ziller

不过德国当局决定在生产型解决发动机的毛病,V3生产型比之前的原型机V1 V2更大,在细节上进行了修形,其中订购了20架V3换装Jumo 004C发动机提供动力,每台发动机的推力比用于Me 262A和Ar 234B的早期Jumo 004B大10%,在翼根部安装两部MK 108 30毫米机炮。另外20架为双座版Ho 229 V4和Ho 229 V5夜间战斗机,Ho 229 V6武器测试原型机和Ho 229 V7双座教练机。

刚刚制造完成的Ho 229 V3

Ho 229 V3的控制舵面

未完工的Ho 229V3,由盟军拍摄于腓特烈罗达工厂

随着盟军的迅速推进,1945年4月14日,第三美国陆军军团占领哥特在图林根州的腓特烈罗达工厂时,仅有一架刚刚下线的Ho 229 V3和几部尚在制造阶段的改型机,虽然当时并没引起美国地面部队多大重视, 第九美国装甲师在莱比锡附近发现H IX V1。但在回形针计划的要求下,本着不能让苏联捞走一点德国科技遗产的目的,Ho 229 V3还是被装箱发往英国皇家航空研究院进行测试,本来准备换装英国产喷气式发动机测试它的飞行性能,英国的大涵道喷气式发动机并没有成功的装上Ho 229 V3,因为德国的喷气式发动机太细了。。。

Jumo 004发动机

经历在英国的短暂停留后,来到美国经过测试后尘封进了仓库中,史密森尼学会得到后捐给了国家航空博物馆,即今天的美国国家航空航天博物馆。直到上个世纪八十年代B2研发阶段,B2的研发人员在博物馆看到Ho 229 V3的复制模型,诺斯罗普才开始注意到这架飞机,并进行复原展开测试。而没引起多少重视的Ho 229设计者霍顿两兄弟也未被美苏俘虏回国,弟弟Reimar.霍顿战败后移居阿根廷,继续设计制造滑翔机,研究飞翼式飞机,但没有得到当地政府的支持,在商业上也没有获得成功。哥哥沃尔特.霍顿在战后成为战后德国空军的军官。1994年,Reimar在阿根廷去世,沃尔特于1998年在德国去世。

美国飞翼

要说B2和Ho 229没一点关系也是不恰当的,但也只说得上是有影响,真正的技术背景还是归结于诺斯罗普自家,1994年以前,诺斯罗普和格鲁曼两架还没合并,诺斯罗普还在专心致志玩飞翼和无人机,而养猫厂格鲁曼还在专心养猫。

大猫F14D

在诺斯罗普创始人杰克.诺斯罗普的人生中,飞翼式飞机亦是他一生的骄傲,亦是伴随了40年的辛酸无奈。先后就职于洛克希德和道格拉斯,不满现状的他在1929年后开始创办自己的公司,目的就是自己设计飞机,自己造飞机!1929年,创建Avion公司,刚刚试飞完X-216H飞翼布局飞机,1930年Avion被迫卖给了联合飞机和运输公司。1932年,在道格拉斯飞机公司创始人唐纳德·道格拉斯的支持下成立了诺斯罗普。研发的单翼飞机诺斯罗普伽玛和诺斯罗普三角洲获得了巨大成功,但却发现自己的公司在道格拉斯的资本笼罩下已经沦为道格拉斯子公司,于是选择了单干,1939年创立了真正属于自己的诺斯罗普。在自己的公司里,诺思罗普专注于飞翼设计,他确信未来的飞机就应该是这个样子,经历数年间断,1940年,诺斯罗普终于又可以专心玩飞翼了!1940年B2的先祖问世了,7月3日N-1M完成首飞,N-1M在稳定性和控制方面令人满意,但存在机体超重和发动机动力不足的问题。这架飞机的两台65马力Lycoming O-145四缸发动机后来被两台120马力的发动机取代,为后期XB35和YB49的研制进行了先期探索。

N-9M

1941年,美国陆航开始征集洲际轰炸机方案,要求可携带4500公斤炸弹飞行16000公里执行轰炸任务。最高时速要超过720公里/小时,旨在英国沦陷后,轰炸占据欧洲的德国。很幸运,诺斯罗普的飞翼设计方案XB35入围了!诺斯罗普先制造了两架全木结构三分之一缩比的飞翼式飞机来测量飞机性能和飞行稳定性; 被命名为N-9M(M代表模型),不仅用于收集飞翼设计的飞行试验数据,还为了训练飞行员,因为XB35驾驶起来太复杂了!N-9M在2019年的今天仍然在飞。

N-9M维护中

图片来自于诺斯罗普格鲁曼

飞行中的N-9M

XB35不仅仅是一架真正意义上的大型飞翼式飞机,杰克.诺斯罗普还为了加上了4部共轴双桨发动机,直到1946年6月才得以首飞,但是超前的共轴双桨发动机带来的不仅是强大的推力,还有难以克服的振动问题。无法解决的振动问题才让诺斯罗普极不情愿的换上了传统单桨,但是仍然性能优于竞争对手。但美国军方认为螺旋桨飞机已经过时了,于是XB35开启了自己的喷气化之路。最近很热门的《皇牌空战7》的反派大BOSS灵感应该就是来自XB35。

XB35

其中两架改装后安装了八台艾里逊J35喷气发动机,并命名为YB-49,第一架改装成YB-49的YB-35完成了所有失速测试,甚至可以从自旋中改出。但这两架均在试飞中坠毁,杰克 诺斯罗普晚年对XB35 和 YB49项目回忆道,当时的美国第一任空军司令斯图尔特·赛明顿强迫诺斯罗普和竞争对手康维尔合并,但是因为条件过于不公平而拒绝了,在两架YB49的测试中,美国空军在诺斯罗普技术人员的警告下仍然进行剧烈的机动飞行测试,最后两架均在测试中坠毁。

YB49三视图

飞行员与地勤的噩梦,机械手动控制八台喷气发动机

在后续资金缺乏,空军不配合的情况下,YB49也夭折了,而史密斯尼学会提出保存剩余XB35捐给博物馆的提议也被空军司令否决了,一架被改为侦察机YRB-49A的XB35,在毫无问题地飞行13次试飞后被空军勒令停飞了,飞机被送回诺斯罗普,空军没有任何解释的情况下取消了30架YRB-49A的订单。它在机场吃灰两年后,于1953年12月1日被拆毁;不仅是政治原因,事实上,在没有计算机控制的电传操纵系统的帮助下,YB49仍然没有解决好稳定性问题和解除耦合的难题。杰克.诺斯罗普在XB35家族项目失败后,也在公司高层失去了话语权,感觉被背叛和抛弃,两年后杰克.诺斯罗普从他的职位辞职,从他创立的公司退休。

集体等待改装的XB35

等到最后却是集体枪毙

直到晚年病危时,仍对飞翼式飞机抱有坚定的信念,希望NASA能坚持飞翼布局的研究,现实并没有让他失望,1980年4月,杰克.诺斯罗普被自己创办的公司邀请,在B2轰炸机设计师约翰·卡森的介绍下看见在研的B2轰炸机模型,让他知道自己的执念并没有被时代抛弃,他对飞翼式飞行器的寄语成真了。此时已经无法开口的诺斯罗普在纸上写下;"我现在知道了为什么上帝让我多活了25年。"十个月后,杰克.诺斯罗普这位一生投身在飞翼研究的飞机设计师逝世了。而B2的翼展与YB49同为52.4米,YRB-49A的技术积累也成为了B2的研制基础。

杰克.诺斯罗普与自己的YB49合影

杰克.诺斯罗普

试飞中的YRB-49A侦察机

B2有自家从小型到大型飞翼布局飞机的丰富积累,在结构设计和飞控方面已经没有再向Ho 229 V3取经的必要。

真正吸引B2研究人员的是Ho 229 V3的雷达隐身性能,经考证,Ho 229的蒙皮厚达17毫米,Ho229 V1为整块胶合板;三倍于设计所需强度。在生产型V3上,这块17毫米的胶合板被两块1.5毫米胶合板替代,中间填充12毫米的锯末,木炭和胶水混合物。

Ho 229 V3的夹层蒙皮结构

之所以开始设计如此之厚,说起来也是很好玩的一件事,发动机到达后,发动机因为附件箱部分相较于设计直径大了20厘米!竟然没有人通知设计人员,现在,在第一次飞行前六周,德国工程师遇到的问题就是将一个80厘米的发动机安装到翼梁上60厘米粗的涵道里!这意味着机翼必须做得更厚,不仅翼梁要加大,机翼也要加大,蒙皮也要提高自身强度,V3生产型就变得比原型机更大了。12厘米的填充层不仅能够吸收雷达波,而且被击中后有相当好的安全冗余度,当然燃烧弹除外。最终这种蒙皮材料和外形,使得诺斯罗普技术人员在进行雷达测试时发现,Ho 229的正面RCS在受英军二战海岸预警雷达Chain Home 30MHZ波段照射下仅为Bf 109的正面RCS的40%。在B2轰炸机的隐身研究上,Ho 229确实有其参考价值。

诺斯罗普工程师复原的Ho 229 V3

Ho 229算是黑科技吗?

其实相较于美国和苏联的飞翼研究,也差不多是旗鼓相当的水平,要把当今的飞翼式布局飞机都和Ho229扯上关系确实是不太公正,谁又想把自己一生的努力成果被后世以为是曾经竞争对手的技术结晶呢?德国二战"黑科技"产量众多,一方面是德军对技术的被动接受,在大局上并未有对资源的全面统筹规划,工程师们提出什么,便给些资源尝试做一做,注意很多前卫的设计思想都是当时的工程师们提出的,而不是德国军方,反而营造出一种研究很自由的氛围,最后虽然诞生了很多科幻的设计方案,但落地实战的却没有多少,大量资源没有整合完善成熟技术,反而本来就缺的资源被分散浪费。剩下的只有末日计划中一个个过于超前的方案,最后却被碾压级别的工业生产能力和国力摧枯拉朽般的击溃。另一方面也是作为战败国没资格藏什么秘密,就算还在图纸的方案也被公之于众。

洛克希德的A12侦察机

如果让美苏英公布自己的秘密,恐怕流传于世的黑科技传闻也少不了多少。如果说纳粹德国的航空技术对于美苏是锦上添花,那么真正值得人们称道的当为德国的火箭研究领域,德国的火箭技术遗产和专家们真正意义上极大促进了美苏的火箭和导弹领域的发展。其它国家当然也有自己的黑科技,例如美国的曼哈顿计划,飞行员的噩梦--美英的无线电近炸引信,配备磁控管的雷达,英军密码破译技术,乃至进入试飞的美国垂直起降战斗机,英国的超音速战斗机,或是美国二战设想的空天战机。相较于把它们称为黑科技,莱特湾更喜欢把它们归类于科研大国正常的前沿技术探索,或超前难以落地,或雷霆一击,平息战局。他们的背后不仅是技术人员的创想,也要强大的综合国力和强悍工业生产能力才能成真。


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