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推重比仅0.26的B-1B轰炸机,究竟靠什么飞上蓝天?

机制

一架重达 216 吨的 B-1B 轰炸机,发动机推力只有自身重量的四分之一,它是怎么飞上天的?

四台通用电气发动机全开加力,加起来能喷出 123,000 磅推力。 可这架轰炸机满载时的最大起飞重量,高达 477,000 磅。 推重比算下来只有 0.26 左右。

很多人看火箭或者战斗机看多了,下意识觉得推力必须大过重力,或者至少旗鼓相当,飞机才能上天。 如果你推一个 200 斤的箱子,手上的力气只有 50 斤,你根本抬不动它。 那这头 216 吨的钢铁巨兽,怎么就离地了?

答案很简单,但也最容易被忽略: 推力从来不负责把飞机顶上天。 那是机翼的工作。

火箭靠喷气直接抗衡地球引力,推重比必须大于 1。 战斗机为了做垂直爬升和大过载机动,推重比也经常逼近甚至超过 1。 轰炸机不需要这么干。 发动机推力的唯一任务,是在跑道用光之前,把这架庞然大物推到离地速度。

只要飞机的滑跑速度冲到 140 到 180 节,也就是每小时 260 到 330 公里左右。 迎面吹过机翼的空气就会产生巨大的气压差。 机翼产生的向上升力一旦超过 477,000 磅,飞机自然就被空气托了起来。

但这里立刻撞上了另一个物理死结: 跑道长度是有限的。 基地跑道通常只有两三公里长,想在有限距离内制造出这么恐怖的低速升力,机翼就必须又长又平直。 可如果机翼一直这么张着,等飞机上了天,想贴着地面以超音速狂飙突防,这些大翅膀就会变成巨大的空气阻力伞。

B-1B 给出的解法,就是可变后掠翼。

起飞的时候,它的机翼完全向前展开,后掠角只有 15 度。 翼展达到 137 英尺,相当于 42 米宽,像一只展翅滑翔的信天翁,用最短的跑道把升力拉满。 一旦离地加速,准备高速冲刺,机翼就向后收拢。 后掠角一路缩到 67.5 度,翼展缩短到 79 英尺,整架轰炸机瞬间变成一把 24 米宽的尖锐飞刀,把空气阻力降到最低。

既然这套设计这么好用,为什么后来的新飞机几乎全都不用了?

因为转轴的代价太残酷了。

要把一架 200 多吨重、承受几十吨过载的飞机翅膀活动起来,机身中间必须塞进一个巨大的钛合金机翼承力盒。 那是用高能电子束焊接出来的实心结构。 连着机翼的两个钛合金转轴销,直径足足有两英尺,相当于 60 厘米粗。 它的加工公差卡到了极限,地面大修如果想拔出这根转轴销,甚至要用液氮把它冷冻收缩,才能勉强抽出来。

再加上穿过转轴的高压液压旋转接头、复杂的折叠机械,整套机构给飞机增加了数吨沉重的死重。 不管这趟飞行飞得多慢、用不用变后掠角,这几吨死重你都得老老实实背着上天。

另一个代价在发动机喷口里。

没开加力的时候,单台发动机推力大约只有 17,000 磅。 四台加起来只有 70,000 磅左右,推重比会掉到 0.15 以下。 如果满载起飞不开加力,跑道跑完了你也加速不到离地速度。 所以飞行员必须推开加力燃烧室。

把航空煤油直接喷进尾喷管二次点燃,尾喷口瞬间爆出刺眼的火光。 单台推力瞬间从 17,000 磅狂飙到近 31,000 磅。 推力几乎翻倍,但油耗也跟着翻了三倍。

在全开加力起飞的几十秒里,四台发动机每秒钟要吞掉大约 70 磅燃油。 一秒钟烧掉 32 公斤油。 折算下来,一小时能烧掉 25 万磅燃油。 而 B-1B 全机内部装满油也才 26 万多磅。 如果一直按着加力不放,一个多小时就能把整个机身的燃油喝个精光。 所以那团耀眼的尾焰,通常只允许在起飞离地和应急冲刺的几十秒到几分钟里点亮。

物理世界从来没有免费的午餐。 0.26 的推重比能把 216 吨的轰炸机送上天,靠的是机翼在大展弦比下的空气升力。 而在有限跑道上省下的每一米滑跑距离,全都在用实心钛合金转轴的死重、液氮拆卸的维护代价,以及每秒几十公斤燃油的疯狂燃烧,明码标价地结账。

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规范引用 / CANONICAL CITATION

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