向气动极限冲刺.doc

20 世纪 80 年代中后期由于空对空导弹的发展，对战斗机空战性能的要求已经从持续高 G 转向机动性能演变到快速指向的敏捷性。以往被视为空战禁区的失速和过失速领域，现在看来却被视为克敌制胜的重要法宝。 X-29 的矢量推进计划 　　1936 年德国人首度提出前掠翼飞机的设计概念，但是当时并没有建造出一架模型出来，一切都还只停留在图纸的阶段。而到了二战末期，飞机的空速越来越快，当传统的平直翼构形（即机翼与机身呈 90 度垂直）的飞机接近声速时，流过机翼的上层表面的气流会因为比机体更接近声速，而产生扰流，使飞机的操作变得更困难。因此产生了后掠翼和前掠翼的相关研究，希望能解决这个问题容克发展了 Ju 287 进行在前掠翼方面的尝试。与此同时，美国有一家名不见经传的小飞机公司 Cornelius 在 1944 年也建造了二架前掠翼无动力的燃料运输滑翔机，但是美国人在这个计划上，同样也没有继续下去。到了二战结束，NACA 的专家曾在风洞中测试前掠翼飞机的设计，并发现了前掠翼飞机的一些潜在的优点。而前苏联在俘虏了一些德国科学家后，在这个领域上有一些尝试，但是最后还是放弃了。1964 年，一家德国的飞机制造公司建造了 50 架 HFB-320 商用的前掠翼喷气式客机，这应该是前掠翼飞机第一个进入生产，实用化的机型了。 Ju 287 的前掠翼布局更多是为了配平机头发动机的需要 Cornelius XFG-1 前掠翼滑翔机 HFB-320 采用前掠翼布局是为了尽量扩展客舱空间 　　这些早期发展的前掠翼飞机碰上了许多问题，而 NACA 的专家在更多的风洞测试后发现前掠翼飞最主要的缺点在于气动弹性发散，使得机翼的强度设计必需大辐度增加，远超过当时传统材料所能达到的范围。而且机翼设计强度的要求还会随飞机速度的增加而大辐增加，使得传统的刚性材料几乎不可能造出超音速的前掠翼飞机。一直到了 20 世纪 70 年代中期，新的复合材料出现料出现，使得这个问题得到改善。先进的复合材料使得机翼可以以更轻的重量获得更高的强度，并允许一定程度的弯曲，以降低机翼因为扭曲变形而折断导致飞机失事坠毁的机率。然后陆续才有一些飞机公司投入前掠翼飞机方面的研究。到了 20 世纪 70 年代末期，罗克维尔公司提出 Sabre bat 战斗机的模型，通用动力则是改装了 F-16，但最后 DARPA 在 1981 年还是选择了 Grumman 公司的版本。 前掠翼反向的展向流动导致翼尖弹性气动发散的问题 外形很科幻的罗克维尔公司 Sabre bat 战斗机模型 F-16 FSW 模型 最后获胜的格鲁曼 X-29 方案，沿用了 F-20 虎鲨的机体 X-29 计划的重点有三，前掠翼飞机设计和使用复合材料的机翼都说过了，最后一个问题就是飞机需要更细致的操控，才能进行超音速的飞行。因此，X-29 计划的第三个主要测试项目就是计算机辅助飞行系统。经由感测到的飞行速度和高度等的变化，计算机每秒钟要对飞机的飞行控制界面例如“升降襟翼”等，下达超过 40 道修正指令，平衡机机的升力和阻力，以确保飞行的稳定性。X-29 共配备三套数字式的计算机辅助飞行系统，并有三套模拟式的计算机辅助飞行系统做备份。万一有一套数字式的计算机辅助飞行系统故障，剩下的二套数字式的计算机辅助飞行系统仍能维持飞机飞行。万一有二套数字式的计算机辅助飞行系统故障，模拟式的计算机辅助飞行系统立即启动。这使得飞行的安全性有了明显的提升，比早期的一些试验飞机一发生故障即失事，有了长足的进步。 　　然而虽然 X-29 先进技术验证机的前掠翼提供了 45 度迎角的滚转控制能力，但在高迎角的低头能力仍然显得不足，这一点有待通过矢量推进技术加以弥补。在政府的资助下，X-29 于 1981 年年初进行了矢量喷口的研究，格鲁门公司用的是通用电气公司的 ADEN 喷口，因为 X-29 的 F404 发动机正是该公司的产品。矢量推进技术可以进一步增强 X-29 的俯仰控制，再加上前掠翼设计，形成了完整的高迎角能力。但 X-29 对持续机动能力较为重视，期望矢量推进技术可以产生升力分量，提高转向的向心重力加速度。在风洞的测试结果显示，前掠翼的升力效果已经非常优秀了，仅在瞬间的转向速度上还有待提升，但这一点对持续转向的影响不大。 准备安装在 X-29 上的 ADEN 喷口外形 　　而测试表明 ADEN 喷口对起飞性能的改善有比较明显的作用，所谓 ADEN 喷口是通用电气公司于 1972 年为美国海军的先进垂直/短距推进计划所开发的，其主要的设计思想是能通过导流板将发动机射流转向 90 度以上，从而使飞机具备垂直起降的能力，因此这种喷口被命名为“加力偏流喷口”（ADEN）。喷口向上打开可以使在滑行中的飞机提早抬起机头，使得前掠翼提前发挥升力作用，从而缩短一