杰克・诺斯罗普(Jack Northrop)及其飞翼飞机的发展历程

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杰克·诺斯罗普的黄色涂装 N-1M 证明了机翼设计是可控的,这些试飞中收集的数据被用于未来飞翼的设计,如 N-9M 和 XB-35 轰炸机。请注意,翼尖是向下的,角度是在地面手动调整的,以检查滑翔机的稳定性。 

杰克・诺斯罗普的早期经历

  • 1895 年出生于新泽西州纽瓦克,在加利福尼亚州圣巴巴拉长大。16 岁时,因目睹邻居制造飞机而对航空产生浓厚兴趣。
  • 曾在父亲的建筑公司工作,担任建筑绘图员,还在上学期间做过汽车修理工,虽未受过大学教育,却拥有出色的数学和绘画技能,为自己的飞机设计勾勒出诸多想法。
  • 早期协助洛克黑德兄弟制造飞机,后被洛格黑德的飞机制造公司聘为绘图员,一战期间被征召入伍,后被派回洛克黑德。1920 年 Loughhead Aircraft 关闭。
  • 1926 年,与艾伦・洛克黑德等人共同创立洛克希德飞机公司,担任首席工程师,期间设计了著名的高翼单翼飞机 “织女星”。1928 年,因飞翼构想缺乏支持离开该公司,与肯・杰伊创立 Avion 公司,以实现飞翼概念和先进全金属结构。

诺斯罗普的飞翼飞机设计与发展

  • Avion 公司时期:1929 年开发 Avion Model 1,这是一款造型流畅、未装配的滑翔机,配有当时标准双翼机翼,由带有承重蒙皮的金属机翼和开放式驾驶舱组成,90 马力直列式 Cirrus 发动机的动力通过轴传输至推进式螺旋桨,保留了尾梁和带有水平尾翼的垂直稳定器,后被称为 “诺斯罗普飞翼”。1929 年首次试飞,后进行了一系列设计改进,试飞持续到 1930 年。1929 年 Avion 被联合飞机与运输公司收购,更名为诺斯罗普飞机公司,后被波音公司吸收。1932 年,杰克与道格拉斯合作创立诺斯罗普公司,1937 年因财务问题终止合作。

  • 诺斯罗普飞机公司时期(1939 年创立)
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诺斯罗普 N-1M 在史密森尼国家航空航天博物馆的史蒂文·F·乌德沃尔·哈齐中心展出。右侧部分可见的是 P-61 黑寡妇,这是诺斯罗普在第二次世界大战中最成功的贡献。
  • N-1M:公司首个飞翼设计,是中型轰炸机的缩小模型,1940 年夏天完工,翼展 38 英尺,总长 17 英尺,起飞重量 4000 磅。翼尖下垂,可在地面手动调整角度,机翼上反角、后掠角和扭转角也可调整。最初由两台 65 马力莱康明发动机提供动力,后升级为富兰克林 6AC264F2 型号发动机,每台 117 马力,两个双叶推进式螺旋桨由发动机的 10 英尺长轴驱动。1943 年全年进行约 100 次试飞,证明了飞翼概念的成功和未来前景,因其全黄色涂装被昵称为 “吉普”,修复后在史密森尼国家航空航天博物馆史蒂文・F・乌德瓦尔・哈齐中心展出。其无人分支是 JB-1 和 JB-10(喷气炸弹)概念,类似德国 V-1 嗡嗡炸弹,虽存在控制问题和动力装置问题,但飞行特性良好,因地面效应产生很大升力,有时难以着陆。
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诺斯罗普 XP-56 黑色子弹的第二个实验原型,采用当时的标准陆军颜色进行涂漆。请注意下垂的翼尖、反向旋转的推进式螺旋桨和机翼进气口,它们将空气输送到机身飞行员后面的风冷星形活塞发动机。
  • 其他飞翼概念:包括 N-2B/XP-56 黑色子弹实验飞机,是第一架使用反向旋转推进式螺旋桨的单引擎飞机,采用镁合金制造,因空气动力学稳定性问题未投入生产,仅建造两架原型机,第一架 1943 年坠毁,第二架现存于史密森尼学会的国家航空航天博物馆;MX-2000 飞翼滑翔机,是美国第一架火箭发动机飞机,1944 年 5 月 3 日由试飞员哈里・克罗斯比完成首次火箭动力飞行;XP-79(NS-140),作为火箭动力拦截器设计,后因火箭发动机问题和燃料危险,XP-79B 改用两台西屋 19B(J30)涡轮喷气发动机,1945 年 12 月进行首次也是唯一一次试飞,后坠毁,计划被取消。
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诺斯罗普早期的实验性飞翼大多漆成全黄色,然而这导致难以判断飞机从地面和空中是否倒飞,因此方案改为顶部为黄色,底部为蓝色,但 N-9MA 的涂装方案却是倒置的,顶部为蓝色,底部为黄色。 N-9M 上颜色反转的原因尚不清楚。
  • N-9M:为 MX-140 项目设计,是 XB-35 的测试飞机,1942 年首飞,翼展 60 英尺,由两台 Menasco C6S-4 269 发动机提供动力,每台 269 马力,最大速度 257 公里 / 小时,实用升限 410 米,起飞重量 5000 公斤。结构与 N-1M 类似,大量使用木材,框架由钢和铝制成。后增加了两架原型机,出现了发动机可靠性问题等,1947 年退役,除 N-9MB 外其余被拆毁,N-9MB 后在 2019 年事故中与飞行员一同失踪。
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XB-35 的底部视图:注意排气和油渍,它们表明发动机远离推进式螺旋桨的位置,以及发动机舱内的六个武器舱门。
  • XB-35/YB-35:XB-35 翼展 172 英尺,长度 53 英尺 1 英寸,垂直稳定器高度约 6 米,炸弹安置在六个炸弹舱,机组人员位置不对称。由四台普惠 R-4360 星形活塞发动机提供动力,通过长轴驱动反向旋转的推进式螺旋桨,最大速度约 390 英里 / 小时,飞行高度约 40000 英尺,飞行距离约 12000 英里。1946 年首飞,后因发动机和螺旋桨兼容性问题、振动等问题,试飞受阻。1942 年订购了 35 架预生产型飞机 YB-35,计划生产 200 架 B-35 型号,后因诸多问题,该计划进展不顺。
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YB-49 的后缘及其八台喷气发动机的安装视图。还可以看到后缘上方和下方添加的小翼、大型起落架和泪滴形尾灯。
  • YB-49:由两架 YB-35 机身改装而成,换装八台艾利森 J4000 喷气发动机,每台约 1800 磅推力,解决了振动问题,拆除机翼机枪炮塔和尾部炮塔,减少阻力和机组人员数量。最高速度可达 428 英里 / 小时,飞行高度可达 42000 英尺,1948 年首飞。但存在耗油导致航程缩短、稳定性问题等,后发生多起事故,1949 年项目结束。
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诺斯罗普的 YB-49 在测试期间飞行。 
  • YRB-49A:YB-49 的战略侦察版,1950 年首飞,由六台 Allison J19-A-35 发动机提供动力,完成 13 次飞行,1950 年 10 月研发工作停止,后被报废。
  • X-4 “矮脚鸡”:在 XP-79 和 XB-35/YB-49 研发期间制造的小型无尾喷气式飞翼原型机,是有史以来最小的喷气式飞机之一,长 23 英尺 3 英寸,翼展 26 英尺 10 英寸,高 8 英尺 14 英寸,空重仅 4520 磅。采用镁作为机翼蒙皮,由两台西屋 XJ500 涡轮喷气发动机提供动力,最高时速 490 英里 / 小时,实用升限 40005 英尺。用于研究跨音速飞行期间的气流行为,现存于博物馆。
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杰克·诺斯罗普的“飞翼”梦想通过B-2幽灵隐形轰炸机得以实现。 B-2 的设计采用了杰克·诺斯罗普设计和制造的先前飞翼飞机设计所收集的数据,其中包括 YB-49 中的小雷达横截面。 XB-35/YB-49与B-2的翼展相同,内部发动机也通用。杰克·诺斯罗普的“飞翼”一直缺乏价格实惠且足够强大的推进和飞行稳定技术,但B-2将其机翼与现代技术相结合,解决了这些问题。

飞翼设计的传承与发展

  • 1980 年,杰克・诺斯罗普参观了新型秘密轰炸机 ATB(先进技术轰炸机)模型,即诺斯罗普 B-2 隐形轰炸机,其飞翼设想得以实现。B-2 是亚音速战略飞翼轰炸机,1987-2000 年生产,仅生产 21 辆,无需加油的转场航程超过 6000 海里,具备空中加油能力,采用飞翼概念,雷达截面小,先进的计算机飞行控制系统克服了飞翼设计的飞行不稳定性问题,发动机隐藏在飞机结构内以提供隐身特性,采用非常规材料,自科索沃战争以来,已成功用于多场常规冲突和打击。
  • 1994 年,诺斯罗普公司与格鲁曼航空航天公司合并成立诺斯罗普・格鲁曼公司。2015 年赢得远程轰炸机(LSR-B)合同,即 B-21 突袭者,是另一种具有隐身能力的飞翼概念,预计订单数量 100 架,首架 2020 年代中期交付,总产量可能达 145 架,将替换 B-1 Lancer 和 B-2 Spirit 飞机,计划驻扎在多个空军基地。
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