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前言

飞翼往往被人认为是最“完美”的飞行器，但除了B-2轰炸机以外并不多见。淘金客曾经也痴迷过，特以本文与诸君分享一下自己的心得。

“一个翅膀”飞起来了

1946年6月25日，离二次世界大战结束已经快1年了。加利福尼亚州霍桑的诺斯罗普公司机场上，一架巨大而怪异的飞机静静停在跑道起点。说它怪异，是因为所有第一眼看到它的人，都会情不自禁地问道：“你们把它的机身弄到哪里去了？就只一只翅膀吗？”是的，停在跑道上的是一只巨大的机翼——XB-35飞翼轰炸机正要开始它的第一次试飞。

XB-35就是一只巨大的机翼

诺斯罗普公司自己人倒是对此司空见惯了——约翰·诺斯罗普本人痴迷于飞翼已经二十多年了，他坚信只有让飞机的每一个地方都能产生升力的飞机才是“完美”的飞机。为此在1930-40年代，他就设计制造了一些小型飞翼开始验证自己的想法，其中N1M验证机成功进行了一系列试飞。当时美国陆军航空队（二战以后才独立出来的美国空军的前身）也被他成功说服，于战云密布的1941年11月——珍珠港事件前两周，下了第一架XB-35轰炸机的订单。

幸存至今的N1M在博物馆颐养天年

这种巨大的飞翼式轰炸机同时也是个巨大的技术挑战，为此诺斯罗还先制造了4架1比3的验证机N9M进行实际飞机的测试和验证，诺斯罗普本人甚至多次坐进这个“只有翅膀”的飞机感受实际飞行。经历数不清的各种事故之后，包括最恶性的事故——第1架N9M坠毁飞行员丧生，N9M验证了飞翼的可行性，收获了不少经验。如今还有1架N9M完好地保存下来，还能继续飞行！

如今还能飞行的N9M

N9M验证了飞翼的可行性，不过由于和常规布局的飞机之间差异太大，等到全尺寸的XB-35轰炸机走上试飞场，大战已经结束了。不过，诺斯罗普和美国军方都认为飞翼构形的飞机很价值，XB-35没有像战时的很多研发计划在战后迅速被砍掉，而是幸运地得以继续执行下去。

XB-35的首飞由经验丰富的诺斯罗普首度试飞员麦克斯·斯丹利操刀。他松开刹车，把节流阀推到底，身后的4个对转螺旋桨（共有8个螺旋桨，每2个串起反向旋转）发出怒吼，“巨大的翅膀”开始一点点加速，刚刚滑过跑道一半的时候，它就离开了地面飞向空中。

XB-35腾空而起

完美飞机

飞翼被很多人视为“完美飞机”。当美国陆航订购XB-35时，《纽约时报》的新闻报道代表了大众对“完美飞机”的期待：“……也许我们离飞翼布局主导军事、商业和个人飞行在内的整个航空领域的那一天已经不远了”。诺斯罗普并不是第一个钟情于飞翼的设计师，也不是进度最快的。在他之前，德国霍顿兄弟的Go229就成功进行了试飞，甚至安装了更先进的喷气式发动机！俄国人也曾经做过这方面的尝试。不过诺斯罗普绝对是最投入的一个，他的一生都在为这种“完美飞机”而奋斗不息，至死不休。

诺斯罗普在N9M的座舱里

为什么这么多优秀设计师会如此痴迷？首要原因都可想而之，这种飞机全身都是机翼，而机翼面积与升力大致正比。也就是说，飞翼是“没有一英吋的面积不是用于产生升力的”，在当时被认为是升力效率最高的飞行器布局。相比之下，常规布局的飞机上机身、尾翼这些部分对于飞行来说都是负担，它们不产生升力，只产生阻力。这意味着同样重量、材料、动力，飞翼比常规布局的飞机飞得更远、更高，携带更多的有效载荷。

德国的Go-229喷气式飞翼，个头比XB-35小很多

第二个原因大家靠眼睛也能看出来：飞翼的外形非常规则，不像常规布局的飞机在机身和机翼、机身和尾翼等多外都是以很大的夹角连接，这些连接处应力集中，需要额外补强。而飞翼这种连续而规则的外形，应力分布均匀，在保证足够强度时结构重量可以减到最小。这一点淘金客在制作飞翼无人机时感触比较深，整机没什么需要特别加强的地方，能拆装成几大块，携带运输都很方便，不像常规布局的无人机拆出来的机身、机翼、尾翼等不规则部分，放置、运输、组装都十分麻烦。

淘金客的第一架飞翼验证机

还有，飞翼规则的形状使它可以在内部布置大块连续空间的油箱和货舱，对于飞机的燃料和有效载荷有莫大的好处。毕竟飞机只是个平台，没有载荷及燃料的飞机是没有什么存在的意义的。在轰炸机上这意味着可以兼容体积更大更不规则的弹药。例如现在美军装备的13.6吨巨型钻地弹，在别的轰炸机弹舱中装1枚都不容易，B-2这种飞翼却可以装2枚。淘金客当年准备拿飞翼无人机改做测绘用途，它的内部装下单反相机以及3轴稳定云台也很轻松，这些形状不规则的物品要装进相同重量的常规布局无人机十分困难。

B-2正投放13.6吨的巨型炸弹，可以携带2枚

至于现在军迷津津乐道的飞翼的“隐身性能”，也是因为飞翼的外形规则，给雷达隐身打下了良好的基础，但在二战刚刚结束时还没有被人们意识到重要性。值得注意的是，几乎所有的飞翼都带有后掠角。许多人认为“后掠翼”是高速飞机的特权，还认为这是第一种实用的喷气式战斗机——Me262“风暴鸟”首先应用的技术。这只对了一半，后掠翼的确能减小跨音速段的激波阻力，但它的另一个特点往往被忽视：它是一种“自稳定”结构，能增加飞机的航向稳定性。

Me-262并非最早的后掠翼，飞翼更早一些

和常规布局的飞机相比，飞翼没有机身，因此也损失了机身来充当的垂直安定面。所以几乎所有的飞翼都会带有一定的后掠角，这可不是为了减小激波阻力，而是要利用后掠翼的“自稳定”特性增加航向的稳定性——如图，当后掠翼飞机在向左偏离航向时，左侧机翼与航向的夹角变小阻力较小，右侧机翼与航向的夹角变大阻力也较大，两侧阻力的合力有纠正偏差让飞机回到航向上的趋势。但即使如此，许多飞翼仍然航向稳定性不足，XB-35的喷气版YB-49就加装了不少垂直安定面。淘金客在自己飞翼上也装有翼梢小翼，增加航向稳定性的同时还能减少一些诱导阻力。

后掠翼“航向自稳定”示意图

不过，后掠翼在低速下升力效率不如平直的机翼，在一定程度上削弱了飞翼的升力效率优势。有没有完全没有后掠角的飞翼呢？那岂不是成了一把横着飞的尺子？还真有，NASA和波音公司合作的长航时太阳能无人机，在高空飞行，速度也很低，需要最高的升力效率，所以完全没有后掠角。航向稳定性和转向怎么保证？首先它有多个垂直安定面；其次，它有多个电动螺旋桨，可以通过飞控计算机调整各个桨的转速保证航向稳定以及完成转向。

没有后掠角的太阳能飞翼式无人机

不完美之处

从“被迫”带有一定的后掠角上可以看出来：飞翼虽然有诸多好处，是因为看似“完美”中还隐藏着诸多难以克服的不完美之处。后掠角的问题还不算大，下面这个问题就是个大麻烦：飞翼不好控制！它没有长长的机身，也就没有机身末端尾翼上的升降舵和方向舵。升降和方向控制只能靠机翼后缘的气动控制面来完成。但由于没有机身，机翼上气动控制面距离整机的气动中心和重心非常近，力臂很短，控制力矩因此很小。机翼带有后掠角可以让力臂稍长一些，但远远不能跟有机身的常规布局飞机相比。所以飞翼其实是很笨拙的，特别是进行俯仰操作的时候。而且没有机身的飞翼迎角稍大就会失速（淘金客有过一些惨痛的教训），一旦进入尾旋由于控制面很少几乎不可能改出。对于战斗机很重要的各种机动动作，飞翼完成起来也是异常困难（淘金客用遥控试飞横滚，非常容易失稳）……这些，都是因为没有机身所以轴向和航向稳定性严重不足、操作力矩过小导致的。

飞翼的纵向长度太短，操作力矩严重不足

此外，机翼的后缘空间有限，还要布置副翼（让飞机横滚）、襟翼（增升），没有多少空间再布置升降舵和方向舵，因此往往只能让一块控制面起到多种作用。比如两侧的副翼差动时可以操作飞机的横滚角，一起抬起或放下时起到升降舵的作用，这就是所谓“升降副翼”。两侧的双开裂式襟翼一起动作在起降阶段可以增加升力和阻力（降低飞机的速度），单独只打开一侧可以让飞翼转向，这也就是所谓的“阻力式方向舵”……但这样的“混合控制”只适合完成这些升降、转向这一类的简单动作，稍微复杂一点的机动例如战斗机常用的破S、殷麦曼滚转就很难完成，即使完成也严重走形。哪怕是简单的360度横滚机动，常规布局的飞机可以绕着机身轴线完成得干净利落，而飞翼在做这个动作时机身轴线很难保持水平，一方面是因为前面所说的力矩太小，另一方面也因为参与其中的气动控制面太少不好修正……综合这几点可以看出来，飞翼完全不适合高机动飞行，不适合用作需要机动格斗的战斗机。

最外侧是“阻力方向舵”双开裂襟翼，降落滑跑时还充当减速板，紧挨着是升降副翼，再往内是襟翼

而规则的飞翼机身内部空间，在装炸弹、货物时非常好用，但用于客机就麻烦大了：飞翼本来就短，要充分利用飞翼里的空间部署客座，必然会出现象大型电影院里那样长长的一排排座位。电影院中间是皇帝位，也只是看个2小时左右的电影。可长途客机飞10多个小时很正常，坐在中间的人看不到窗外，要出来上个厕所也要从很多人前面挤过去，舒适性完全无法和常规布局的客机相比。波音尝试过很多次飞翼式、翼身融合体式客机布局，但这个问题始终无法解决。

波音设想的未来客机，没有人会喜欢中间的座位

甚至飞翼巨大的翼面积在某些时候也成了缺点：翼面积过大使得飞翼对低空乱气流相当敏感，加上修正能力较差，很难精确保持航线。不少无人机厂商也制作了飞翼无人机的成品，但都因此不太适合对航线精度要求高的航空测绘任务，基本都用于空中监视。

坎坷的试飞

斯丹利驾驶的XB-35飞翼在当时是绝对的庞然大物——安装了4台R4360（数字代表排气量，单位是立方英吋，约合72升）活塞式发动机，这可是比B-29轰炸机的R3350还大出一截的动力！每台通过一根长长的轴驱动2副对转螺旋桨。XB-35在强大的推力下平稳离开地面。离开地面刚刚飞了几分钟，斯丹利在改平飞机时，发现飞机忽然开始不受控制地频频点头——时而抬头时而低头，感觉很像“诱发振荡”。过了一会儿，又出现了轻微而危险的“荷兰滚”——机翼有规律地左右摆动。

庞大的XB-35让伴飞的二战重轰B-17相形见拙，注意这架已经不是对转螺旋桨了

这些混合的异常非常危险，经验丰富的斯丹利非常沉着，他尽量用非常轻柔的动作保持平飞，没有做大幅度的修正动作，不正常的现象慢慢消失。斯丹利尽力保持着飞机的稳定，让导航员重新计算航线飞向莫洛克干湖的空军基地。就这样小心翼翼地又飞了30多分钟后，最终成功降到了地面。事后调查发现是飞翼巨大的内部油箱导致了异常——飞翼的内部整体油箱面积太大，试飞时又没有装满，燃油在油箱里晃动导致飞机的重心有规律地变化，而偏偏飞翼的操作性和稳定性又不好，操作反应非常缓慢。斯丹利的处理非常冷静，避免了严重的事故。

首次试飞油箱里动荡的燃油险些酿成大祸

于是XB-35紧急做了改装——在油箱里加入分隔板避免燃油的晃动。但这样一来载油量又变小了。试飞继续进行，新的毛病又暴露出来——单台发动机通过一根长轴驱动对转螺旋桨，还要有换向变速机构，高速旋转时机械故障不断。第二架XB-35也身陷于此。最后诺斯罗普只好把对转螺旋桨改成普通的单个大螺旋桨才好了一些，但比起设计的推力值下降严重，阻力还增加了，而且又产生了严重的振动，发动机的耗油量却丝毫不减。

R4360发动机后面长长的传动轴带来了不少毛病

到了1948年按计划YB-35也上了天。美军的编号中，Y代表更接近实用型。这次飞翼安装的是普通螺旋桨，还装上了自卫用的炮塔。但没等这个大飞翼彻底解决所有问题，螺旋桨和活塞式发动机却已经过时了——在高速的喷气式战斗机面前，慢速的螺旋桨轰炸机的生存能力着实令人担忧。美国空军决定取消B-35轰炸机的计划，不服输的诺斯罗普还提出把活塞式发动机改成涡桨式发动机，但没有改变YB-35的最后命运。

项目终止后排队等待拆解的YB-35

喷气飞翼

不过诺斯罗普还有机会！在XB-35试飞之前的1945年，他就颇有远见地与美军签订了把XB-35改装成喷气飞机的合同，这是飞翼最后的机会了！机身中埋进了8台喷气发动机后的飞翼重新编号为YB-49，去掉了外露的活塞发动机、传动轴支撑架、螺旋桨以后，损失一些垂直安定面，于是又另外加装了4个小小的垂直尾翼和翼刀。YB-49的外形更加清爽和干净利落，一举成为B-2服役之前“最漂亮的飞机”。

换装喷气发动机后的YB-49更加漂亮

YB-49首飞在1947年，仍然由斯丹利负责驾驶。一系列的试飞表明，YB-49外形不仅更加漂亮了，而且还飞出了837公里的高速，飞行高度也达到12000米。但是由于早期喷气式发动机耗油量惊人，YB-49的航程不到螺旋桨动力的YB-35的一半！这个问题对于执行洲际任务的轰炸机来说非常致命！而且YB-49航向稳定性仍然不足，高速使得这个问题更加严重了：它甚至不能准确压住航线，需要不停地修正，以至于它是以蛇线航线在飞行，轰炸的精度自然也是一塌糊涂。而且YB-49虽然载弹量还不错，但巨大的弹舱被翼肋切成了多个小块，难以装载体积较大的核弹，这个问题要到B-2才彻底解决。

和旁边的B-47相比，YB-49已经没有优势了

1948年5月28日，1架YB-49移交给美国空军，这本来是件好事，然而1周以后，爱德华兹上尉驾驶着这架YB-49在下降时空中解体，机上5人全部身亡！这起恶性事故给YB-49敲响了第一声丧钟，事故原因至今不明，推测飞机下降时速度过快所致。莫洛克湖空军基地被改名为爱德华兹空军基地，日后因为航天飞机频繁在此处降落而为全世界熟知。

爱德华兹上尉驾驶的YB-49最后的残骸

接下来1949年1月一次飞行中，YB-49以822公里的时速创造了横跨美国大陆的纪录，但在返程中因为没有添加润滑油，4台发动机起火紧急迫降。此时，整个YB-49飞翼项目的前景已经十分黯淡——竞争对手常规布局的B-47、B-52轰炸机都进展得比较顺利。1950年3月15日，一架YB-49在地面滑行时又出了事故，燃起大火机组人员受伤，飞机彻底烧毁。就在同一天，美国空军取消了整个YB-49项目计划。2年后，诺斯罗普从自己一手创办的公司退休。

连番的事故使YB-49成为绝响

结语

到了1981年，诺斯罗普病入膏肓之际，终于看到B-2隐形轰炸机的模型。这架全世界最昂贵的飞翼翼展和YB-49一样都是58米，外形和性能都堪称完美，完全没有任何垂直翼面，稳定性问题被先进的计算机和电传操作系统解决。它拥有巨大的弹舱，可以携带重达2枚13.6吨的钻地炸弹，能飞越1/4个地球，第一次飞到巴黎在参加航展时，直到机场上空整个法国的雷达都没有发现它。诺斯罗普用尽力气紧紧握着这个有史以来最昂贵漂亮的飞机的模型，不过他已经病得说不出话来了。

“完美”的传承

30年后飞翼终于重返天空

接下来B-2轰炸机成为美国最具威胁的武器。直到近年来，从美国媒体上刊登的想象图来看，美国新一代轰炸机B-21有极大的可能仍然是一架飞翼。据悉其它国家跟进的类似项目，也采用了飞翼布局。经过数十年的不懈努力，飞翼终于真正登上航空史的舞台。

淘金客说：飞机存在的目的就是应用，不同构型的飞机有不同特点，是否完美完全要看它是否匹配合理的用途。飞翼的“完美”更多地体现在它漂亮的外形，性能上难以全面取代常规布局的飞机。不过，随着现代先进控制技术的发展，未来我们可能有越来越多的机会看到这“完美的翅膀”在空中优雅地翱翔。

展望未来

「航空史话」飞翼传说——诺斯罗普的“完美飞机”