道格拉斯X-3试验机

战后航空界喷气式引擎的发展

在第二次世界大战中，喷气式引擎开始应用在战机上，战后虽然各国都开始加入喷气式引擎的研发，但是无论是局部战争还是本土研发的喷气式战斗机都无法突破1马赫的极限速度，当时的欧美国家和苏联都在寻求各种设计方案，力求能研发的一款能突破1马赫天花板，并持续以2马赫速度飞行的新一代飞行器，当时美国研发的方案叫做道格拉斯X-3短剑试验机，本期武器大讲堂老白就和大家分析这款独特的飞行器。

因技术限制的新气动设计

道格拉斯X-3试验机研制的目的是为了研究适用于持续超音速的飞机气动特征和材料应用，包括测试高速飞行时引起的高温对飞机的影响，研究钛等新材料的使用并探索新的制造工艺技术等等。

早在1945年6月，美国空军就计划研发两架可飞行的X-3试验机，当时刚刚赶上第二次世界大战的末尾，所以在研发的进度上有所迟缓，直到1949年6月才正式获得正式批准制造，并在1952年10月20日完成首飞。

测试的X-3试验机整体的机身外形非常细长，长度为20.35 m、翼展6.91 m、高3.82 m、空重6.5吨。

机身为了能降低阻力以便在超音速下飞行，设计成不同寻常的细长流线型外形，是早期美军X系列试验机中线条最流畅的飞行器。

机体为了减重的同时保持结构强度大量采用钛合金制造，是当时极少数使用钛合金机身的飞行器之一，美军当年也是期待能通过这款试验机测试钛合金的性能和加工安装工艺。

在机身的前部，是一个非常长的，逐渐变细的长锥形机鼻，细长的机鼻结构能在超音速下实现低阻力。

并且在X-3试验机细长的机鼻内部，也能有足够的空间加装测试设备，根据官方资料，当时在X-3试验机的这个锥形长机鼻内部，安装有544公斤的仪器用于收集飞行测试中的各项数据。

机鼻往后是半埋式座舱和挡风玻璃结构，座舱设计几乎与机身线条平齐，能进一步降低座舱风挡的空气阻力。

不过这也带来了座舱视野非常狭窄的情况，作为一款试验机，座舱视野倒不是最主要的，所以这么设计也没有什么大的问题。座舱内部设计有一名飞行员，飞行员配备有向下弹出的座椅进出机舱。

同样为了降低阻力，进气口为半椭圆形结构，与发动机舱一起紧贴机身，显得非常的细长，线条也很简单。

当时在设计的时候，早期的版本计划使用的是两具Westinghouse J46加力涡轮喷气发动机，单台能输出2993kg的推力，但是这两具引擎的尺寸过大，重量也达不到轻便的标准。

因此后续换成了只能输出1528kg推力的Westinghouse XJ34-WE-17加力涡轮喷气发动机，这款引擎虽然尺寸和重量满足了，但是推力非常低，开加力后推力也仅有2222kg，推重比仅仅0.4，因此用在X-3试验机会存在动力不足的问题，

其主翼安装在发动机舱上，为低长宽比的平直短翼，其翼面积仅仅15.47平方米，搭配推力非常弱的引擎，其操控能力可想而知。

当时在测试的时候，飞行员就发现这款飞机的动力严重不足，无法发挥出应有的实力，再加上机翼的结构设计，造成操纵非常困难，当年测试的最快仅能达到1.1马赫，虽然后来通过向下30度的利用重力势能俯冲时达到过1.208马赫的速度，但是始终都无法达到预期的2马赫的设计速度，机内的燃油续航里程为800公里，最大爬升高度为12000 m。

其燃油系统和机舱的设计基本上都集中在了它那又细又长的机身上，主机翼又短又粗，通过测试发现这种布局会让X-3试验机的负载集中在了机身上而不是机翼上。

在飞行的过程中，会出现在接近音速或超音速飞行时，在不转动方向舵的前提下机身会突然自动做出横滚动作，这个现象被称为横滚惯性力偶，会导致飞机失去控制坠毁，甚至会因为负载过大造成机体在空中解体。

虽然X-3试验机并没有达到预期的飞行速度，但是发现了横滚惯性力偶的诱因，为后来的飞行器研发还是起到了不少的借鉴。后来这款飞行器的机翼设计和气动设计试验所获得的结果被用在了洛克希德F-104星式战斗机中。

X-3试验机的尾翼比较高，一方面能维持气动稳定，另一方面可以避开尾喷口的气流和主翼的气流，尾翼的测试结构在后来被用在了道格拉斯F-4鬼怪战斗机上，也取得不错的成绩。

X-3试验机早期进行测试的时候，主要是研究纵向稳定性、操纵性、机翼及尾翼负荷和气压等参数，而专门为了高速飞行而设计的机身机翼却未能真正的派上用途，并未达到预期的2马赫的速度。

但是其进行高速起降的过程中发现，当时的轮胎技术并未支持，会发生熔化的情况，为了实现高速起降需求，轮胎技术进行了大幅度的改进，这也进一步促进了航空轮胎产业技术的发展。

X-3短剑试验机为了能达到2马赫的极限速度，整体设计非常单薄尖锐，可以说是飞机设计史上最尖锐的飞机之一。

虽然当年没有合适的引擎让其突破2马赫的速度，却也进一步测试验证了高速飞行的数据参数，并发现了横滚惯性力偶带来的危险，当时测试完毕之后，X-3试验机所获得的数据分发到整个美国航空业，为后来的飞机设计提供了有效的数据参考。

在第一架原型机测试的时候，第二架已经在建造中，不过因为第一架表现一般，第二架就终止建造，唯一生产出来的一架X-3短剑试验机在进行了51次飞行试验之后，于1956年送到美国空军国家博物馆中展出，结束了它为高速飞机的发展做出巨大贡献的一生。