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【滾回繪圖板358】羅克韋爾前掠翼—— 「軍刀蝙蝠」

2024-09-30軍事

「滾回繪圖板」被淘汰的飛行器方案358

本文1981字,34圖,預計閱讀時間8分鐘

「軍刀蝙蝠」

前掠翼

羅克韋爾早期FSW概念,註意采用了機身側面進氣口

第二次世界大戰期間,戰鬥機的主要任務是空中「狗鬥」——和敵方戰鬥機空戰。飛行員試圖在對手內部急轉彎以獲得咬尾優勢,贏得空戰的勝利,自然的轉向機動能力是戰鬥機重要的指標。然而戰後的第一段時間內,空戰被飛彈致勝論影響,戰鬥機的速度獲得了更多的關註。直到70年代美國空軍「戰機黑手黨」再次將機動性的重要性提出,空軍隨後開始探索機動性優先的先進布局,尋找未來戰鬥機的空中優勢發展方向。

羅克韋爾FSW概念

美國空軍退休上校諾裏斯·J·小克朗(Norris J. Krone Jr)在70年代重新提出了前掠翼(FSW)套用於高機動性戰鬥機的可能性。他在航空工程博士期間他對 FSW 概念進行學術研究的時間並行現它可能是一種非常有效的機動性布局。他的論文專註於前掠翼在現代戰鬥機中的重新套用,題目是「氣動彈性剪裁的先進復合材料在解決前掠翼氣動發散問題的套用」。1974年在獲得博士學位後,他去了國防部高等研究計劃署DARPA任職。在DARPA,小克朗繼續倡導前掠翼現代概念戰鬥機。

諾裏斯·J·小克朗

前掠翼技術並非全新,早在二戰期間就由德國容克斯公司開發,套用在Ju-287噴射式轟炸機計畫(【滾回繪圖板274】)。但容克斯並非為了機動性,而是作為提升高速效能的嘗試,以及改善炸彈艙的結構位置,但當時的材料技術無法解決前掠翼帶來的嚴重氣動發散問題。戰後容克斯的技術團隊將這一技術帶到了蘇聯,蘇聯人繼續開發了前掠翼的驗證機,但都不算成功。

Ju-287

蘇聯的前掠翼驗證機 齊斌 LL-3

1976年,DARPA釋出了FSW 技術演示飛機的征求意見書RFP,旋球一架跨音速前掠翼實驗機。作為小克朗博士氣動彈性機翼的驗證機。機翼將使用客製的先進的碳纖維-環氧樹脂復合材料。

羅克韋爾早期FSW概念

隨後,空軍飛行動力學實驗室和NASA加入了計劃,1977年6 月 3 日,選定初步的三家供應商候選人,通用動力公司、格魯曼公司和羅克韋爾國際公司。三家供應商在1981年送出了各自的提案。

三家的初步方案

「軍刀蝙蝠」

「軍刀蝙蝠」

羅克韋爾國際公司下屬的加利福尼亞洛杉磯北美飛機(1967年同羅克韋爾標準公司合並 )提供了一個全新的設計前掠翼方案,這個方案包括後掠的鴨翼和單垂尾,被命名為 X-FSW(eXperimental-Forward SweptWing) 綽號是「軍刀蝙蝠」( Sabrebat)。這個綽號符合這架飛機的外觀,同時延續了戰後北美戰鬥機的傳統。

「軍刀蝙蝠」

FSW P-51

對於前掠翼技術,北美並不陌生。早在二戰結束前後,為了提高其公司的P-51 野馬戰鬥機的機動性,北美航空設計了 FSW P-51 概念(詳見【滾回繪圖板232】)。然而,在風洞測試期間剛性鋁制機翼發生不對稱扭曲,表明可能失去控制。進一步的測試確定這些機翼有限制為 15 度前掠。提高速度和高G轉彎會導致結構發散或機翼分離。

羅克韋爾早期FSW風洞模型

FSW P-51 從未建造過。但這項初步研究發現了 FSW 的其他優勢,包括高機動性及低阻力,增加升力特性,以及平滑的跨音速過渡效能。然而,這需要數十年的技術發展,才有了支持這種飛機安全穩定飛行的材料技術。

「軍刀蝙蝠」風洞模型

羅克韋爾「軍刀蝙蝠」的 計畫經理是麥克·羅賓孫(Mike Robinson ),他回憶說,「軍刀蝙蝠」FSW 概念基於 HiMAT(高度機動飛機技術)驗證機。 HiMAT 上積累了大量的跨音速/超音速數據和碳纖維復合可變外傾角翼的數據 。

HiMAT

「軍刀蝙蝠」長 51 英尺,高 12.25 英尺,跨度 29.54 英尺。與格魯曼的 FSW 設計一樣,它將使用單台F404 風扇噴射發動機。

「軍刀蝙蝠」

「軍刀蝙蝠」的前翼後掠為 40度,對手格魯曼的設計為30 度。為幫助實作大攻角飛行中,軍刀蝙蝠采用了機身腹部進氣口,類似於F-16 。此外,駕駛艙座椅傾斜 30 度,擁有一個大型氣泡式駕駛艙提供出色的全方位視野。

「軍刀蝙蝠」結構圖

羅克韋爾和格魯曼兩種設計都包括前鴨翼。羅克韋爾采用全動的全後掠式鴨翼放置在主翼上方以減輕尾跡幹擾。格魯曼公司的設計G-712為梯形鴨翼後緣與前掠翼平行,且鴨翼和機翼位於相同的平面,非常獨特的是G-712鴨翼的升降舵位於鴨翼的前緣。

「軍刀蝙蝠」全尺寸模型

軍刀蝙蝠機身下方有兩條腹鰭,圖紙和比例模型包含了安裝在翼尖上的飛彈和一門加農炮。但都沒出現在最終的全尺寸模型上。

羅克韋爾的研究表明,前掠翼技術優勢在於:

  • 減少跨音速和超音速阻力
  • 第一台薄型超臨界機翼
  • 先進的飛行控制
  • 更高的最大航程
  • 著陸速度降低 25%
  • 極高的迎角飛行
  • 與具有傳統型翼尺寸減小 20%
  • 「軍刀蝙蝠」

    格魯曼獲勝

    「軍刀蝙蝠」

    1981 年 12 月 22 日,DARPA 選擇格魯曼公司建造兩座X-29A 演示機,將「軍刀蝙蝠」降級為僅全尺寸模型樣機。格魯曼的FSW 設計G-712被認為將更好地服務於有人駕駛、飛行前掠翼技術示威者。實際上其成本也更低,因為G-712直接使用了諾斯羅普F-5A的前機身,F-16的起落架。

    X-29A

    1984 年 12 月,在加州愛德華茲空軍基地1 號 X-29A 進行了首飛的。當飛機巡航到 15,000 英尺的高度時(4,572 米)和 235 節的速度,三重電傳操縱飛行控制系統每秒40次修正,對抗前掠翼 固有的不穩定性。

    雖然最終沒有原型機完成,在前掠翼演示計劃中羅克韋爾建立了一個高級設計團隊,開發了先進的裝置和工具,以應對前掠翼這個在那個時候很少有新的設計。這些技術在隨後的許多計畫中成為公司的重要資源,被用於接下來的二十年中的很多計畫之中。@nordland 今日頭條 原創先發