下载

1下载券

加入VIP
  • 专属下载券
  • 上传内容扩展
  • 资料优先审核
  • 免费资料无限下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 败者为王——诺斯罗普YF-23战斗机终极解读(上)

败者为王——诺斯罗普YF-23战斗机终极解读(上).pdf

败者为王——诺斯罗普YF-23战斗机终极解读(上)

fyp8284
2012-08-06 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《败者为王——诺斯罗普YF-23战斗机终极解读(上)pdf》,可适用于人文社科领域

©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet诺斯罗普丫一战斗机终极解读上编者按也许再过年、年,甚至半个世纪,我们才能真正认识到年美国空军下先进战术战斗机项目选型在世界航空史上划时代的意义。这次选型不仅带来了世界上第一种第四代战斗机,而且在战斗机发展史上首次将机动性置于比较次要的位笠。为了再现当年那场影响深远的竞标,为了更深入的剖析美国空军以及美国航空界对未来空战的理解,本刊特邀请方方先生撰写此文。本刊曾于。。年第期刊载王者之冀》一文,结合本文,本刊希望给广大读者展现未来战斗机作战的一般理念及其运用到的航空技术蓝图。口本刊特约撰述方方起探索卜。现在,让我们回到」胜己年代⋯⋯年可以算是军用航空史卜划时代的一年。就在这一年,美国空军「一代战斗机选型终于尘埃落定,第四代超音速战斗机争结果的争论,即使在十四年后的今天也没有平息。竞争获胜的洛克希德一没有赢得更多的赞誉,倒是落败的一成了众多航迷也许还有不少业界人士心中的王者。不可否认,出现这种现象一个重要的原因是,一那个超前卫的气动设计实在是太漂亮一那么在一前卫的气动设计背后,究竟隐藏了什么呢它究竟为什么输掉了这场里程碑式的竞争呢也许我们可以一▲先进战术战斗机计划完全浮出水面。这次选型对二未来战斗机发展的意义无疑是极其深远的。俗话说“成王败寇”,一工年那次竟争的结果好像完全颠倒了过来。对于竞一年,美国空军的十划新一代重型战斗机,最终结果就是一正处于最后选型阶段,但战术空军司令部已将眼光转向了的后继机上。在这段时间,战术空军司令部投资进行了代号©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet一的项目研究,对后继机进行了初步探索。一研究报告于年完成,提出了一个概念原型一一先进战术战斗机。这只是一个相当粗略的概念,指望能从中看到今天一的影子是不可能的,但它的确是迈向第四代战斗机的第一步。此后数年间,战术空军司令部先后进行了一些小规模的研究计划,为作技术储备。除了战术空军司令部外,其它相关部门也没闲着。位于莱特·帕特森基地的飞行动力实验室在一巧首飞成功后不久,就展开针对下一代战斗机的全面技术研究,这些研究后来被纳入一个大的技术发展计划,即我们今天所熟知的先进战斗机技术综合应用计划。几乎与此同时,国防高级研究计划局也开始进行类似的研究。从年开始,飞行动力实验室的就相继进行了超临界翼型、数字式电传飞控系统的试飞。紧接着又开展了随控布局研究,架一、架一先后改装为研究机。特别是一的试飞令美国人获得宝贵的技术资料,为随控布局的实用化铺平了道路。和美国空军联合提出了高机动性飞机技术计划即计划,其下属的阿姆斯研究中心、飞行动力研究室等均有参与。最后洛克韦尔作为主承包商于年、月先后制造出架研究机,并于年月日首飞成功。工计划设计气动、结构、材料、动力装置和飞控等领域,研究项目包括近祸鸭式布局、机身机翼边条融合体、超临界翼型、变弯度机翼、翼梢小翼、弹性机翼设计、喷气襟翼、自配平设计、复合材料、主动控制技术等。年初,空军系统司令部提出一个发展计划,准备在一年间制造两架原型机进行试飞,但空军并没有多余的资金投人到这样一个耗资巨大的计划中去,因此这一计划只停留在纸面上。堂堂美国空军说没钱,恐怕会被第三世界的穷兄弟们砸死。但在当时确实有大笔开销等着美国空军买单年月,一巧小批量装备,并将很快进行大规模换装年月,一在计划中获胜,即将装备空军,而且将之“改装”为战斗轰炸机也需要资金作为空军采购一的交换条件,国会同意空军扩编,一旦实施也需要巨额资金⋯⋯当然,钱是重要因素,但决不是唯一决定因素,最关键的是美国人认为当时所有已知的苏制战机都不足以对一巧构成威胁有意思的是,年后美国国会要求削减一产量时,我们还可以听到类似的理由。年,美国空军开始考虑在概念中引入低可见性设计。这个决定对于当时的人而言显得非常突然。但在今天看来却是顺理成章的事一一作为美国众多黑计划之一,国防高级计划研究局的“试验隐身技术验证机”计划也称为“哈维”或“海弗蓝”计划已进人工程发©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet展阶段。洛克希德“臭助”工程队的方案中选,发展出著名的一隐身战斗轰炸机。隐身技术渐趋成熟,在此基础上研制隐身与气动性能俱佳的战斗机是美国空军的必然选择。另一方面,发动机推力的增大,则使得美国空军开始考虑在上实现不加力超音速巡航的可能性而苏联空军现役和未来的超音速战略轰炸机威胁则在战术上增大了对超音速巡航能力的需求。年,国防高级研究计划局招标研制前掠冀验证机,用于对前掠翼进行全面评估,同时作为未来先进战斗机的技术储备。这架验证机就是格鲁曼一。后来概念设计竞标时,外界多猜测格鲁曼方案是前掠翼,原因就在这里。年,美国空军制订了两个独立的发展计划是“改进型战术战斗机”,这是个短期项,期望通过短期内可获得的技术升级改进现役战机二是“先进战术攻击系统,’,这是长期发展计划,机体、航电、武器等都要全新研制,以满足未来战场的作战要求。由于美国空军对一和一的作战能力有绝对信心,因此的设计重点放在对地攻击方面。但随着苏联空军新一代战斗机的出现,美国不得不重新考虑以和搭配能否有效夺取制空权和实施空中打击的问题。到了年月,美国空军决定放弃计划,而也演变为兼顾对空作战和对地攻击的战斗机,井考虑增加短距起降的要求。这个过程看起来没有什么问题,唯·有问题的是时间年月,美国侦察卫星就在莫斯科郊外的拉明斯克试飞中心发现三种正在试飞的新型军机,分别赋予暂时识别编号拉明米格一,当时判定为和一巧同级的战斗机、拉明苏一,判定为类似一的对地攻击机和拉明苏一,判定为类似一的变后掠翼战斗机。为何美国空军在年制订和计划时没有丝毫反应直到年才加以变更可能有以下原因卫星情报判读和分析需要时间美国低估了苏联航空工业的水平官僚体制导致情报传递缓慢和反应迟钝。年,美国空军启动了代号“天空长者”的研制计划。空军经过长期研究后,提出一系列针对未来先进战术战斗机的要求,包括采用新型复合材料、先进屹控系统、先进推进系统以及隐身技术等等。空军高层相信,在世纪初服役之,也就是一、一等第三代战斗机退役之时现在来看,可以说当年的技术目标已经完全实现了。年月,美国空军发布第一份关于的信息需求,并邀请家公司参与讨论波音、费尔柴尔德、格鲁曼、洛克希德、麦道、诺斯罗普、洛克韦尔、沃特。月,空军发布针对推进系统的,邀请家厂商参与。年月,空军发布任务要素综述。美国空军在仔细研究了家‘商针对提出的意见后,考虑修正对的性能要求。首先,美国空军认为必须将超巡能力作为未来的重要性能指标之·。在很大程度,这是出卜高烈度欧洲战争条件下夺取中欧制空权的需要。北约认为,在两大阵营爆发全面战争的情况】,北约·线战机几乎不可能幸存。夺取中欧制空权的北约战机很可能必须从比利时、荷兰、卢森堡甚至英国起飞,并穿越被占地区土空。超一音速巡航能力将大大缩短在对方防空系统内暴露的时间,提高生存能力。当然,超音速巡航带来的好处不止于此,但这确实是提出超一音速巡航要求的初衷。由于可能需要从西欧基地起飞,必须具有远优于一巧的续航能力,这也是在的设计要求中“跨战区肮程”©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet的由来。在前沿和纵深机场均可能遭到破坏的情况卜,短距起降能力将大大提高’的部署能力。特别是短跟精确着陆能力、对于美军战机及时增援欧洲盟国非常币要这也是,年北约大力发展垂直起降忆机的主要原因之。此外,由于作战览机造价和复杂程度急剧增加一这代飞机服役时就有人惊呼,照此趋势,到年美囚一年军费将只够采购架战斗机,美空军必须抑制这趋势,为此设置厂尺寸和贡髦限制,井强烈要求一家采川先进技术以减少生产和维护费用这思路尤其值得我们参考。在此期间,的设计重点也发生变化。按照“大趋势”计划研制出来的一已年月首屹,很快将交付使用。该机足以完成突破华约防空系统、实施纵深精确打拍勺任务。一虽然陈旧,但在年代仍然是一种有效的纵深攻击机。同时美国空军年启动“双重任务饯斗机”计划,研制一的后继机,备选方案是麦道的一和通用动一。预定将干年代取代一川。在这种情况卜,美囚空军不再强调的对地攻击能力。因此角色再度转换山年的兼具对空对地能力的战斗机转变为专用空优战斗机。在笔者看到的资料中,没有提到的设计重点更改的其它原因,给人印象就是主要日门飞计划的出现,减轻的任务负荷,使之可以转向专用空优。但如果我们留意一厂时间就会发现,当初预定服役时间正是年代初,不的预定服役时间相同。加上出现的其它好处,笔者认为实际情况可能是这样的既要对苏联第三代战斗机形成压倒性优势,又要保证良好的对地攻击能力,以美国航空工业的水平来说,不是不可能做到,但必然会导致成本卜升,风险增大。为了满足空军降低造价和复杂程度的要求,以现役战机改型分担的部分任务是可行且廉价的选择。换句话说,转型是出现的原因而非结果。年月,美国大部分战斗机一商代表和空军代表在加州阿纳海姆开会讨论概念。会上,的概念基本成型,已经非常接近我们今天所看到的样子该机已被明确为下一代空优战斗机必须其备超巡能力作战半径一公里具有在米跑道起降的能力,为此发动机需要装备反推喷管执行空战任务时起飞重量不超过吨,执行对地攻击任务时起匕重量不超过吨。随后,美国空军发布方案需求,开始进人概念详细研究价段。年」,阶段结束,空军发布了一份最终方案需求报告。也许大家注意到厂,在卜述概念,卜没有个‘笋提绝身技术。原因在日捻身技术此时仍属“黑计划”之列。美国空军组然考虑在,,引入隐身设计,但如果要在当时仍未进入保密阶段的项目中提出这一要求,必然要被迫公。厂。。,。,,。。二。开相关的黑计划,包括绝密的“大趋势”计划,这是空军高层所不愿看到的。年月,美国空军向所有厂商发出概念设计招标,波音、通用动力、洛克希德、麦道、诺斯罗普、洛克韦尔宣布参与竞标。空军预计可以于年月前完成最终报告。年月,针对的发布之前,空军已经发布了研制所用发动机的。该项目最初称为“先进战斗机发动机”计划,后改称“联合先进战斗机发动机”计划。根据空军要求,这种发动机必须具备自启动能力能不依赖地面设备进行自主检测高推重比高可靠性和可维护性。事实上,前两项要求是针对欧洲全面战争的。和超巡、高续肮力、短距起降能力一样,都有助于不受地面条件限制。年月,空军宣布普·惠的一空军编号一和通用电气的一空军编号一中选,获准研制发动机原型机。空军要求,两种发动机必须可互换,以确保发动机选型竞争不会影响机体设计,换言之,发动机的尺寸、各种管线接口不能相差太大。经过竞争试飞后,中选型号将作为生产型的唯一动力。到年底,的方案需求进一步明确超音速巡航速度不小于,起飞滑跑距离小于米起飞重量不超过吨作战半径大于,公里在速度为时可以完成盘旋高度引米,时盘旋过载高度米时瞬时盘旋过载高度米时稳定盘旋过载海平面从加速到耗时秒高度米,从加速到耗时秒飞机单价万美元年美元值,后降到万美元全寿命费用和一相当。按美国空军最初的想法,他们希望采川“验证确认”模式来研制当初研制出一计划就是这一模式,©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet而不是轻型战斗机计划,研制出一采用的原型机对比试飞模式。在前一种模式中,竞争方案将进行除了试飞以外的所有测试航电设备在模拟器上测试气动设计的优劣通过风洞试验确认进行雷达反射截面积测算厂家将制作全尺寸木制模型用于必要的测试和评估,但不制造原型机。只有获胜的厂家才可进人全尺寸发展阶段,制造原型机进行全面试飞。年月,美国空军发布完整的验证确认阶段方案需求,截止日期为年月后延长至月。作为验证确认阶段的一部分,厂家将制造全尺寸和小比例模型,通过风洞试验评估其气动性能,并进行雷达反射截面积测算,检测其是否满足低可见性指标。在这次发布的中,美国空军首次提到,可能采购多达架的。前述波音等家公司全部参与了验证确认阶段的方案投标。年月,美国海军宣布加入计划,同意在基础上研制,用于替换一。而空军同时也宣布,将在海军先进战术攻击机计划基础上研制新一代重型攻击机。国会对两大军种的态度表示满意,因为这将有助于缓解紧张的国防预算。但年之后,由于美国海军没有获得的进一步拨款,该项目宣告终止。年月,美国空军在外界的强大压力下被迫宣布放弃“验证确认”模式,改采用原型机对比试飞模式。相比之下,前者在招标竞争阶段进度快、开销少。但飞机的很多问题必须经过试飞才会暴露出来。如果只是小麻烦,那还好说如果不是,那么空军连选择的机会都没有了,只能一条道走下去,结果必然是进度拖延、费用超支,其损失远不是竟争阶段那点好处所能弥补的。最典型的例子就是年代的一银河运输机和一战斗轰炸机。国会和五角大楼中的很多人对这两个项目的惨痛教训仍然记忆犹新。在白宫指示下于年月成立的一个蓝带委员会主席就是前国防部长大卫·派卡德,正是在他的要求下采用竟争试飞模式强烈建议空军在确定方案前必须进行原型机对比试飞。按照空军的最新决定,将在家竞争厂商中选择家分别制造原型机进行对比试飞,以确定最后的胜者。此后,在投标截止日期到来之前,竟争形势又发生了变化。空军认为,如果投标厂商之间采取组团合作模式,将有利于彼此吸收有利的经验,而空军则可以得到最好的方案。而对于厂商来说,在预期的“胜者独得”的游戏规则下,失败一方必然遭到严重损失,甚至可能就此退出军机市场二战以来美国航空工业多次出现这种情况,因此家公司采取了团队竟争的策略洛克希德、波音、通用动力组成一队,诺斯罗普和麦道组成另一队。这只是从大的层面来看,而在小的层面,比如洛克希德团队的子项目中,也有诺斯罗普或麦道的人在工作,反之亦然。整个形势呈现出一种错综复杂的竞争合作关系,其最终目的就是为了避免一失全失。此外,空军提供的研制经费太少中选的两方各获得亿万美元也是组队竞争的原因之一。只有格鲁曼和洛克韦尔仍独立参与竞争。年代以前,在美国战斗机领域,诺斯罗普的地位并不是特别重要。二战期间诺斯罗普最出色的作品莫过于一黑寡妇,而该机之成名并非由于其战绩,而是因为它是美国第一种装备雷达的夜间战斗机。年代,诺斯罗普于年开始研制的均衡而廉价的一系列对美国空军毫无吸引力。接下来的一眼镜蛇方案根本无人问津,一衍生出的一在竞争中败给了一。虽然一在海军计划中扳回一局,但主承包商却变成了麦道。一的最终衍生型一在出口竞争中再次输给一。在前面提到的计划中,诺斯罗普的验证机又输给了洛克希德。唯一值得庆幸的是诺斯罗普赢得了先进技术轰炸机,其成果是计划这得益于它自年代以来就一直在研究的飞翼布局。诺斯罗普之所以选择麦道作为合作伙伴,主要原因之一是双方在计划中曾经合作过。麦道在军用飞机的研制经验方面要比诺斯罗普丰富的多,当时空军的主力一巧就是麦道产品,选型也是麦道一胜出。这是空军选型时必然会考虑的有利条件。对于麦道来说,诺斯罗普拥有丰富的隐身飞机设计经验,双方一拍即合。年月日,美国空军宣布,个竞标方案中洛克希德和诺斯罗普的方案©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet要求。反推装置原本设计用于飞机进近着陆阶段的速度控制,也可用于飞行中减速。但试飞结果表明,反推装置比预计的更重,需要的冷却空气也更多。而年的国际形势已经缓和,对短距精确着陆的要求不再象年代初那么迫切,权衡利弊之后,美国空军将之取消。的着陆距离要求也从米放宽到巧米,而飞机的重量和复杂程度也因此降低,这有利于提高飞机性能和可靠性。年,国防预算削减迫使美国空军将战术战斗机联队的数量从个减少到个。但在当年提出的空军换装计划中,的采购数量仍维持架不变。根据计划,全尺寸发展阶段将于年开始,第一架全尺寸原型机将于年交付,年将装备部队,并以氮年架的速度交付。但在年底,空军调整了进度表,将其延长一年,并在全速生产阶段前,将低速生产架用于小批试验。年月,美国空军发表全尺寸阶段的需求草案。月日,装备采购委员会批准原型机研制工作的终止日期向后推迟个月,整个竞争试飞阶段结束日期也因此推迟到年中,全尺寸发展阶段则顺延一年。空军同意将方案需求报告的发布日期由年月底推迟到年月,并在此时作出选型的最后决定。在研制过程中,诺斯罗普再度发扬了它节俭的风格也许该称作天性,按照验证机的标准来制造两架一原型机主起落架改装自一的主起前起落架则直接用一巧的座舱设备照搬一,只装上了必需的仪表,包括多功能显示器在内的昂贵而非必要的设备全部取消虽然空军已经在年宣布取消采用反推的要求,但诺斯罗普并未修改原始设计,使得一的后机身特别是发动机舱明显大于实际需要尺寸,这带来了额外重量和阻力只设计了主武器舱,格斗导弹舱甚至只停留在纸面上。一机上也没有装备任何非必要的航电设备包括雷达、电子对抗系统等。完整的航电系统将装在威斯汀豪斯的一飞机上进行测试。诺斯罗普这种省钱法必然会对后来的评估造成负面影响特别是后机身和格斗导弹舱的问题,牵涉面较广,工作量大,增大了研制风险。在空军看来就是我花了钱,却还得不到想要的东西。大约年后,波音在一上重蹈覆辙,试飞设计与目标设计不一致成为一落选的主因之一。而对干一来说,最后空军宣布其失败的官方理由之一就是研制风险大店究实际情况而言,其风险主要不是来自这里,但诺斯罗普的省钱法毫无疑问是为此作了一定的“贡献”。年,安装一发动机的第一架一原型机一民用飞机注册号,美国空军序列号一运©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet抵爱德华兹空军基地。除了黑寡妇一的绰号,该机还有另一个昵称灰色幽灵。年月日,该机进行了公开展示。月日,爱德华兹基地号跑道,一在保罗·梅斯看过《王者之翼》的朋友想必还记得此人的操纵下开始首飞。滑跑米后,一腾空而起。到达米高度后,保罗·梅斯保持度迎角,将油门收回军用推力状态。此时已在空中准备伴随护航的一巧必须开加力才能跟土一,一则已经跟不上了一一币一的起落架甚至尚未收起一爬升到米,收起起落架,开始进行基本系统功能测试,进行了如俯仰、滚转、偏航等一系列机动动作。然后保罗·梅斯淮备和一巧护航机编队匕行。但在此过程中,一进行一个的左转机动时,左主起落架突然开锁,导致起落架舱门打开并被高速气流吹坏。在巧飞行员确认一没有其它问题后,保罗·梅斯操纵飞机返航。整个首飞历时分钟,最大速度达到,最大飞行高度米。这次首飞比一早了足足一个月,一可算是先声夺人。月日,一进行第二次试飞,但由于飞行中发现发动机冒黑烟而被迫中止。由于时间紧迫,工程人员进行紧急检修后,一再次升空,按计划完成超音速试飞。月日,一进行第一次与一的空中加油试验。在这次试吃中,一以的速度飞行了小时。月日,一完成第一次超音速巡航,巡航速度达到。到月日为止,一共完成架次试飞。月日,安装一的一一,昵称蜘蛛在吉姆·森德博格德操纵下完成首飞,飞行持续了分钟。试飞员表示,虽然装用不同发动机,但的操纵品质和一感受不到差异。一主要用于完成超巡试飞。月日,一在超巡试飞中达到马赫数,这是在试飞中达到的最大超巡速度一一通用电气方面表示,如果一采用一可以达到的超巡速度的话,那么一在一加驱动下应该可以达到的超巡速度。该机的超音速巡航时间累计略超过小时。到月日,一完成最后一架次试飞一的试飞工作于天后结束。在不到个月的试飞中,一共飞行架次,累计飞行时间约小时。而一则试飞架次、小时。两架原型机的试飞科目和数据目前仍未解密,外界所了解到的只是一在试飞中最大平飞速度达到,最大机动过载,最大使用迎角度。关于这次试飞竞争,计划主任费恩准将表示美国的采购战略一直是由承包商实施他们认为最适合其设计的试验计划,在实施试验计划过程中,承包商拥有竟争各方的飞行试验必然不同,因为设计本身就不同。费恩和空军系统司令部司令耶茨上将强调,这次试飞不是传统的竞争试飞,而是为全尺寸发展阶段进行数据采集和实践。因此两种原型机没有真正意义上的对比试屹项日。耶茨说“这是减少凤险计划的一部分。”费恩进一步阐述道“这项计划的的是建立技术储备,当我们开始全尺寸发展时,已经有了套很好的、明确的要求和已知的技术。因此,对’这个计划,我们应有一个已知的价格⋯⋯明确的试飞只是这个计划的一部分。”年月日,美国空军宜布,洛克希德集团的一方案在竟争中胜出,同时普·惠的一发动机也被选中作为未来一的发动机,一几者将进入全尺寸发展阶段此时已改称“二程制造发展阶段”。竞争结束后,两架一仍保存在爱德华兹基地,但移交给的德雷登试验中心。两架原型机的发动机均已拆除,也没有任何计划让一恢复匕行。其中一架曾被用于校谁技术研究。年夏,加利福尼亚州霍索恩市的西方飞行博物馆向长期租借架,一被选中。一则还在爱德华兹基地,由空军试验中心博物馆收藏。▲设计特点一展现了与一完全不同©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet卞栏责任编辑陈位吴的设计概念,也体现了诺斯罗普麦道设计团队对未来空战要求的理解。总体布局一的总体布局在很大程度仁继承了诺斯罗普概念设计方案的特点。其菱形机翼形尾翼的布局,介于传统正常布局和无尾布局之间。单座,双发中单翼,腹部进产龙。和一一样,一最终并没有采用一度呼声颇高的鸭式布局。事实上从七家公司的方案无·采用鸭式布局这点卜就能看出美国人的倾向了。在一定程度卜,这是受几年前七巨头讨论会上通用动力的影响哈瑞·希尔莱克说“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”笔者在《王者之翼》中曾提到过,拒绝鸭式布局的原因之一是配平问题。如果按照能够进行有效的俯仰控制原则来设计鸭翼,那么鸭翼就无法配平机冀增升装置产生的巨大低头力矩。如果需要配平增升装置,那么鸭翼必须增大,对机冀的下洗也随之增大,反过来削弱了增升效果。「历且为了防卜深失速,可能还需要增加平尾。另一方面,从跨舒速面积律来说,大鸭翼很难满足跨音速面积律的要求,增大了机身设计难度和超合速阻力这对于强调超巡的特别是一来说,尤其难以接受。而拒绝鸭式布局的另一个重要原因是隐身问题。鸭翼的位置、大小、平面形状很难和隐身要求统一起来。隐身设计的一个重要原则是尽量减少但不可避免机体表面特别是迎头方向的不连续处,而鸭翼恰恰难以做到这一点。如果还希望把机冀前后缘对应的主波束数量减至最少也就是前后缘平行,将带来更大的设计困难。虽然根据美国空军的要求,必然兼顾隐身和机动性,但各个公司设计思想不同,飞机性能偏重也必然不同。从一最终选择了形尾翼而非传统四尾翼布局来看,诺斯罗普追求隐身的意图相当明显,他们的设计可大大减小飞机的侧面雷达反射截面积。由于减少一对尾翼,一犯机重量和阻力也可减小,对于提高超巡能力也有助益。但随之而来的是操纵面的效率问题和飞控系统的复杂化。机身为满足“跨战区航程”的要求,必须有足够大的载油量而考虑到隐身要求飞机不能外挂副油箱,所有燃油必须由机内油箱装载。因此无论是一还是一,都必须提供足够的机内容积儿乎相当于一巧的两倍从机体尺寸来看,一机身长度增加明显,但仍然有限,因此其机内容积增大必然主要来自飞机横截面积的增大。如果从跨超音速阻力方面来考虑,飞机横截面积增大不利于按照跨音速面积律来设计飞机。适当地拉长机身,有助于平滑廷机的纵向横截面积分布,减小跨超音速阻力。。,。。。。,名。。丫但机身加长,必然导致飞机纵向转动惯性增大,这对卜提高飞机敏捷性和精确控制能力是不利的。苏一的机身长度和一相近,有飞过苏一的飞行员说,该机操纵惯性较大,并不是那么好飞。事实匕仅仅从机身设计的特点我们就可看到一和一在设计思想方面的差异。从机内载油量来看,一载油”屯,一载油,屯,考虑到机内弹舱设计载弹量相同之所以说设计,是因为一的格斗弹舱还停留在图纸」二,那么一的机内容积不会大于一。而一的机身长度却明显长于一后者由于尾撑和平尾的原因,实际机身长度只有米多,这意味着即使在飞机最大横截面积相当的情况下,一也可以获得更平滑的横截面积分布也就是更小的跨超音速阻力,当然也获得了更大的纵向转动惯量。不难看出,为了解决横截面积增大带来的阻力问题,一和一的选择截然相反,前者选择了速度性能而牺牲了敏捷性和精确控制能力。这也在一定程度上反映了两大集团对未来战斗机的定位。在外观上,一的机身颇有些洛克希德一黑鸟的风格,看七去就像把前机身和两个分离的发动机舱直接嵌到一个整体机翼上一样。前机身内主要设置雷达舱、座舱、前起落架舱、航电设备舱和导弹舱。前机身前段横截面近似一个上下对称的圆角六边形,然后逐步过渡到圆形横截面,最后在机身中段与机翼完全融合。后面的进气道和发动机舱横截面仍是梯形,并以非常平滑的曲线过渡到机翼或后机身的“海狸尾巴”,这有助于减小相互之间的干扰阻力。前面提到过,空军取消了采用反推装置的要求,而诺斯罗普并未修改设计,在后机身形成非常明显的“沟©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet槽”,带来不必要的阻力增一量。边条边条翼布局在大迎角时比鸭式布局的升力特性有更大优势这是影响诺斯罗普选择一整体布局的因素之一。就传统边条而言,其展长的增大面积也增大对提高大迎角时的升力有明显好处。但展长越大,大迎角下产生的上仰力矩也越大,成为制约边条大小的一个因素。但显然一的边条不同于三代机上的传统边条。其三段直线式窄边条设计相当有特点,从机冀前缘一直向前延伸到雷达罩顶端。这种边条倒是和一的边条颇为类似。一的边条具有以下几个功能产生边条涡,在机翼上诱导出涡升力,改善机翼升力特性利用边条涡为机翼上表面附面层补充能量,推迟机翼失速起到气动“翼刀”的作用,阻止附面层向翼尖堆积,推迟翼尖气流分离事实上由于一机翼根梢比很大,高速或大迎角下可能会有明显的翼尖分离趋势控制大迎角下机头涡的分离,提供更好的俯仰和方向稳定性一一直到第三代超音速战斗机,大迎角下机头涡不对称分离的问题仍未解决,这是限制飞机进人过失速领域的一个重要因素。但如果从传统观点来看,一的边条太小,能否产生足够强的涡流,起到应有的作用还是个疑闯矛娇口果确实可以,那么一种可能性就是该机边条的作用原理有别于传统边条、另一种可能就是还有其它的辅助措施来协助改善机冀升力特性。有资料提及,“机头和内侧机翼所产生的涡流对尾翼没有什么影响”,这可能意味着一机翼内侧可能有某种措施以产生涡流,起到和边条涡类似的作用。在一的进气道顶部各有两块控制板,用于控制机冀上表面的涡流。一可能也有类似设计其机翼内侧有进气道附面层的放气狭缝,不排除附面层气流经过加速后由此排出,借以改善机翼上表面气流状态的可能性。机翼巨大的菱形机翼可以算是一最突出的外形特征之一。机翼前缘后掠度,后缘前掠度,下反角度,翼面积平方米,展弦比,根梢比高达。诺斯罗普之所以选择这样一个占怪的机翼平而形状,最重要的影响因素就是隐身。一的隐身技术继承自一,两者有类同之处其中之一就是形的四波瓣反射特征。要实现四波瓣反射,机翼前后缘在水平面内必须平行。这样来,诺斯罗普没有更多的选择要么采川后缘后掠设计,形成后掠梯形翼,旅本类似一的机冀要么采用后缘前掠设计,形成对称菱形冀。采用后掠梯形翼,好处是后掠角选择限制较小,可以根据需要进行优化毛和三角翼相比,缺点也很明显结构效率较低内部容积较小,对于要求跨战区肮程的而言影响尤大气动弹性发散问题较明显机翼相对厚度的选择受限制,不利于选择较小的相对厚度来减小超音速阻力。如果选择后缘前掠设计,绷机翼前缘后掠角后缘前掠角较小时,这种机翼更接近于诺斯罗普惯用的小后掠角薄机翼典型的如一、一,所面临的问题则和后掠梯形翼相同溜儿的续航能力和优良的超音速性能是这种机翼难以解决的巨大矛盾。而采用大后掠角的对称菱形翼,在隐身卜是有利的一采用高达度的后掠角,就是为了将雷达波大幅偏转出去但气动方面的限制已经否决了这种可能性展弦比太小,气动效率极低,这种飞机造出来能不能飞都是个问题。而且后缘前掠角太大,将使得机翼后缘的增升操纵装置的效率急剧降低直至不可接受。综合权衡之下,只有采用中等后掠角的对称菱形翼,才能在隐身、续航、气动等诸方面取得令人较为满意的平衡点。至©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet本中贪了编辑陈位吴于为什么恰好选定度后掠角,笔者认为,在其它条件基本得到满足的情况下,优化边条涡的有利干扰应该是影响因素之一。不过,既便如此,度的后缘前掠角也严重影响了机翼后缘气动装置的效率一必须使用更大的襟翼下偏角来保证增升效果,但这又增大了机翼上表面附面层分离趋势,不但增大了附面层控制难度,也反过来降低了增升效果另一方面,一的副冀效率也不佳,导致其滚转率不能满足要求,而这最终影响到了竞争试飞的结果。就机翼的特点来看,诺斯罗普的考虑优先顺序首先是隐身,其次是超音速和续航能力,最后才是机动性和敏捷性。为改善机翼升力特性,一采用了前缘机动襟翼设计,其展长约占翼展。有资料称该机采用的是缝翼设计,但在一试飞照片上看不出缝翼的特征。而且从隐身角度考虑,当缝翼伸出时,形成的狭缝将成为电磁波的良好反射体,这对于诺斯罗普来说是绝对不能接受的。事实上,前缘襟翼对飞机的隐身特性仍然有不和影响。最好的解决手段是在一卜验证的任务自适应机翼技术,可以避免机翼表面的不连续和开缝,不过遗憾的是直至今天这一技术仍未投人实用。对此,一采用了从一上继承来的菱形槽设计,使得襟翼偏转时该处成为低雷达反射区。而极力追求隐身的一竟然不考虑这个细节,唯一的解释就是在该机的典型作战状态超巡时,机翼为对称翼型,不需要偏转襟翼。位于一机冀后缘的气动操纵面设计相当有特色,可算是一的亮点。有的资料称,机翼内侧为襟翼,外侧则是副翼,但实际情况远非这么简单。简单的襟翼、副翼之分,并不符合诺斯罗普在。,。。,。。、二。一几体现出来的“一物多用”的设计思想。就一的试妞照片来看,内、外侧控制面均有参与增升和滚转控制口因此笔者将其定位为“多用途襟副翼”。之所以说“多用途”,是因为这两对控制面除了传统襟副翼的功能外,还兼有减速板和阻力方向舵的作用当内侧襟副翼同时下偏,外侧襟副翼同时偏,在保证机翼不产生额外升力增量的同时,产生对称气动阻力,起到减速板的作用当只有一侧襟副翼采用卜卜偏时,则产生不对称阻力,起到阻力方向舵的作用这肯定是从一的设计继承发展而来的。这种设计相当新颖,有效地减轻乖量,但飞控系统的复杂性和研制风险则不可避免地增大了。尾翼形尾翼设计并非诺斯罗普首创。年法国教练机就采用了形尾翼。洛克希德的一也是如此不过比较特殊,只提供方向控制。但在©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet一目跨澡璧半月刀年」总第期强调机动性的未来战机上采用形尾冀设,一是第·个。一的形尾翼设计相当独特。为保证波瓣雷达反射特性,平尾前后缘在水平面内的投影分别和机翼前后缘平行。这使得该机尾翼看起来相当巨大。考虑到大部分雷达反射发生在与水平面成士度的范内,一采用将尾翼外倾度的设计,以确保雷达波不会被反射回接收机,但相应的尾翼效率也降低了。相比之,一采用外倾度的设计,处于隐身设计的边缘,属于隐身和机动综合权衡的结果。按照公开的说法,一出大迎角机动性的要求,其尾翼采用宽八抖可布置,完全避开了边条和机翼内侧涡流,因此改善了剧烈机动状态下俯仰、滚转和偏航控制。就隐身衍言,一的尾翼设计显然是成功的,但其气动效率却不免令人担心。偏航、俯仰、滚转,二轴控制全部包揽。·物多用固然好,但重要却往往被人忽略的一点是尾翼的总控制能力是有限的,某个轴占用较多的控制能力,必然会削弱粼已轴的控制能力。当飞机陷于比较复杂的状态时,一的尾翼未必能兼顾。看看后来一的过失速试飞情况就知道了,操纵面的控制负荷是相当重的,而且还要加上推力矢量控制才行。当然,换个角度想,可能诺斯罗普压根儿就没有考虑超大迎角飞行的控制问题。能够保证大迎角范围内不出现气动发散的情况诺斯罗普称,风洞数据显示一可以在所有迎角范围内稳定飞行,但一的试飞迎角最终也没有超过度,是诺斯罗普在这方面所作的极限。毕竟机动性并不是一的第一优先标,过失速机动性就更不用说了。飞控系统和推力矢量控制随控布局经过长期验证在设计阶段已经相当成熟。一应用随控布局技术、为此采用电传飞控系统并不令人意外。不过由于最终竞争失败,外界对该机的飞控系统细节了解极少。前面已经提到,一在设计土具有鲜明的“一物多用”的特色。由于减少操纵面和相应的控制机构,有助于飞机减轻重量和减小阻力,对于改善飞机隐身特性也是相当有利的。但除了操纵面负荷问题外,这种设计必然面临的一个考验就是飞控系统的复杂化。固然,在已经成功的一之也可以见到类似的设计,不过必须看到的是,对于不需要进行复杂机动的轰炸机而言,这种一物多用的设计问题不大然而战斗机即使在常规条件下的机动,其操纵面的偏转控制也是相当复杂的,一物多用的设计必然会加大飞控系统的复杂程度和研制风险。如果还要考虑超常规飞行的话,飞控系统的设计难度可想而知。飞控软件的编制是飞控系统设计难点之一。自电传飞控系统实用化以来,大多数一流战机都在这上面栽过跟头。年月日,一因为飞控软件问题造成“飞行员诱发振荡”,撞地损毁。后来一试飞阶段还不断对飞控软件进行改进升级。连基本按照常规设计的一飞控系统都有这么多麻烦,非常规设计的一飞控系统就更难说。在对设计风险的判断上,美国空军还是比较准确的。如果一采用了推力矢量控制系统,一物多用带来的控制面负荷问题可能会得到缓解,对改善机动性和敏捷性也有好处。但诺斯罗普最终放弃了推力矢量,以确保其首要目标隐身能力。因为如果要应用推力矢量控制技术,就必须更改后机身设计,不仅增大了屹机重量,也导致飞机雷达反射截面积主要是后向增大和红外隐身能力下降因为必须取消那个沟槽式尾喷口设计。这并不符合诺斯罗普的设计思想。进排气系统进气道和发动机级压气机是喷气机前方雷达反射截面积的仁要来源,设计稍有不慎即可导致为隐身所作的努力全数付诸东流。通常在中、高空©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet旧跨滩枯平月刊年月总第期装置机翼下表面未喷漆区域,并经机翼上表面排出一一由于进气口靠近机翼前缘,附面层厚度不大,因此不需要采用大型的附面层隔道,有助于减小雷达反射特征。在发动机舱上表面还设计有辅助进气门位于附面层排放狭缝旁边的带锯齿后缘的梯形板,用于在起降和低速状态下满足发动机的进气需要。根据隐身原则,进气道自进气开始向内、向上弯曲,从正前方根本不可能看到压气机叶片,可获得较好隐身效果。此外,一采用了固定式进气道设计,以避免可调式进气道的调肯斜板之间的缝隙和台阶产生的雷达反射。压缩斜板为二波系设计,并按照一的预计巡航速度作了优化。一的发动机喷日设计带有明显的一风格。沟槽状喷口位于形尾翼之间扁平的“海狸尾巴”上,以耐热材料作为衬垫。喷口顶端铰接一块五边形调节板,用于调节喷口大小。在海狸尾巴、形尾翼、沟槽侧壁的屏蔽下,来自燃烧室的热喷流在沟槽段与冷空气混合降温二元矩形喷「使得喷流更容易与周围空气混合,然后再排出机外,红外特征较之常规战斗机明显降低。除厂隐身作用外,笔者推测,一的喷口设计可能还具有引射增升的作用,形尾翼则起到了类似端板、增强增升效应的作用。不过这一推测没有获得资料证实。高压压气机、较大增压比的低压压气机、较高的涡轮前温度和较大的非加力状态推力。为了满足不加力推力的要求,通用电气选择了变循环技术。其一发动机上使用了一种特殊的可变面积外涵道引射器,通过控制内、外涵道空气流量来改变涵道比。在超音速巡航状态下,一以接近涡喷发动机的方式工作涵道比接近,只有少量外涵道引气用于冷却亚音速飞行时,一以涡扇发动机的方式工作最大涵道比约。一为双转子方案,采用同轴反转技术,两级低压压气机,高低压涡轮均只有一级。采用三余度数字式发动机控制组件。和一相

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

评分:

/14

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利