什么飞机在设计上有令人拍案叫绝的技术革新？ 第1页

我觉得这个问题下，没有提到这架全身都是令人拍案叫绝的技术革新的飞机是一个巨大的遗憾，这是我在知乎肝过的最长的答案，希望可以弥补一下~

纵观人类100多年既漫长又短暂的航空史，如果让我选择一个最能代表人类在探索尖端科技中展现出的野心、勇气和创新，一个无可辩驳的工程学奇迹，那我会不假思索地选择上世纪50年代末开始，绽放于60年代的，由北美公司主导的XB-70超音速轰炸机项目。

说起可以持续3马赫飞行速度的大型飞机，SR-71无疑是家喻户晓的明星，而且其最高速度（3540千米/小时）和最高巡航高度（26000米）均高于XB-70（最高速度3310千米/小时，最高巡航高度24000米），但请不要忽视两者之间巨大的体积差距，SR-71的最大起飞重量相当于中型客机波音737-800，而XB-70则接近波音787-9洲际客机的起飞重量，对于一个起飞质量245吨的庞然大物，3马赫巡航的难度呈几何级增长。做一个形象的比喻，近2吨的高端轿车在平直的高速路上开到240千米/小时，虽然接近极限，但不少豪车都能做到，但是你想把6、7吨的6轮轻卡开到240千米每小时，恐怕得对车体进行改装并且加装超强发动机才能做到......

无奈的困局

尽管B-52在上世纪50年代因为其令人印象深刻的载弹量和航程被认为是世界上最成功的战略轰炸机，但他在苏联广布的防空雷达和超过2倍音速的截击机的联合威胁下，在执行对苏联本土的凌空核轰炸任务时几乎没什么生存空间。1956年首飞的康维尔公司B-58超音速轰炸机一定程度上解决了生存力底下的问题，它有这大三角翼的气动布局，翼下吊着4具具有加力燃烧室的涡喷发动机，超过0.9的推重比使得它首飞时是当时唯一可以持续超音速飞行的轰炸机。但是在当时的技术条件下为了追求这种“超音速持续性”，飞机无法做大，只能被归于中型轰炸机，故没法携带更多的油料和炸弹。面对所谓的苏联威胁，以及自家兄弟的核武器权力的竞争，心高气傲的美国空军很早就开始幻想拥有一种，既有B-52的庞大的载弹量，又有不亚于B-58的超音速性能的超级轰炸机。

幻想终归是幻想，不要说3马赫了，因为把B-52重量级的轰炸机推动到超过音障所需要的推力，对50年代犹如鶸的喷气式发动机来说就是一个几乎不可能完成的任务。当飞行器接近音障的时候，阻力会陡然增加，只有突破音障后，阻力系数才会缓慢下降。如果没有强劲的动力去推动飞机跨越音速障碍，那么超音速是不现实的。此外，我们经常看见某发动机的性能数据是推力XXXXX，通常这是指海平面的静推力，发动机的推力表现和所处的速度和高度都有关系，这里拿在中俄两国广泛应用的AL-31F发动机不同工况下的推力表来举例，海平面0速的推力和高空高速的差距是很大的。考虑到这个因素，大体积飞机的超音速更加困难。

那怎么办？

只要思想不滑坡，办法总比空难多。科研和工业实力站在人类巅峰的1950s的美帝，总有充足的方法来满足你的幻想，这些方法，4字足以概括：剑走偏锋

剑走偏锋的方案

既然诸如涡喷，涡桨这类燃气发动机无法满足推力需求，那就从隔壁一等人海军兄弟那儿取经。1956年1月21日，世界上第一条完全实战化的核动力潜艇在康涅迪格州通用动力的船厂下水。它接替二战时期战功彪炳的SS-168潜艇，被命名为SSN-571“鹦鹉螺号”，同时也致敬了凡尔纳的小说《海底两万里》。既然潜艇可以核动力，飞机为什么不行？于是康维尔公司就将世界上最大的轰炸机B-36改装成了核动力飞机验证机NB-36H以验证核动力可能性。

康维尔的终极目标是验证空载核反应堆的可行性和安全性，并开发出搭载核动力喷气式发动机的轰炸机（代号X-6），最终进化成全程超音速的、拥有几乎无限续航能力的大型核动力喷气式轰炸机。

核动力飞机耗资恐怖，且进展缓慢，显然，人类还没有那么快进入全面核能时代。核动力飞机一旦坠毁带来的无法挽回的核污染也不是一般国家能够承受的，所以这种方案到1961年基本上就被放弃了。老对头苏联，也通过类似的图-119技术验证机放弃了类似想法，毕竟大家的困难是相同的。

另一种剑走偏锋的方案就和今天的主角XB-70有很大的关系了。

如果发动机不行，那我改进一下烧的燃料行不行？如果我的燃料不能支持全程超音速巡航，那我只是在接近目标的时候才开始超音速巡航可不可以呢？如果燃料还不够用，我加几个油箱还不行嘛？

本着这样的思路，两家大型航空工业公司，波音和北美踏上了设计之旅，项目代号WS-110A。说到波音大家都耳熟能详，毕竟大家可能都乘坐过波音公司的产品，不过说到北美航空公司，就不是所有人都非常熟悉了，因为这家公司今天已经不复存在。但是如果说起他们的拳头产品，大家一定听过，其中包括：大名鼎鼎的P-51“野马”战斗机，F-86“佩刀”战斗机，甚至连阿波罗登月飞船的服务舱和指令舱都是他们的产品。

1956年，两家公司拿出了初步的方案，这两种方案的外观能把人惊得下巴掉下来，简直可以满足一切科幻迷的幻想：

我为什么说这时候的美帝航空业是无限想象力的完美体现，这就是最好的例证。这两种方案虽然长得不尽相同，但解决问题的思路其实是一模一样的。飞机机翼的两端都有一架“小飞机”，其实这并非小飞机，而是一个装着满满当当燃油的大油箱！飞机以亚音速起飞，并且飞到距离目标几百千米的距离上，然后神奇的来了！他们的机翼会从中间断裂，把带有油箱的那个部分分离，这样飞机就会突然从大展弦比的亚音速轰炸机瞬间变成了一架具有梯形机翼的小展弦比的超音速飞机。这时再利用机体内部自带的，加入了硼烷的燃料，打开喷气式发动机的加力燃烧室，把飞机推动到2倍音速，接近目标再投核弹返回。硼烷燃料的能量密度远高于普通航空煤油，所以轰炸机可以提升10-15%的航程，但是带来的负面效果也是显著的，它极其昂贵，且燃烧产物有剧毒。

这就等于绕过了美国空军的要求，用一种变通的形式，在现有的技术框架下实现了“差不多”的战术需求。不过这两种方案的起飞质量超过340吨，制造他们的成本怕不是要登月，空军对它们的实战能力和项目前景表示了担忧，负责美国空军战略司令部的柯蒂斯·李梅上将就对此不屑一顾，嘲讽到“你们是在造飞机还是在造船”

于是空军拒绝了制造原型机的请求，转而要求两家航空巨头继续改进他们的设计。上世纪50年代到60年代恰好是美国超音速飞行研究进展最快的时候，几乎每一年都会上一个小台阶。WS-110A项目显然吸收了这些来自学界和产业界的利好，并用最新的技术来改进他们的设计。很快，类似于F-104的小展弦比梯形机翼被拥有更好的超音速性能的大型三角翼替代，用可调整的斜面二元进气道来优化不同速度下的进气效率，最关键的，就是他们终于等到了合适的发动机。

女武神：崛起

随着友商通用电气基于J-79涡喷引擎开发的YJ-93的高速进展，北美公司对WS-110A的完善也在不断进行。终于在1957年，他们拿出了最终的定型方案，用于和波音公司正式竞标远程重型超音速轰炸机项目，年底中标，1958年初开始制造原型机。预期的量产型分为两个版本，洲际轰炸机B-70A和保时捷设计版RS-70。啊不是，是侦察版RS-70......

这就是一代传奇XB-70“女武神”战略轰炸机诞生的故事。

在1950年代，实现如此疯狂的指标代来的经济压力毫无疑问是极为巨大的，壕如美帝，也是主家无余，XB-70首先制造了一架原型机20001，单这一架的造价，不包含研制费用，就高达7.5亿美元，按照通货膨胀率计算相当于现在67.73亿美元，足以购买一整个联队的F-35战机。它也毫无疑问成为世界上最贵的单架飞机。

XB-70从外观上就极具科幻感和速度感，它也包含了诸多令人拍案叫绝的技术革新。事实上其技术革新实在太多，足以写一本书，我这里仅仅挑几点聊一聊，希望可以抛砖引玉。当然，我从不无脑吹什么东西，XB-70尽管实现了无数技术的飞跃，但相当多的技术并不成熟，试飞中暴露出的问题相当的多，这也是造成其最终命运的一部分原因。

首先，如同所有到达3马赫巡航速度在大气层内的飞行器，气动加热问题必须得到解决。在巡航高度，3马赫速度下，机体的平均温度可以达到230摄氏度，一些前部尖锐部分可达350摄氏度。此时，普通飞机的航空铝材早已出现严重的强度问题，更换材料是必须的选择。SR-71这样的“小飞机”可以选择把机体材料的92%都换成质地轻，耐温强并且强度高的钛合金，代价是焊接困难，只能用无比坑爹的密集铆接，甚至因为考虑到热胀冷缩，在地面时其油箱都无法封闭，只能一边加油一边漏油，使得其地面保障工作繁重冗长。

这些致命缺点使得钛合金用在大了三倍的XB-70上是完全无法想象的，于是工程师们干脆就使用密度为铝数倍的普通不锈钢来制造这架超级飞机。当然不是简单的使用不锈钢来替代铝材，而是创造性地使用了一种三明治结构：中间由蜂窝状的薄板支撑起两端非常薄的不锈钢钢板，这样既减轻了重量，又保证了散热。

在一些直面超音速气流的尖锐部位，，如翼尖，头锥等部位，XB-70也采用了较为昂贵的钛合金。而针对内部冷却，北美的解决方案听起来很像现在的火箭发动机，他们将冷的燃料流经那些需要冷却的地方，再输入引擎。不过尽管这种设计看上去精妙无比，实际测试中出现了关键部位强度不足的问题。相比于同样使用大量镍钢的2.8马赫的苏联米格25所展现出的惊人的可靠性，XB-70陷入了典型的美式科研陷阱，花了一大堆钱，提出了精妙而牛逼的解决方案，但是可靠性和实用性上败给了苏联神一般的整体设计和技术整合。XB-70的第一架原型机在尝试突破3马赫时，翼尖部位出现破损并直接损坏了后面的发动机，直到第二架原型机时才有一定的改善。

为了超音速优化的机身修长狭窄，这就给机内空间的布置带来了很高的难度。由于采用了相当耗油的超音速巡航设计，XB-70的绝大部分机体空间都要被庞大的油箱占据。245吨的最大起飞重量，油箱中就可以携带140吨燃油！还要再除去可以放置高达数吨的早期热核武器的弹舱，这就带来一个不大不小的问题：起落架舱极其难以布置。

起落架，一个看起来完全不起眼的东西，是XB-70的重要组成部分。它的设计要求，至少从当时的视角来看，是绝对前无古人的。XB-70是当时世界上最大的飞机，也是世界上飞的最快的飞机。这带来了几个极富挑战性的问题：首先飞机巨大的重量需要强大的起落架来承受起降的冲击，大约40万牛米，其次是为了完成制动并满足XB-70在满载起飞时终止起飞的刹车要求，它的起落架必须有一套性能炸裂的刹车系统。根据计算，在XB-70全力刹车时，其刹车需要消耗56MW由于制动带来的热能，相当于几万个家用取暖器同时对着几个轮子狂吹。如此恐怖的能量要在方寸之间散热殆尽，这又对散热系统提出了极高的要求。还有，请别忘了，这是一架可以以3马赫的高速飞行的飞机，即便收在起落架舱中，起落架也会暴露在相当高的温度下，于是防热也是设计的重点。最后，还要考虑到极其有限的存放体积，这些困难使得就算平时不起眼的起落架的设计都需要极大的创新。

最终，工程师们设计了可以8轮小车式的主起落架，它通过在水平面上先扭转90度，再在垂直面上旋转90度，保证了起落架可以被收纳在一个狭小的立方体空间内。这是世界上第一个采用这种被后来无数民航客机模仿的半摇臂式4轮小车主起落架设计。我看到 @王骞river 和 @柴健翌 的答案，里面提到了波音77W的特别起落架设计，不知道波音的工程师是不是从近半个世纪前的竞争对手的方案那里得到的启发？哈哈哈

为了对抗飞行中产生的高温，整个起落架的轮胎部分都被刷上了耐温涂料防止因热爆胎。此外，工程师还专门设计了一套液体冷却系统，用乙二醇溶液作为冷却剂流经起落架舱的舱壁，带走热量。通过这套系统，可以将一层薄钢板相隔250摄氏度的外表面降温至内表面的121摄氏度。

为了解决刹车时的巨量热量，刹车片被单独放置在轮轴上，这样可以获得更高的散热能力。同时，每一组起落架上，除了四个轮胎外还专门安装了第五个传感轮，这只轮子和一个电机相连，它可以测出飞机真实的相对地速。这样整个负责控制刹车的计算机系统通过对比刹车片速度传感器就知道有没有出现抱死，一旦发生，就可以启动防抱死系统。要知道，这是50年代设计的飞机，很多今天我们看起来已经不足为奇的技术，在当时几乎都是不可想象的。

XB-70的弹射救生座椅，又是个为了解决不可能问题而生方案——在21公里高度，3马赫速度下救人。由于飞行员在这个速度下直接受到气流冲击很有可能身受重伤，工程师们创意地想出了“救生茧包”方案，即在弹射前将整个座椅完整包裹，这样飞行员无需直接面对超音速气流。当然北美并不是发明它的公司，茧包式的整体超音速弹射座椅最早应用在康维尔公司的B-58超音速轰炸机上，不过显而易见，XB-70的弹射要求远远严苛过B-58。

在1966年6月8日那次著名的空中碰撞导致XB-70二号原型机坠毁的事件中，XB-70救生舱首次运作，成功救下首席试飞员Al White，但不够成熟的设计使得茧包在快速关闭时砸断了他的手臂。但遗憾的是副驾驶Carl Cross在飞机进入尾旋的极高G力中没能成功拉动弹射拉杆，所以救生舱没有启动。

XB-70所使用的YJ-93高推重比涡喷发动机也是值得赞颂的，其比原型，F-4战斗机上使用的J-79发动机仅仅重了680公斤，推力居然增加了一倍，加力推力达到了14060公斤。

不过严格讲这是通用电气在早期航空发动机上的造诣，就不喧宾夺主地过多介绍了。

我随便举了隔热层、起落架和救生舱的例子，几乎每个子系统都可以算作“令人拍案叫绝的技术创新”，这架飞机的革新性可见一斑。正如我前面所说，XB-70身上勇敢无畏的创新实在是太多太多，要是事无巨细地描述，足以出一本书，事实上这样的书不仅存在而且还有好几本........

但是这些都是浮云，因为XB-70最耀眼的成就就是它前无古人的气动布局，前面这点创新就是开胃菜。

独特而划时代的气动布局，永远的神

高超音速的探索

（这部分是硬核背景科普，如果只想看XB-70的内容可以跳过这部分，不过我尽量保持我的一贯风格，用通俗化的语言来描述复杂概念，争取做到“只要认真看，就一定能够懂”。不过对于专业人士来说，这只是科普，所以可能不会过于严谨，比如在介绍升阻比概念时，我忽略了升阻比是一个与空速，攻角等因素相关的动态概念，以避免过高的复杂度）

1950年代，在吸收了相当的德国火箭科学家和他们的研究成果后，美国和苏联同时进入了火箭科技的高速发展时期。面对火箭弹道式飞行造成的不可避免的高超声速飞行，美国在加州加强了诸如国家航空咨询委员会艾姆斯研究中心等研究机构的基础设施，一大批各式各样的，速度和大小不一的风洞被建立了起来。

艾姆斯研究中心的两位风洞科学家和空气动力研究员，Alfred Eggers和Clarence Syvertson可以说是当时研究高超声速流体力学的先驱中最优秀的两位，他们和同事一边改进刚刚问世的超音速风洞的性能，一边利用他们做一些模型测试。在可以产生7马赫流速的风洞的帮助下，他们详细地探究了不同翼型和气动布局在超声速和高超声速环境下的升力和阻力，并于1956年发表了一篇科研备忘录Aircraft Configurations Developing High Lift-Drag Ratios at High Supersonic Speeds，在其中，他们提出了一种可以显著提高飞行器超音速升阻比的设计，并把经过风洞测试的数据附在了里面。

为了获得一个高效的飞行器设计，高升阻比通常是一个重要目标。升阻比（通常会用L/D来表示），是飞行器所受升力与阻力的比值，而飞行器在某一时刻所需要的升力基本上是一个固定的值，那么如果此数据越高，在等升力条件下的阻力就越小，飞机就可以飞的更快，或者在相同速度下更加节省燃料。举一些例子给大家有一些数值上的概念：滑翔机得益于它们长长的机翼和较低的速度，升阻比可以超过40，而空客A320在巡航高度巡航时升阻比约为16.3，经过特殊优化的长航程客机，诸如波音777-200升阻比可达19.3，而以高超声速进入稠密大气层的航天飞机轨道器升阻比只有1，但同样是航天飞机，在进近时，升阻比又会回到4.5左右。

总之，飞行器的最大升阻比随着马赫数（即音速的倍数）的增加而逐渐减少（Küchemann Relationship），这主要是因为超音速带来的强粘性效应和强激波。德裔英籍空气动力学家Dietrich Küchemann根据风洞实测数据发现了大致的比例关系，并且认为高马赫数下的升阻比是很难超过某一个固定数值的。

当Alfred Eggers和Clarence Syvertson在整理圆锥状的导弹头锥的实测弹道数据时，他们发现圆锥弹头会产生升力，在深入研究后，基于最基本的牛顿第三定律引申出的动量守恒定律，他们提出了一种相当有趣的设想。

下面这张图中左边就是圆锥形的弹头从屁股向头看去的示意图。弹头在高速飞行时，撞击了空气分子，空气分子的动量改变使得弹头产生了升力，可惜的是，上下表面因为轴对称，所以产生的升力基本上正负相抵。第一步改进，就是挫平上表面，这样可以显著减小上表面面积，这样翼面以下“撞开空气的表面”就远大于上表面了。这不就产生了正的升力了么。

接下来我们选择翼面，这一步更加简单，因为我们已经挫平了上表面，那么飞行器在纵向（即垂直于纸面的这个方向）与空气做相对运动时，只会将向下或向外的动量传递给空气分子。机翼越长越大，对我们保存这样的动量越有利，我们理论上获得升力就更多，我们只需要从一团任意的机翼现状中裁剪出一块最大的机翼即可。那么机翼的大小受什么限制呢？相信你一眼就看出来受到机体头部尖锥产生的斜激波所限制，我们可不想伸出激波外而产生新的激波，那样会带来更大的阻力。所以我们的机翼方案就像一张纸（如下下图左侧），斜激波就像一把剪刀，裁剪出了最优化的翼面形状（如下下图右侧），岂不美哉？

最后再搞点优化：我们看到这样一个半圆锥物体对空气产生的动量其实是有向下的分量，也同时有向侧面的分量。侧面的分量没什么卵用，而向下的分量则可以结结实实地提供升力。既然这样我们为啥不人为地偏转一下某些毫无用处的侧向动量呢？于是把机翼末梢弯折向下这样一个天才的想法就诞生了。通过偏折侧向的空气动量，飞行器进一步提高了升力。

这样，两人的最终优化形态就展现在大家面前，参考Sketch (d)，从一个纯粹的圆锥弹头，变身成了拥有下反翼尖，上表面一马平川的神奇形状。

如此的奇怪形状被立即雕刻模型，送进了高超声速风洞，接受3马赫，4.24马赫，5.05马赫，6.28马赫的高速来流的洗礼。测试结果令两位工程师大喜所望，风洞试验结果显示，在低攻角的正常情况下，此种构型可以大幅提升高超音速升阻比，而且随着机翼偏折的角度越来愈大，零攻角的升阻比更高。为了让大家看懂这张数据表，我在图上做了标注：三张图中蓝色的点代分别代表着模型在3马赫，0攻角（即来流完全和下表面平行）下，翼面向下偏折的角度为0°，30°和60°时的升阻比，可以看到是随着偏折角度增加而增加的。

尽管它的模样是一种超前和稚嫩的奇怪混合，尽管它被毫无趣味地简单命名为“Flat-Top”（意为“平头“），但女士们先生们，这是1956年啊，我们才刚刚在几乎是手把手的帮助下，仿制了歼-5战斗机，可见这是一个多么超越时代的发明。这种后来被称为“压缩升力”的，利用激波产生升力的设计，是后来在空天领域大行其道的乘波体的“直系祖先”，在我们今天惊叹于东风-17的乘波体弹头的先进性时，请不要忘记60年前这些先驱者们做的伟大的探索。

XB-70的气动设计

回到XB-70，早在困顿的WS-110A最终竞标前，北美的工程师面对推力和速度，航程与吨位的矛盾时，就尝试一切能够尝试的方法，减阻，增升，优化设计。他们发掘出了Eggers 和 Syvertson 写的备忘录，启发了WS-110A的改进设计。在新的设计中，引擎被并入机体内部，进气道放置于机体之下，这样有利于创造更好的超音速流场。超音速性能优良的三角翼替代了费拉不堪的梯形翼，并用双垂尾来增加超音速稳定性。这样的大幅度改良并最终让XB-70赢得和波音的竞标。这一部分我们就来看看北美的工程师是怎么把激波这个超音速飞行的副产品应用到极致的。

首先，根据压缩升力的应用原则，工程师想办法把原来两侧独立进气的发动机进气道，改到了机腹下方，这是一次绝妙的激波应用，因为通过进气道最前方原本用于负担超音速压缩的斜面同时也被当作了激波生成器，为了给大家直观展现这样一个天才设计，我画了一下示意图：

蓝色部分是两块呈锐角构造的斜面，它们组成了一个类似楔子的结构。在超音速飞行下，它们会生成一面立体的斜激波，即红色部分，它们会被上方巨大的三角翼盖住，这样斜激波产生的压力就可以对主机翼起到一个非常好的增升作用。然后别忘了在高速飞行时，其机翼末端时下垂的，这意味着，这道激波甚至会触碰下反的翼尖反射，继续提供升力。事实上整个进气道外壁也是一个大斜面，也可以产生激波，并被垂下的翼面包住。

然后便是惊为天人的翼尖向下折叠的设计，它简直是工程学的典范，因为它用一个小小的方法解决了三个重大问题：一箭三雕。47平方米的翼尖与主翼以铰链的方式接合，在高速飞行时翼面可以下垂25度至65度。首先，正如上面介绍的压缩升力设计，Eggers 和 Syvertson已经证明了它可以大幅度提升飞机的超音速升阻比。北美工程师则更进一步，人为的制造了多个斜激波，让机翼去包裹这些激波，从而进一步提高升力系数。其次，超音速下，薄型机翼的气动效率会骤降，如果不想大规模增厚机翼，那么就需要更多的垂直安定面，否则飞机的稳定性会出问题。垂下的机翼恰好提供了纵向稳定性，居然顺带着把这个问题解决了。要想知道多大程度上帮助了飞机的设计，请看一看波音方案的垂尾面积和厚度你就懂了。最后一个解决的问题是超音速气动中心位移的问题。当飞机的速度超过音速后，其气动中心会向机尾移动，而其质心则保持不变，这样会导致飞机会不自然地出现机头向下的倾向（参考下图）。通常有两种解决方案，一种就如同下图的飞机这样，利用翼面的偏转，给飞机叠加一个压机头的力，但这样会明显增大阻力。第二种方案是协和式飞机采用的方案，通过把机体后部的油抽到机体前部的油箱来改变飞机的重心，以匹配改变了的气动中心。

而北美的天才们的方案，直接通过偏折减小了机体后部的等效翼面积，这就等于在一定程度上遏制住了气动中心后移的问题，这样既不用抽油，也不用增加额外的阻力，简直完美。实验数据表明，光XB-70的这个翼尖下偏的技术，就给飞机减小了高达30%的诱导阻力。机头的鸭翼也可以在气动中心后移时向下偏转提供更多的抬头力矩去平衡气动中心后移造成的低头力矩。

这种类似的下反翼面后来也被进一步发展为很多乘波体飞行器的设计，不过大多没有最终完成项目。

最后一个令人感到吃鲸的便是XB-70那神一样的进气道设计。有一说一，就算放到现在，这种2X3的进气布局，都会让很多经验丰富的航空工程师头疼，更别提XB-70的主要设计工作是在50年代，更别提这个进气道需要考虑从2、300千米每小时的起飞降落到超过3马赫的超音速全部速度范围的进气效率。所以XB-70的进气道设计效果如何呢？

IT DID A FXXKING GREAT JOB！

进气道这个话题专业性极强，要想讲清楚是很不容易的一件事情，我尽全力讲的深入浅出，不过如果各位看官实在觉得枯燥，那就跳过这段吧，知道XB-70上的这玩意极其牛逼就行了！

另外推荐另外一位答主的回答，他写的图文并茂，简单易懂，可以学习到一些关于进气道的基础知识。

为了极致的全速度总压恢复最大化，XB-70在航空史上开创了将多波系外压缩和内压缩结合创举。

千万别被高大上的名词吓住，进气道的唯一目的，就是把高速度，低压力袭来的气流通过一番神奇的操作变成低速度，高压力的气流，然后提供给引擎享用，就这么简单。高压力这个估计理解难度不大，可为什么要降低气流的速度呢？原因也非常简单，就是现在的涡轮引擎只能在亚音速下工作......事实上不只是仅能在亚音速下工作，而且是很低的速度，大约马赫数0.4-0.5。所以什么是一个好的进气道？就是可以完美地把不同速度的超音速气流降速到马赫数0.4，还不能损失太多的总压。那怎么减速呢，答案就是用激波进行减速，从 @朱立畅 的答案中，你大概已经知道了可以用斜激波或者正激波来减速，而且得出了斜激波，YES！正激波，8行的结论。

具体来说就是正激波减速能力非常强，但是压力损失太高，斜激波减速能力弱，但是压力损失则很低。在一切都相同的条件下，要是有能力使用斜激波减速，就别用正激波。但是对于一架进气速度超过3马赫的飞机来说，普通的斜面进气道是远远不够用的，原因很简单，因为普通的二元N波系（N小于等于4）进气道，他减速性能不够，到了发动机跟前还是超音速呀！那咋办呢，学习AMD堆核心的精神，一个字，堆！多弄几个斜激波不就完了么。这就是所谓的“外压缩”

XB-70的进气道的外压缩部分是由四块固定的，互相呈一个很小的角度的四块斜面构成的，它们在超音速的情况下负责生成4道斜激波面，对高速袭来的空气进行初步的压缩。如果速度不大于2马赫，这4道斜激波压缩也足够了，不过我们要时刻记得，这是一架设计时速超过3马赫的飞机，如果来流上升到了3马赫，那么4道斜激波是远远不够的。在北美航空天才设计师的设计下，他们精确计算了超过2马赫后这四道斜激波的位置，并且给他们做了一个反射面！这样，随着速度的增加，激波越来越向后倾斜，这样就会打在反射面上形成反射，这等于又创造了几个斜激波，而且速度越快，产生反射的斜激波也会越多！在三马赫的全速下，全部的四条激波都被完美反射（见上上个图），这样就有8条斜激波参与减速增压了。

然而，对于超过3马赫的来流来说，这8条斜激波还是只能将其减速到1.6-1.8马赫，这离我们的目标0.4-0.5马赫还差的远着呢。那怎么办呢？外压缩搞完了，可以开始搞内压缩了嘛。内压缩的具体原理极其的复杂，当然还是利用斜激波，只不过它是一种连续复杂的激波形式。不过我想到了一个非常有趣的理解方式，火箭上常用的拉瓦尔喷管。拉瓦尔喷管的作用是将高压，低速度的火箭燃气，通过先收敛再膨胀的方式，转化成低压但是高速度的喷气流。嘿！这岂不是正好把我们的目的倒过来了？那简单，我们把拉瓦尔喷管倒过来用，不就达到了我们的目的了吗？

这，就是内压缩的原理，其实也很容易理解，不是么？

XB-70的进气道在外压缩结构后紧接着的就是内压缩结构。这个结构就是一个可以改变宽窄的，类似于拉瓦尔喷管的曲面结构。在亚音速下这个机构会扩张到最大，尽量减少曲面变化程度，以保证高效率的供气。而在超音速下，这个机构就会收窄，形成一个真正的收敛-扩张形态，而到了3马赫极速，它会进一步收窄，以加强减速效果。经过了这一个完整的减速增压的过程，3马赫的来流会减速到0.4马赫，此时的实测总压恢复系数可以依然保持在80%以上（对于3马赫的进气道，这个数据非常优秀）。YJ-93发动机大哥一边大口吞气一边说，好，很有精神！

事实上内压缩进气口是极其难设计的，因为稍微搞不好，超音速气流就会在进入口形成正激波，毁了一锅粥。所以我们今天讲的只是非常基础的原理性的东西，真正让着架飞机飞起来，还能飞到三马赫，还有很多很多工程难题要解决。这更加让我钦佩XB-70的团队。想不到吧，一个小小的进气道居然如此复杂。

哦对了，SR-71的进气道也十分复杂，XB-70和SR-71是目前已知的唯二使用混合压缩进气道的飞机，不算上高超，有人飞机中也就他俩飞的最快。

时运不济，命运多舛

作为一架新技术爆表的战机，其多次遭遇技术困难是完全可以遇见的，毕竟再神的人他也是人。XB-70首飞就差点没摔了，先是尝试收轮，结果轮子直接卡住，吓得飞行员赶紧复位。然后是一发引擎空中停车。最后在降落时，后起落架着火损毁。第二次试飞液压系统故障，最后在一篇干涸的湖泊跑道上迫降....... 第二架原型机第一次3马赫试飞后，浑身油漆都掉光了.......这样的故事还有很多很多。最后，因为机毁人亡的事故，因为耗资实在过于巨大，因为美苏有了洲际弹道导弹和核潜艇这样的便宜的多的替代品，女武神轰炸机被取消项目，改成科研试飞，然后在1969年完全结束了自己使命。更讽刺的是叱咤风云的北美航空公司本身也因为财务问题于1967年被收购，最后几经辗转收归了老对手波音麾下。你可以说XB-70作为一个军用轰炸机项目是失败的，烧掉了太多的钱，死了几个优秀的飞行员，连最初规划的原型机都没造完，更别提量产了。但是我认为它是有航空史以来最伟大的项目，until now。

为什么说until now？

因为，一个也许比XB-70项目更加雄心勃勃，更加富有冒险精神，更加伟大的项目正在中国大地上酝酿。虽然以中国人的谦逊和谨慎，很少会说大话，也不常谈论多少年后的宏大愿景，但是这个项目的意义足以和莱特兄弟的那架能飞几百米的木制飞机相匹敌。一旦它成功，人类就将获得像坐飞机一样天地往返的能力。虽然我们不了解项目的具体，也只能听到关于它的只言片语，但我相信它不只是一个模型，希望若干年后，它成为航空航天史上最浓墨重彩的一笔，成为21世纪“代表人类在探索尖端科技中展现出的野心、勇气和创新，一个无可辩驳的工程学奇迹。”

脚踏大地，仰望星空。

下次我们来聊聊它，敬请关注

关于“梅里迪斯效应（meredith effect）”的应用

这是一架二战时期非常有名的外贸战机——P51 野马

野马在其散热器上应用了梅里迪斯效应

简单地说，当散热器的进气口尺寸远小于散热器尺寸，冷空气进入散热器后会因为受热以及压强而膨胀，变成热空气向后喷出，从而产生一定的推力（大约能抵消九成的散热器空气阻力）

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（大坑预警！！！）

百年航空，出现了数不胜数的技术革新。恕我一上来说一句可能有些得罪人的话，这个问题下的大多数答案目光还是太短了，往往着眼于一些细小之处。在我的理解下，“令人拍案叫绝的技术革新”应当是对飞机设计具有颠覆性影响的革新，并且这一革新将在完全淘汰原有设计，在日后类似的设计中展主导地位。那么，我就依照“年代-革新者-革新设计-革新重点”为大家粗略讲讲航空百年中，风云激荡的技术革新史。

目录：

1.20世纪10年代-寇蒂斯-副翼-飞机操控

2.20世纪20年代-苏霍伊-ANT-25滑翔机-飞机增升

3.20世纪30年代-霍华德·休斯-H-1竞速机-飞机减阻

4.20世纪40年代-梅塞施密特-Me262战机-轴流式涡喷机

5.20世纪50年代-米高扬-MIG-15-后掠翼、翼刀

6.20世纪60年代-凯利·约翰逊-SR-71-突破音障、热障

7.20世纪70年代-约翰·博伊德-能量机动理论-空战理论科学化

8.20世纪80年代-惠特科姆-翼梢小翼-飞机增升

9.20世纪90年代-ATF计划-F-22-隐身理论

10.21世纪00年代-贝尔-V-22-新一代VTOL飞机

11.21世纪10年代-DJI-四轴无人机-“滞空权”的建立

12.欢迎补充...

一、20世纪10年代-寇蒂斯-副翼-飞机操控

众所周知，1903年12月17日，莱特兄弟试飞了人类历史上第一架载人可控飞行器——飞行者一号。然而当时的飞行者一号操纵方式，是通过“翘曲机翼”的方式来实现的。这是一种非常复杂的机械结构，主要通过拉索来控制翼型的曲率来实现对升力的控制。

显然我们是无法在任何一架现代飞机上找到这种控制方式的，因为这种方式被更为简洁有效的“副翼”替代了。他的发明者——格伦·寇蒂斯（Glenn Curtiss），早年是一名飞行家、赛车手。在1908年，他研发设计并试飞了自己的飞机——June Bug。这架飞机最大的创新在于采用了活动舵面替代了翘曲机翼，大大简化了操纵机构，提高了可维护性。据我所知，目前所有的有人固定翼飞机都采用了这种控制结构，没有例外。

然而，这样优秀的设计并没有能马上被用于航空业。寇蒂斯“副翼”的设计被莱特兄弟看到后，立即演变成一场专利大战。这场专利大战，如果大家有兴趣我可以细讲，但是这里先略过。总之，莱特兄弟仗着自己的话语权，通过专利权诉讼，对寇蒂斯的设计进行打压，而寇蒂斯通过自己公司的产品予以反击。旷日持久的论战严重拖慢了该技术传播的进度。

最终，莱特公司的数次重大事故以及不景气、寇蒂斯公司不断的成功以及一战的爆发终结了这场闹剧。寇蒂斯成为了赢家，最终扳倒了莱特公司，并成为了日后知名的寇蒂斯-莱特公司。或许这对冤家没有人想看到这样的结果，但结果往往就是具有一些讽刺意味。中二地来讲，这就是“被重力束缚的灵魂”啊。

二、20世纪20年代-苏霍伊-ANT-25滑翔机-飞机增升

在20世纪的鲍曼莫斯科国立技术大学，一位博士刚刚完成了论文答辩。他的老师就是大名鼎鼎的苏联航空泰斗图波列夫。图波列夫也许不会知道，自己眼前这位年轻的工程师，会在声名上远远地超越自己，流芳百世。

他就是——帕维尔·奥西波维奇·苏霍伊。

毕业于鲍曼莫斯科国立技术大学的30岁的苏霍伊意气风发，在茹科夫斯基空气动力学研究院工作不久后，就调入以他的恩师命名的图波列夫设计局，最终达到了副总设计师的高度。

在图波列夫设计局工作的这段时间，苏霍伊设计了ANT-25试验机。这是一架充满豪情壮志的飞机，她被设计的唯一目的就是——穿越北极，打破人类航程纪录。

顺带一提，ANT的含义是“Андрей Туполев”，俄文简写为“AHT-”，即安德烈·图波列夫的简写。与后来的“Tu-”（俄文为“Ty-”）开头的飞机不同，早期图波列夫设计局的飞机都是以"ANT-"开头。

该机长13.41米，翼展达到了惊人的34米，机翼面积为87.12平方米。

ANT-25设计的关键在于机翼。充满自信的苏霍伊为了追求极致的空气动力学效率，把该机的展弦比定为了13.04。这么大的展弦比非常有利于改善飞机的升阻特性。但是，这个设计给结构工程师带来了巨大的挑战。该机经过很多实验才终于解决了机翼颤振的问题。

巨大的展弦比使得飞机可以飞得很远，而苏霍伊的另一个诀窍就是把机翼设计成了一个整体油箱。苏霍伊知道，仅仅气动效率高是不够的，能多带燃油才是王道。他设计的ANT-25技术验证机，空重3.701吨，加满油，带上3名机组人员后，总重接近8吨。

在起飞时，燃油重量占全机重量的比达到了52%！

也就是说，该机装载的燃油比飞机的空重还要重。要知道，这可是上世纪30年代初期，这时候可没有什么高性能复合材料，也没有全机总体优化软件。

1936年，由苏联传奇试飞员契卡洛夫担任机长，航空仪表飞行专家拜杜科夫担任副驾驶、导航专家别里亚科夫担任领航员。凑齐了“勇士”和“神器”，ANT-25开始了她的远程飞行。在经过了60多小时的飞行，经历了机翼结冰、暴风雨、高空缺氧、散热器故障之后，ANT-25终于跨过北极，来到了波特兰市的上空。关于这其中的故事，欢迎移步微信公众号“小火箭”，搜索“连续飞行63小时！苏联飞机飞越北极到达美国的传奇”了解详情。

1939年，也就是三人组驾驶苏霍伊设计的ANT-25飞机飞越北极2年后，44岁的苏霍伊创建了以自己的名字命名的苏霍伊设计局。在此后，他担任总设计师一职达33年之久，共主持设计了50多种飞机。人们常常赞叹于苏-27家族的优雅曲线，又有谁知道，苏霍伊系列优雅血统的老祖宗ANT-25的传奇呢？

ANT-25的成果，验证了许多当时最前沿的增升、增稳技术，同时也培养了日后的一代飞机设计大师。20年代的人们，已经解决了怎么飞起来的问题，处于从单翼到双翼过渡的时期，也逐步面临了增升减阻减重的问题。因此，我认为ANT-25这样一款似乎没有太多人知道的飞机，反而更能代表那个时代航空技术革新的精华。

三、20世纪30年代-霍华德·休斯-H-1竞速机-飞机简阻

1930年代，对于Howard Hughes来说，是一个风云激荡的年代。

1930年，休斯的电影大作《地狱天使》上映，在美国引起了巨大的轰动，在片中，休斯为了拍出齐柏林飞艇爆炸的画面，就真的买了一艘齐柏林飞艇。这部电影对未来八十余年的空战电影产生了巨大的影响。

在电影取得了重大成功后，休斯把他的注意力转向了打破飞行记录上。

1932年，休斯飞机公司成立。这是一家传奇的公司，从巨大的H-4“云杉鹅”水上飞机，到衬垫式胸罩，再到世界上最早的同步轨道卫星、AIM-120中距弹、“阿帕奇”武装直升机，全部出自这一家公司之手。在上世纪80年代时，世界上80%的通信卫星都是休斯公司生产的。

而休斯公司传奇的起点，就是我们今天要说的——“H-1”型竞速机。

1935年9月13日，霍华德·休斯驾驶休斯H-1创造了567.12公里/小时的飞行速度纪录。

1937 年 1 月他驾驶改装后的 H-1竞赛机创造了 7 小时 28 分 25 秒的横穿美国大陆的速度纪录（从伯班克到纽瓦克）。

作为一款成功的竞速机，这架飞机同时也是一架完美的选美机。为了竞速，H-1的表面蒙皮采用了30年代难以置信的光滑曲面，下单翼上反、小展弦比机翼、椭圆翼尖减阻，首次采用了环形发动机导流罩技术和平头铆钉技术，如果仔细观察，发现在那个距离“面积率”出现还有20年的时代，H-1竟然有暗暗相合之感，令人难以置信。这些设计也为后世的许多战斗机减阻技术做出了验证。甚至有人认为，二战日本零式战机的原型正是H-1竞速机。

此外，为了减重，H-1甚至没有上漆，银白色的金属原色在阳光下熠熠生辉，仿佛在告诉世人，飞行员不仅可以在战场上鏖战，和平的年代也同样可以是荣耀的年代！因为没有什么比飞行器更能满足人类对于更高更快更强的强烈渴望！

即使到今天，休斯和他的H-1也依旧影响着世界。2004年的好莱坞大作《飞行家》的海报上，休斯头像正下方的飞机正是H-1飞机。

4.20世纪40年代-梅塞施密特-Me262战机-轴流式涡喷机

1942年，对于德国来说，是身处战争中的第三年，除了北非战场略有斩获，在东线，德军依然处于和苏军的僵持阶段，在西线，大西洋上的破交战形势每况愈下，在本土，科隆遭到的轰炸让德国不得不重视自己的防空能力。在这种情况下，对一款足以压制盟军轰炸机的高速防空飞机的需求变得越发迫切。

1942年7月18日，莱普海姆机场，Me-262V3验证机试飞成功，这是Me-262这个型号第一次以喷气机的姿态飞上天空。其实Me-262并不是世界上第一款喷气机，也不是第一款双发喷气机。早在其之前，就有He-178等喷气机上天。但Me-262在战场上的大规模投入，才真正为后来战机的全面喷气化做好了铺垫。

喷气发动机，其实是一个泛称，Me-262使用的是轴流式涡轮喷气发动起。其原理可以用下列图片简单说明。这个过程称为布雷顿循环，是燃气轮机中常见的热机循环方式，分为“绝热压缩”、“等压吸热”、“绝热膨胀”、“等压放热”四个理想阶段。在涡轮喷气发动机中，通过前方的压气机吸入空气并压缩（绝热压缩），在燃烧室中点燃（等压吸热），使得气体等压（理想地）膨胀做工（绝热膨胀），经过后方涡轮时，讲一部分膨胀功通过轴带动压气机，剩余部分排出机体做功（等压放热）。

而与之相对的，活塞发动机使用的就是大家都学过的“四冲程循环”，其主要区别在于吸放热过程是等容（理想地）而非等压的，膨胀功传递到轴，轴传递到叶片上，叶片扫过产生升力才能形成飞机的拉力。

除了推力大、推重比高以外，涡喷的优势还有很多很多。譬如涡喷天生就必然是沿中轴，按顺序排布，符合空气动力学，尽可能减小了自己的浸润面积，不会出现像活塞机那样的气动与散热的矛盾。

看起来很美好，但事实上Me-262此时离证明自己还差得老远。首飞的Me-262V3两周后就摔了，之后的Me-262V2验证机更是出了高空双发同时停车的故障，令人窒息。此外，1943 年 2 月 11 日，一架安装了测速仪和全套动力装置的 Me 262 机体由 Me 323“巨人”运输机带入高空，在基姆湖上空 6,000 米高度投放后自行俯冲，到达 2,000 米高度时，测得了 870 公里的时速，但此外再也没有获得别的数据。装在机身上的着陆伞没有打开，机体以 800 公里的时速撞毁在湖面上。

不过最惨的还是德国高层的战略误判。1943 年 11 月 2 日，德国空军元帅赫曼.戈林和米尔希视察了位于奥斯堡（Augsburg）的梅塞施密特工厂。戈林询问威利.梅塞施密特新型战斗机是否可以挂载炸弹。梅塞施密特毫不迟疑地回答说 Me 262 从设计开始就可以挂载 500 公斤炸弹。1943 年 11 月 26 日，希特勒在因斯特堡检阅了 Me 262，并且询问了相同的问题。当时在场的加兰德将军回忆道：“当他在因斯特堡见到 Me 262 的时候，我就站在他身旁，显然，他很受鼓舞，于是问教授：‘这飞机能携带炸弹吗？’梅塞施密特说：‘当然，我的元首，它能携带一个 250 公斤的炸弹，也许能携带两个。’希特勒以他惯用的腔调说：‘好的，没人能想到这个主意！这正是我期待已久的闪击轰炸机。没人能想到这一点。我要求所有的 Me 262 都被用作闪击轰炸机，而你，梅塞施密特，要为此作好所有的准备工作。’”（摘自“加兰德访谈录”）

事实上，Me-262的结构根本经不起俯冲轰炸，水平轰炸则没有精确度可言，可以说是非常尴尬了。直到44年中旬，Me-262战斗型才被下令生产，如果Me-262能早一年出现，那么对于盟军来说一定会头疼很多。

在好不容易以应有姿态踏上战场之后，Me-262又遇到了新的问题——可靠性。在262试飞队第一个月的作战中，被盟军击毁在空中和机场的飞机或人为操作失误损失掉的只有6架，但是有7架飞机在机械故障中坠毁。超级王牌诺沃特尼少校也死于一次右发停车事故。

不过，总的来说，Me-262算是在战争中证明了自己的。据统计，Me-262共击落盟军战机613架，其中大部分是四发重型轰炸机。Me-262一共损失近200架，其中只有60－70架是战损，其余都是由于机械故障和地面损失。其领先的速度和垂直机动性给盟军留下了深刻的恐惧，以至于盟军不得不尽可能避免与之空战，尽可能采用轰炸跑道、在地面击毁Me-262等方式来削减其对轰炸机队造成的威胁。

比较有意思的是，我们上一篇的主角霍华德·休斯，曾经购买并试图改装一架Me-262参加航空比赛，但在政府的压力下放弃了这一计划。看起来这只“燕子”还是给美国人带来了不小的心理阴影。然而，2003年，美国Classic Fighter Industries成功使用通用公司J85涡喷机复原了一架Me-262并试飞，之后继续修复了4架。这5架也成了如今世界上仅有的还能飞行的Me-262了。

5.20世纪50年代-米高扬-MIG-15家族-后掠翼、翼刀

在进入喷气时代之后，战斗机很快超越了之前螺旋桨飞机800km/h的速度极限，但想要继续加速，进入0.8M以上的跨音速区，空气的可压缩性成为了一道必须要跨过去的坎。人们称之为“音障”。打个简单的比方，你在五一小长假的景区里走，虽然人很多，但你前进的时候人群都会向两边纷纷散开。但散开的速度存在上限，如果你走的太快，就只能用身体顶着旁边的人群，像推着一堵墙一样向前走。“音障”就是这样，飞机的速度等于空气的压力波传播速度时，来流就会叠在一起，形成极大的阻力。当飞机超音速后，空气的压力波会“贴”在飞机表面，形成一道道锥形，这就是激波。

因此，我们也就很容易可以知道，螺旋桨飞机是永远不可能在平飞中超过音速的。一旦其速度超音速，螺旋桨的桨尖也必然超过音速，诱发震颤。

超音速飞行需要突破的障碍，除了由空气的可压缩性带来的问题，还有空气的连续性带来的问题。根据伯努利定律，我们知道来流水平时，机翼上表面的气流流速大于下表面，这也就是升力的来源。但当飞机逼近音速时，机翼的上表面会率先达到超音速，产生激波。这一道激波的位置一般比较靠后，气流越过激波以后，压力骤减，机翼后半部分升力增大，对机头会形成一个下压。在螺旋桨时代，许多飞机尝试俯冲超音速时就会因此遇到拉不起来的情况，直至坠地爆炸。此外，在进入0.8M以上的跨声速区后，速度越大，激波越前移，可能与附面层产生干扰而增大阻力。

面对这一堆问题，航空工程师们给出的解答是——后掠翼。一方面，后掠翼可以尽可能把机翼“藏”在激波锥里，使得飞机只需要用机头去“顶着”激波；其次，在后掠翼上产生升力的不是来流，而是来流在机翼前缘法向上的分量，这个分量的速度比来流的速度要低，自然也就可以延迟激波的产生。因此，后掠翼是人们当时解决跨音速飞行的各种问题时，不约而同采用的方案。

其实人们一开始也考虑过使用超薄翼型来降低阻力，但是由于刚度不够，很容易导致事故，就放弃了。

后掠翼其实也说不上是什么新鲜的东西了。在1935年的第五次伏尔塔会议上，德国气动学家阿道夫·布斯曼就提出了后掠翼理论。可不要小看这个伏尔塔会议，一战到二战之间许多重要的学术成果就是在这个会议上发表的，譬如1927年第一届会议上的发表的海森堡测不准原理。布斯曼的成果发表后，反常地没有引起太多注意。苏联在30年代也进行过自己的后掠翼研究。米格设计局就曾经设计过一款外观让人一眼难尽的“米格-8”试验机，研究后掠翼低速飞行性能。

然而，后掠翼也是具有种种问题的。

譬如，美国的F-100“超佩刀”战机有一个绝技。在F-100低速飞行时，机翼首先失速，升力中心前移，导致机头上仰，增大机翼攻角，加深失速，如此循环，在天空中画出一道优美的曲线，被人们夸赞为“佩刀之舞”。唯一的美中不足就是，一架F-100一生中只能表演一次佩刀舞。F-100也由此成为了初代目的“寡妇制造者”。此外，后掠翼对于飞机结构的考验也比平直翼更为严峻。

不过，这些问题并没有阻止人们对后掠翼的应用。1947年，苏联就试飞了自己的第一架后掠翼试验机拉-160，并且达到了0.92M的高速。可惜的是拉-160太小了，不可能发展为战斗机。

新的战斗机代号为I-310，米格给她的机翼设计了35度的后掠角。在设计的过程中也出现了许多波折，比如由于座舱过于狭窄，飞行员竟然坐不进座舱去。经历种种波折，1947年12月，I-310首飞。这个状态的I-310外形事实上已经很接近最终投产的米格-15了。

不过，米格15并没有完成超音速的使命，这个使命的完成要等到她的后辈米格-19那个世代的飞机去完成，米格15的重要意义在于其是第一代应用了后掠翼理论的战机，最大平飞速度达到了0.9M的跨音速水平。之前的Me-262虽然机翼也有后掠，但那是出于重心调整的原因，所以不能作数。(本章未完待续)

（未完待续...）

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删去了开头一些朋友认为有争议的说法。

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  luxiair 网友的相关建议: 
      

被应用在飞机上的令人拍案叫绝的技术革新可太多了，从材料、工艺到设计思路。工程师在挑战探索未知领域时被激发出的创造性总是让人拍案叫绝。比如F-14的可变后掠翼：

或者是SR-71的钛合金蒙皮：

以及它变循环发动机：

无尾桨直升机：

关于这种直升机我也写过一篇回答：

今天来分享一个最近让我拍案叫绝的技术革新，而且大概也是最古老的一个——翘曲机翼。被应用于人类第一架飞机莱特兄弟的“飞行者一号”上。

其实早在莱特兄弟之前，航空先驱已经尝试了千年，只是一直都没有成功实现动力飞行而已，但是无动力滑翔已经有一些成功案例了，在莱特兄弟之前最成功的就是德国人奥拓·李林塔尔，他对鸟类进行了大量的观察，在1889年还把自己的观察和研究出版在《鸟类飞行是飞行艺术的基础》这本书里。他认为尽管人类的力量无法像鸟一样飞行，但是像鸟一样的滑翔却是可行的，其中最关键的是如何控制飞行，而人类的力量对于飞行控制来说却是足够的。

李林塔尔在设计滑翔机时，选择通过移动身体在滑翔机中的相对位置来操控滑翔机，这样可以省去大量复杂的活动和控制机构，这样可以降低复杂性和重量，对于这么小的滑翔机身体移动提供的操纵力也算是够用了。

李林塔尔的工作极大地启发了莱特兄弟，维尔伯·莱特曾经对奥拓·李林塔尔做出极高的评价：在19世纪所有尝试解决飞行问题的人当中，奥托·李林塔尔无疑是最重要的……没错，在他之前的数百年间人们已经尝试过滑翔，而在19世纪中，凯利、斯宾塞、恩汉、穆兰德与许多其他的人都在滑翔方面进行着轻微的努力，但是他们完全失败，没有结果。

启发归启发，但是李林塔尔依靠身体移动控制滑翔机的方案在莱特兄弟看来有严重缺陷，这种方式能够提供的控制力很有限。而鸟类不仅可以控制身体的重心还能通过翅膀的动作来改变飞行姿态，所以通过机翼的动作来控制飞行应该更加可靠，不过如何才能改变机翼形状呢？

有一天威尔伯在自行车店里把玩自行车内胆的包装盒，突然有了一个绝妙的点子，就像纸盒可以被扭动一样，机翼也可以被扭动啊。于是他们开始在双翼滑翔机上验证这个被称为“翘曲机翼”的方案。

就像纸盒一样机翼两侧扭向相反方向，增加和气流夹角的一侧升力增加，降低和气流夹角的一侧升力降低，机翼两侧升力的差距便可以实现飞机的滚转。

很快莱特兄弟制作了一个机翼可以操控翘曲的风筝验证了这个方案，效果非常好，根据操纵者的控制，风筝自如地左右转向。这个设计在当时是革命性的，其他同时期的航空先驱觉得飞机和汽车与轮船的转向原理应该没什么区别，而莱特兄弟的设计方案会让飞机在转向时就像自行车一样向一侧倾斜，历史毫无疑问地证明了莱特兄弟设计是正确的。莱特兄弟的“翘曲机翼”设计当然只适用于较为柔软的机翼，在日后的飞机中被改进为，机翼外侧的一片舵面可以上下转动，左右反向作动方向相反，增加和降低升力，这片舵面在航空业专业术语中被称为副翼。后来因为其它的技术原因，翘曲方案被历史淘汰，现在的飞机都是靠副翼进行滚转控制了，大家坐飞机的时候可以注意一下，这块控制舵会在整个飞行过程不断地做动来维持飞行稳定。

同时期还有很多独立的航空先驱都在实现实现人类首次动力飞行的赛道上狂奔，但是大部分人都认为飞机的转向就是左右转，而不是通过滚转，莱特兄弟作为自行车从业者，从头就认为飞机应该像自行车一样转向，机身滚转进入curve实现转向。为了更好地控制飞行时的转向，莱特兄弟还给飞机增加了方向舵来平衡机翼翘曲时导致的左右阻力不对称。

现在的飞机不管多么先进，布局多么新奇（除了下图那种过于骨骼惊奇的型号），基础的飞控原理和“飞行者一号”没有太大差别。

莱特兄弟在成功给自己的航空技术申请到专利以后，到处打官司让别的美国公司无法从事这个行业，而自己因为忙于官司也没有什么特别的突破了，尴尬的美国陆军甚至因为美国没有能用的飞机要从法国采购飞机，这最终也促成了美国航空工业的“专利池”方案。

这一小段故事节选于我的新书《如何离开地球表面：人类航空航天小史》，如果想了解更多，今天当当网天猫店又有优惠活动了。

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  paddington-19 网友的相关建议: 
      

波音公司在2009年推出了航空史上首架超远程中型客机，并将这一异常优秀与卓越的飞机命名为Dreamliner（梦幻客机）波音787。在增长航程，加宽飞机通道宽度之外，波音787（后文简称为B787）还加入了诸多新科技，例如新型气体过滤系统等等。而我们今天要讨论的，并不是上述几种革新，而是波音公司在飞机舷窗上所增加的创新。

包括空客A380，波音777等市场上之前比较主流的飞机舷窗多数是使用不透明的材料蒙盖住透明玻璃的方法来达到遮光效果的（说白了就是像你家窗帘一样拉上或者打开来改变进入室内的阳光），所以在起飞降落时还要服从机组人员的指示打开或关闭遮光板，对于不服从的旅客，机组人员还需要一个接着一个自行去操作舷窗，由此可见这一设计尽管成本低廉但却并不是十分高效。

而坐过B787的朋友一定会发现B787的舷窗设计十分与众不同-舷窗上端并没有遮光板的存在，而在遮光板的下方有一个按键，通过按压按钮我们可以调节窗户的颜色，假设一开始窗户是接近完全透明的，那么随着你对窗户开始进行操作，窗户的颜色会逐渐变得越来越深（愈发的dark），当窗户颜色深到一定程度时，便可以达到相应的遮光效果。下图分别为普通舷窗，变色舷窗变色前后对比。

那么这扇舷窗到底蕴含着怎样的原理呢？事实上这扇舷窗是有PPG航空（PPG Aerospace, a business unit of PPGIndustries）（编者英语比较烂，不确定翻译的准确性，仅供参考）提供的电致变色舷窗（PPG官方称其为Alteos interactive window systems ），下方左图是电致变色舷窗的结构图，而其中真正起作用的实际上是电控变色面板，而电控变色面板的主要部分之一便是电致变色材料（电致变色是指材料的光学属性（反射率，吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料）不同材料具体变化过程或有所差异，而其具体的过程也是十分复杂的（如果你学了“基础”化学和“普通”化学你可以自行深入研究，相信你一定会享受其中），但是总体可以用氧化还原反应所概括，即电子的得失会使材料的颜色发生变化。但是如果只是提到氧化还原反应这一本质，大家可能依旧会有些迷乱—氧化还原反应究竟是如何在B787上焕发出无限生机的呢？

将电致变色面板结构简化后我们可以得到如上右图所示的结构。假设一开始舷窗是透明的，LC同学高兴的开始玩舷窗，并激动的按下了调节按钮。随着形成闭合回路，电流便通过玻璃内表面的透明可导电涂层（即图5的transparent conductive coating）从而导致中间的电致变色介质发生化学变化（也就是氧化还原反应），进而达到改变窗户透明度的目的。PPG公司经过调教最终可以精确控制电压的大小，从而可以精确控制舷窗明暗程度。

那么电致变色介质又具体指的是什么呢？目前常见的电致变色介质有一些金属氧化物（主要是过渡金属的氧化物），导电聚合物等。根据PPG官网上的陈述，该材料主要是某种凝胶（gel）组成，该材质在通电过程中具有反应可逆的特点，从而保证乘客在调暗窗户后依旧能够让窗户恢复原状。

总的来说，这大概就是B787变色舷窗的一个初步原理，而B787上另外无数优秀的创新，最终铸就了梦幻客机的卓越与辉煌。

资料来源：

图片分别来自：

波音官网，视觉中国，微博网友中部花农，新浪科技，PPG官方网站。

相关文字资料来源：

PPG官网，波音官网，中国电致变色网

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  mastercopy 网友的相关建议: 
      

看了这么些答案都没有说A320的，看来A家的小胖子确实时不起眼啊...

A320是世界第一款同时应用线传飞控（fly-by-wire）和侧杆（side stick）的民航客机（第一款应用线传飞控的民航客机是有答主提到的协和），同时也是全世界第一款应用全玻璃座舱的民航客机，把民用飞机飞控的自动化水平带到了新的水平（之前的巅峰是有答主提到的L-1011；波音对飞控自动化技术上完全没有问题，但是一直内心抗拒）。

A320出现前，737 original和classical系列占据了窄体客机市场绝大部分的份额，是中短途空中旅行的主力干将。空客清楚只有采用堪称激进的创新才有可能对737的统治地位形成有效挑战，最后决定将当时仅应用于战斗机的线控+侧杆飞控模式移植到A320上，后来的事实也证明这一移植取得了巨大的成功，A320从一个无名之辈，成为窄体客机市场的新宠。从1987年A320首飞起计算，A320系列的销量要高于737系列，作为一个挑战者，她无疑是非常成功的。此外，空客之后推出的每一款客机都采用了这一飞控模式（空客跟波音由此被调侃为自动挡和手动挡），同样模式的后来者还有庞巴迪C系列和商飞C919。

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  guan-le-91 网友的相关建议: 
      

The Chevron Nozzle. 锯齿状的喷管。

传说中的降噪神器。

但是很多人（包括我）认为，这其实只是让飞机好看一点而已。

图片来自谷歌。

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  zhu-henry-96 网友的相关建议: 
      

F-22的乘波体加莱特进气道。

各路军迷大神们张口闭口都离不开的加莱特进气道，DSI进气道，乘波体，附面层这些术语，相信大家听了都觉得迷迷糊糊。

本文将深入浅出的讲解加莱特进气道的工作原理，为什么加莱特进气道是乘波体，以及它的革新之处。

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首先我们要了解激波这个概念。

超音速飞行的尖头物体会产生斜激波。气流经过激波后会减速，温度上升。超音速气流经过斜激波时减速的程度比较小，之后依然是超音速气流。气流经过斜激波后能量损失较小。

超音速飞行的钝头物体会产生弓形激波。超音速气流经过弓形激波后会剧烈减速为亚音速气流。下图中的弓形激波明显比斜激波看起来比上图的斜激波粗，而且激波两边颜色差别明显。弓形激波相比斜激波，会产生更大的阻力，更多的消耗空气中的能量。

超音速物体会形成一面圆锥形激波。

如果超音速的物体是楔形的，则会形成激波平面。

想深入了解激波的朋友可以看我的另一个回答：有哪些航空航天上的事实，没有一定航空航天知识的人不会相信？

让我们了解一下为什么超音速飞机需要进气道。

飞机的燃气涡轮发动机需要吸入空气中的氧气才能工作。然而我们不能把发动机入口直接暴露在来流的超音速空气中，因为燃气涡轮发动机只能吸入亚音速的气体（直接吸入超音速空气的发动机叫冲压发动机）。因此我们需要进气道将超音速气流减速到亚音速。为了让发动机运行地更高效，进气道往往有相当复杂的设计，在很宽的速度和高度范围内为发动机提供均匀和高效的进气。

下面介绍几款传统的超音速进气道设计。

二代机是最早的一代超音速战机，部分早期二代机采用了皮托式进气道。一些侧重亚音速性能的三代机也会采用皮托式进气道。皮托式进气道是下图左边的类型，结构十分简单。

它的缺点在于它是一个钝头物体，所以前方会形成一道弓形激波，超音速气体经过弓形激波后瞬间减速为亚音速气体。这导致皮托式进气道的阻力高，且空气中的能量会被强烈的激波提前消耗，导致发动机因为得不到高能量的空气而效率下降。我们希望进气道中尽量不要首先产生弓形激波（正激波）。

晚期的二代机和早期的三代机中也有不少飞机采用了激波锥进气道（下图中间）。

比如大名鼎鼎的歼8。

在激波锥进气道启动时（下图右边），圆锥的尖端会产生一道圆锥形斜激波，激波会正好落在进气道边缘。

这是激波锥进气道内部的图片。斜激波会在进气道内多次反射，超音速气流每经过一道斜激波，都会减速一点点，经过许多道斜激波后会最终在一道较弱的正激波后变成亚音速（弓形激波的中心是正激波），而不是像经过皮托式进气道的弓形激波一样剧烈减速。因此空气中的能量损失较低，发动机吸入高能量的空气，效率也会更高。

第三种进气道则是三代机广泛采用的二元进气道（下图右边）。

比如歼8II

和歼10a

二元可调进气道可以实现对气流更加复杂的控制，从而让发动机工作在更高的效率。亚音速时扩大进气口，增大进气量。超音速时缩小进气口，减少进气量，并把多余的空气通过出气口排除。

气流经过进气道上缘的可调角度的斜坡，会产生一道斜激波，斜激波经过调整后会正好落在进气道下缘上，并在进气道内反射。可调的斜坡可以让进气道在不同的速度下都保持高效率。气流气流经过一道道斜激波会逐渐减速为亚音速。

这种进气道的缺点在于结构复杂，重量高，它的截面必须是矩形的，否则它复杂的气流调节功能都会失去作用。

矩形的截面相当于是一个角反射器，使雷达波能被原路折返，大大的增加了被雷达发现的可能性。

有什么方法可以让进气道截面不再是矩形呢？

让我们先了解一下乘波体。

想象一个楔形物体。

在超音速的时候，它会产生斜激波平面。

下图的楔形物体是一个乘波体。它的特征在于，经过特殊的设计后，乘波体前缘（红色虚线）产生的激波都会在一个平面上，激波面会将乘波体的前缘包住。这个乘波体产生的平面激波，和下图中虚拟的楔形物体产生的激波处于同一个面。

键盘6键上方的^符号的英文名叫加莱特（caret）。

由于截面类似加莱特符号^，这种设计的乘波体因此得名加莱特乘波体（caret waverider）。

想深入了解乘波体的朋友可以看我的另一个回答：从零开始推导东风17的气动外形，并深入浅出的讲解“乘波体”

下图红色的部分是一个上下颠倒的加莱特乘波体。

我们在加莱特乘波体的后面将激波接住。

这样我们就得到了一个加莱特进气道。

相比只有一个斜面的二元进气道，加莱特进气道则有两个斜面。

加莱特进气道在理想条件下会形成像薄膜一样包住进气道前缘的激波面（下图红色），这和乘波体的原理是相同的。

加莱特进气道的优点是结构简单，重量轻。它相对皮托式进气道高效，但由于它的角度是不可调的，所以不能适应所有的速度，只在某一个速度实现最高的效率。加莱特进气道最大的优点是隐身，因为它的截面可以被设计成平行四边形，从而避开直角边的角反射器效应。

第一架采用加莱特进气道的飞机是由大黄蜂F/A-18C/D改进的的超级大黄蜂F/A-18E/F，于1999服役于美国海军。

加莱特进气道拥有两个固定的斜面。

F/A-18E/F的倾斜双垂尾+平行四边形截面加莱特进气道可以大大降低角反射效应。双垂尾和进气道外侧是平行的，可以减少雷达回波的方向。F/A-18E/F的隐身设计虽然不全面，在武器挂架处也是直角的，但它消除了雷达反射最大的来源：垂尾和进气道，隐身性能比su27系列上了一个台阶。

另一个使用了加莱特进气道的飞机是自2005年服役于美国空军的F-22。

F-22的进气道相比F/A-18E/F做了多项改进。进气口上表面和机翼整合在了一起，降低了结构重量。前缘的斜坡上增加了附面层吸除装置，让气流更加均匀。进气口外上和内下分别增加了用来分散激波强度，防止流动分离的圆弧形修形，同样是为了让气流更加均匀。

这个角度可以更清楚的看到附面层吸除装置的小孔（小孔的排列方式似乎有区别）。

Su-57的进气道是更加复杂的，临界截面积可调的加莱特进气道。临界截面是进气道内最狭窄的截面。

我们可以看到Su-57进气道内部有一块可调的斜面。斜面上可以看到附面层吸除装置的小孔。

整个可调装置由两块面板组成。下图是进气道的侧视图，可以看到可调面板的最大位置和最小位置。临界截面是进气道内最狭窄的截面。调整临界截面积的大小可以实现对激波位置的调整，这样可以让进气道在不同的速度下都保持高效率（F-22和F/A-18E/F的进气道只能在特定速度下维持高效率）。可调面板在亚音速时会调整到较大的位置，在超音速时则会调整到较小的位置，同时起到遮挡发动机，防止发动机叶片雷达回波的效果，一举两得。可调面板由前后两块组成，中间有一条缝隙，附面层正好可以从缝隙中排出。

这种可调临界截面积的加莱特进气道会产生极其复杂的激波系。如下图所示，进气道内产生了三道斜激波和一道正激波，是高效的进气方式。如果没有长期的实验以及优秀的设计人员，是无法设计出这样的产品的。希望大神们不要喷Su-57的进气道了（狗头）。

飞机外形对于隐身的作用远大于蒙皮缝隙，而严丝合缝的蒙皮会大大增加生产成本。从Su-57蒙皮缝隙粗犷的做工判断，军方似乎有对低成本的需求，它决定了Su-57的隐身要向生产成本妥协，设计人员在各项约束条件下或许已经达成了最优解。

Su-57的进气口上方有着巨大的可动边条。可动边条可以让飞机在低速时能够维持更大的攻角。Su-57的前缘襟翼在亚音速时放下时还会辅助发动机进气。

讨论了这么多国外的飞机，那么国内有没有采用加莱特进气道的飞机呢？

答案是有的，比如教练-10。

别以为你在外下角加了个巨大的倒圆，我就认不出你是加莱特进气道了（狗头）。

欣赏几张鳖版加莱特的美图。

加莱特进气道加大边条设计和F/A-18E/F异曲同工。

下期我想聊一聊DSI进气道，喜欢的朋友们别忘了点赞关注我哟。

填坑：

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  owen-94-93 网友的相关建议: 
      

洛克希德 L-1011

先占个坑晚点完善答案（

L-1011是上个世纪60年代末研发的客机，是洛克希德公司回到民用航空市场的试水项目，其最大竞争对手为同样为三发宽体，载客量极为相近的道格拉斯DC-10。L-1011全系列一共生产了约259架，远低于DC-10将近500的总数。因为各种综合因素，可以说L-1011输给了竞争对手DC-10。

洛克希德公司老本行是造军机的，在尝试回到民航领域的L-1011上用到了各种黑科技，但是其过于复杂的系统以及过高的造价也是导致其失败的原因之一。

现在来介绍一下黑科技

1. 全动平尾
像战斗机一样，L-1011使用的是全动平尾。整个水平安定面都会跟着操纵杆的俯仰操作输入而作动。即使在起飞时配平打在全低头位置，全动平尾也能够提供足够的抬头力矩使飞机飞离地面。

2.自动着陆
L-1011是第一款有电子化自动飞行系统的宽体民航客机。L-1011有CAT IIIb资质并具备有自动着陆能力。

3.DLC直接升力控制系统
待更

4.可调透光率的遮阳板
早于波音787四十年，L-1011提供了可调透光率遮阳板的选项。但由于其增加了重量降低经济效益，使得大部分航空公司选择了传统遮阳板。

EDIT：

这里更正一个错误：之前我说L-1011装有电子遮阳板。但是在70年代的时候，使用在波音787上的electrochromic glass技术还在验证中，没有进行大规模的商业应用。在经过大量资料查证后发现，L-1011的可调透光率的遮阳板是通过机械的旋转一层夹在客舱饰板与舷窗之间的偏振片，以改变透光率。

5. 洛克希德为航空公司提供了三种驾驶舱配色选项。

6. L-1011的机翼有一个多余的引擎挂架以用于运载引擎。

7. L-1011有着罗马正统的尾部盥洗室布局。

8. 洛克希德公司应某航空公司的要求提出了一个从货舱里伸出来的空气登机梯的方案。

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  ma-ke-28 网友的相关建议: 
      

喜欢烘焙，刚开始，偶尔做做蛋糕，面包。我的建议准备如下就好，其他东西可以根据喜好慢慢添制。

1、烤箱：容量不低于30L，功能上至少可以做到单独控制上下管温度

2、厨师机：喜欢烘焙，不建议购买面包机，想做懒人版简化版面包的可以考虑，直接买厨师机，用处多，可以揉面团，打发奶油，打发鸡蛋等等。

相对便宜些的厨师机千元以内可以满足基本家庭需求。当然预算够的话可以买性能更好的。家用的，几百元，几千元，上万元都有。

3、电动打蛋器：电机尽量皮实一些，太弱的机器使用多了电机会烧。不过要在分量和性能间做一个平衡，好的电机内部铜等金属材料用料足，但提起来的手感很重。

比如，我最后添制的，太沉了，手提打时间久了会酸，所以有时候偶尔还会用原来的小机器，那个轻巧。

后来的机器，动力不错，打发蛋白速度快，不过价格也贵，够买之前的三个了，算是各有利弊吧。

4、手动打蛋器

5、厨房秤

6、橡皮刮刀

7、打蛋盆两个：盆深一点更好用，打发不容易飞溅。

容量建议2~3L，一大一小最好，其中一个大一点的盆，建议容量不小于3L。这主要是在做全蛋打发时，体积会膨大的很大，如果6蛋的配方，2.5L满足不了要求，3L都会满满一盆。

材质建议不锈钢，虽然视频里经常看到玻璃容器，那是为了视觉效果，实际用的时候，玻璃容器还是很沉的，举起来远不如不锈钢容器轻松。

如果有个盖的就更好了，可以做为面包发酵容器来用。

8、擀面棍

9、毛刷：硅胶易清洗，棕毛感觉上更健康

10、隔热手套

11、6寸8寸活底蛋糕模各一

12、带盖吐司模一个

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