诸多棘手的空气动力学定律使这两家公司意识到了军方最初提出的任务剖面是何等的低效──原先要求的任务剖面是在飞向目标的过程中进行亚音速巡航,并在最后阶段进行长距离的超音速冲刺。波音和北美公司现在意识到,如果把任务剖面改为全程超音速飞行,那么就可以制造一款尺寸较小的先进飞机。
发动机制造商认为通过使用硼基高能燃料可以让飞机拥有卓越的性能,并向人们展示了飞机使用这种燃料后获得优异性能的前景。发动机制造商们还展示了这样一幅诱人的前景:通过使用这种燃料使飞机的航程增加了15%。
发动机制造商提出的上述理念颇具吸引力,它导致人们为之付出了漫长而成本高昂的努力,可这些努力不但没有产生有用的结果,而且最终也被发现是不必要的。几年之后,实用化的JP-6喷气发动机燃料提供了原本只有那种硼基高能燃料才能赋予飞机的飞行性能优势,而且还不需要专门为其设计一套燃油系统。

北美的早期WS-110A方案也采用了可抛翼尖概念

北美公司最终提交的WS-110A方案,战胜波音成为了XB-70
凭借激波产生升力
随着竞争的加剧,北美公司充分利用了空气动力学方面取得的一项研究进展,这给予了它决定性的优势,这项空气动力学方面取得的研究进展就是:超音速飞机可以通过调整机翼的位置而充分利用在凸起的机身产生的激波后方出现的压力场来提高自身的升阻比。在北美公司的设计方案中,这种现象被称为“压缩升力”(compression lift,即凭借激波产生升力),它可以提供30%的升力增加,同时不带来阻力上的损失。(译者注:以下几幅图为译者从网上找到的有关介绍“压缩升力”的图示资料,文字为直接翻译的外文资料。因为译者自己对这方面的内容尚不太了解,因此错讹之处在所难免,欢迎各位读者指正)

图片表示一个在零攻角时对称地安装在薄翼上的旋转体,左为这一“带翼旋转体”的前视图,右图为由主体圆形结构对周围气流扰动产生的速度的分布

此图片为简要表示飞行物体产生的激波的平面俯视图。在这个模型中,机翼可任意地延伸并超出机体产生的激波的范围。现在,机体可以向其表面和它产生的激波之间的区域中的空气施加向下的动量。因此,机翼应该至少延伸到产生的激波的边缘,以维持这种动量


最后,横向动量被转化为向下的动量。这可以在没有显著增加前向动量的情况下通过使翼尖朝着如图所示的铰接线向下偏转来实现
乍一看上去,“压缩升力”似乎违反了这样一条工程原则:即“从来不可能在不付出某一方面的损失的情况下获得另一方面的好处”,但“压缩升力”确实是有效的。
在当时,美国空军急需的装备并不仅限于轰炸机,他们还在渴望一款能飞到3马赫的远程战斗机。最终,北美公司又一次赢得了合同,这就是大名鼎鼎的F-108“轻剑”三马赫截击机。

“压缩升力”对升力系数和升阻比(L/D)的影响:从图中可见升力曲线向上、向左发生了偏移,这样产生的效果就是在较低的攻角下即可获得升阻比(L/D)的最大值,同时可增加升阻比(L/D)的最大值
B-70轰炸机项目和F-108截击机项目是有关联的,因为北美公司提出在F-108项目和WS-110项目中使用相同的发动机,这赋予了该公司在轰炸机项目竞争中的整体成本优势。F-108截击机项目和WS-110轰炸机项目这两款设计还将共享逃生舱组件。

B-70轰炸机想象图

与XB-70共享关键技术的F-108截击机
1957年12月23日,美国空军宣布北美公司赢得了B-70轰炸机项目的竞标。北美公司胜出的设计方案虽然远不如其之前提出的那些极端设计方案,但仍然充满了绝对的未来感。北美公司设计的B-70轰炸机的特征是有一个长长的向前伸出的机鼻和布置得非常靠前的座舱罩;紧贴着驾驶舱后面配置的是后缘带有小型襟翼的鸭翼,其用途是在飞行中进行配平;巨大的三角翼位于机身相当靠后的位置;机身后部的下方安置了6台发动机;两具垂直尾翼刚好位于发动机舱的上方。

B-70尾部并列安置的6台发动机

亚音速飞行条件下XB-70的机鼻“下塌”,以便为飞行员提供较好的视野

超音速飞行条件下XB-70的机鼻“上扬”,以便让机头维持较好的流线型。以上两幅图展示的是XB-70的“可变驾驶舱”,该机的机鼻上安装了一个可变几何外形的装置,该装置允许驾驶舱前面的“斜坡”在超音速飞行时升高,或降低以方便直接前视。总的来说,这个“斜坡”仅起着在空气动力学方面进行调节的作用。“斜坡”发挥作用的速度范围从最低的150节(278公里/小时,着陆速度)一直到最高的3马赫

XB-70的座舱布局
要想获得3马赫的飞行速度就意味着关于飞机的一切都会很复杂。机体结构本身必须被打造成不仅能够承受高压,而且能够承受高速飞行时产生的630摄氏度的高温的构型。发动机舱的形状也必须进行优化,以便将“压缩升力”带来的好处最大化。在B-70的最终版本中,飞机的翼尖被设计为可以向下偏转,不过这不是为了帮助产生压缩升力,而是为了在高速飞行的条件下提供额外的稳定性。

XB-70翼尖三个不同偏转角度的前视图。在飞行中,XB-70可以将外翼部分下偏25度,这适用于从300节(555.6千米/小时)到1.4马赫的飞行速度区间,或者是下偏65度,这适用于从1.4马赫到3马赫以上的飞行速度区间。 XB-70的可动翼尖是人类历史上曾经使用过的体积最大的可动空气动力学调节装置:从机翼后缘测量的话,这些可动翼尖的后缘长度超过了20英尺(6.096米)。向下偏转翼尖其实对XB-70有三种不同的影响:①总垂直面积增加,从而允许减小垂直尾翼的面积;②机翼后方区域面积的减少与速度增加时三角翼的升力中心的固有向后移动相拮抗,从而将阻力诱导的机身平衡微调修正维持在最小程度;③30%的压缩升力增加会更有效率,因为机翼下方的压力可以得到更好的掌控

XB-70外翼段最大下偏的飞行姿态
赢得竞标是一回事,把一架飞机按照投标书中所承诺的各项指标完完全全地制造出来又是另外一回事。1958年2月,WS-110A武器系统项目中的飞机部分正式成了B-70项目。美国空军将项目进度加速了18个月,根据著名的航空作家丹尼斯•R•詹金斯(Dennis R. Jenkins)的说法,这一举动又为该项目的计划成本增加了1.65亿美元。而且,美国空军取消了F-108项目──原本合同规定的是要采购480架该型飞机,此举又消除了使用相同发动机带来的预期成本节省。
