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“滾回繪圖闆”航空史上那些被淘汰的方案103-波音的噴氣時代開端

作者:nordland
“滾回繪圖闆”航空史上那些被淘汰的方案103-波音的噴氣時代開端

戰争中的項目

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西雅圖的波音公司在二戰中為盟軍生産了“戰略長矛”-B-17和B-29重型轟炸機,龐大的波音轟炸機群主宰了柏林和東京的天空。本文的主角開始于二戰期間,但并不是那些戰争中閃亮的銀色鐵鳥,而是在當時仍屬于高度機密的黑科技噴氣機。

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和德國一樣,美軍的噴氣式作戰飛機研發也要追溯到二戰期間,1943美國陸軍航空部隊(USAAF)向供應商釋出了對新型噴氣轟炸機 /偵察飛機的要求,并在1944年以正式需求項目方式提出。要求供應商提供一種超越任何1944年的同類轟炸機的飛機。

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相關名額包括: 速度為805 kph(500 mph)或更高,航程5,635公裡(3,500英裡),升限為12200米(40,000英尺)。 轟炸機将由通用電氣TG-180渦輪噴氣發動機提供動力。在開發階段。波音,康沃爾和北美公司做出了回應。

Model 424

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Model 413

這是波音公司第一次接觸噴氣式動力,波音的第一個提案是“Model 413”和它的對手差不多,雪茄型機身就像一個縮水的B-29超級空中堡壘,略薄的平直機翼下方的兩個發動機艙各裝有兩台TG-180渦噴發動機,然後波音追加了時髦的(戰鬥機式)駕駛艙,方案變更為Model 424。美國國家航空咨詢委員會(NACA,NASA前身)對Model 424模型進行了風洞測試 ,實驗表明這個設計存在過度阻力(excessive drag)問題。

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Model 413

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Model 432

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波音工程師于1944年4月提出了經過修訂的設計,即“ Model 432”,該設計保留了直翼,但将四個引擎埋在前向機身中,由兩側進氣口進氣,從機背噴口排出。但是,盡管Model 432具有結構性優勢,但更改發動機布局并沒有大大減少過度阻力。

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432的機背噴口

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這個鏡頭給了一個很好的角度觀察432的側面進氣口,可見432仍是前三點起落架設計。

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Model 448

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這個“張嘴”的機頭就是Model 448的特征

那時,歐洲的戰争顯然已經接近結束。 USAAF負責人阿諾德上将(General "Hap" Arnold,)要求加州理工學院的著名空氣動力學家馮·卡門(von Karman,錢學森博士的導師)建立一個“科學咨詢小組”(SAG),前往戰後的歐洲評估美軍俘獲的德國航空技術。

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波音對高速機翼形狀的研究

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SAG的另一位成員之一是波音公司的首席空氣動力學家喬治·謝勒(George Schairer)。在德國期間,他研究了德國飛機制造商獲得的有關後掠翼的實驗資料,發現德國人對該技術的了解已經領先于盟國。 1945年5月,謝勒為波音管理層撰寫了一份備忘錄,建議對後掠翼進行全面的研究。

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Model 448

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Model 448

然後,波音工程師轉向研究從德國人獲得的後掠翼資料,波音空氣動力學家Vic Ganzer進行的一項研究表明,最佳的後掠角為35度。

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Model 448,測試中的5、6号發動機在翼尖

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Model 448風洞模型,測試中的5、6号發動機在平尾翼尖

使用後掠翼更新的方案為“ Model 448” 。除去後掠翼,448還增加了兩台發動機。項目經理喬治·馬丁(George Martin)覺得四個發動機仍然動力不足,他決定追加兩個引擎以提升性能。然而448的機身已經不允許增加更多的發動機,通過風洞實驗測試了包括翼尖、平尾翼尖等諸多安裝位置之後,最終決定在尾巴中增加了額外的兩台TG-180,其他改進還包括機身發動機的兩側進氣改為機頭進氣,4台發動機的狹長進氣道将座艙分為上下兩個部分,這形成了448方案最終的布局。

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448的風洞模型

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與此同時,USAAF重新整合了噴氣式轟炸機項目,在投标人中增加了馬丁公司,四個投标人的産品是以被稱為,“45型轟炸機”。當年的工程師對于噴氣式轟炸機的構型确實并沒有太多經驗,而且USAAF财大氣粗,做出了霸氣的“我全要”決定,四個投标人均獲得原型機合同。

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Model 450

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Model 450

現在來看,很難想象一架類似448布局的飛機會獲得成功,因為位于機身背部的發動機噴管是個很大的問題,當年的工程師嚴重低估了噴氣式發動機尾流的威力,垂尾甚至後機身都很難不散架。基于同樣的擔心USAAF也不喜歡448,并立即拒絕了它。

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Model 450

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USAAF要求發動機必須在移回機翼上,這直接又回到了阻力問題,但是工程團隊提出了一個幹淨,優雅的解決方案,最終将發動機放在機翼下方的流線型吊艙中。當年波音的工程師并沒有意識到他們在USAAF的逼迫下誤打誤撞想出的吊艙布局是個絕對滿分的解決方案,波音公司從此以後幾乎所有的大型飛機均采用吊艙布局。吊艙布局不僅是解決了阻力問題,額外的還非常便于發動機維護,以及可以友善的更新新型發動機而不用過于在意體積問題。

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再次更新後來到“ Model 450”,每側機翼翼跟1/3處裝有一個兩台TG-180的吊艙,另一台TG-180一開始位于翼尖,随後調整到翼尖前的吊艙中。

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空軍準許了450,是以波音團隊繼續完善它。一個問題是起落架。在薄機翼上沒有起落架的空間,将三輪車起落架放在機身上會破壞飛機的結構并降級其性能,尤其是占用寶貴的炸彈艙空間, 解決方案是“自行車”起落架。

勝出

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B-47

USAAF對精緻的450非常滿意,1946年4月訂購了兩架原型,給與了正式編号“ XB-47”。1947年12月17日XB-47完成首飛,并且在對比試飛中幹掉了兩個對手,拿掉X,成為了B-47同溫層噴氣轟炸機,波音的噴氣時代正式開啟。

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設計師和XB-47項目三個方案的模型

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B-47演進

現在回過頭來看,和三個對手相比,波音投入了更多的技術創新,而且湊巧選了個無與倫比的優秀布局。

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當年波音的廣告,正在吹牛後掠翼