另類豪俠

凱　新

變后掠翼技術(shù)，讓戰(zhàn)斗機兼顧了低速和高速的飛行性能。機翼通過樞軸進行轉(zhuǎn)動，進而可以根據(jù)飛機所處的不同狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)暮舐咏恰Ｔ谏蟼€世紀(jì)七八十年代以后，這種技術(shù)曾經(jīng)風(fēng)靡一時。F-14、F-111、米格-23、蘇-24以及“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機都是典型的變后掠翼戰(zhàn)斗機。不過，雖然變后掠翼技術(shù)滿足飛機在不同馬赫數(shù)下對后掠角的要求，卻由于其機翼趨于復(fù)雜，受技術(shù)和材料的限制，機翼的結(jié)構(gòu)重量沒有得到很好的控制。所以，有沒有更好的方法以改善機翼性能呢?

不對稱的美

德國人理查德·沃格特(RichardVogt)早在1942年設(shè)計的一架非對稱飛機——Blohm＆Voss P.202似乎已經(jīng)給出了一個答案。和當(dāng)時德國設(shè)計的很多飛機一樣，P.202也有著看似遠遠超越那個時代的設(shè)計理念——一副可以沿中心樞軸向右旋轉(zhuǎn)35度的上單翼。和變后掠翼的飛機相類似，17.202也是讓機翼沿樞軸轉(zhuǎn)動進而改變機翼與機身的角度。只不過，變后掠翼飛機是讓兩個機翼對稱的增加后掠角度，而斜翼機是讓一側(cè)的機翼后掠而另一側(cè)的機翼前掠。無論是后掠翼還是前掠翼都可以有效降低飛機在跨聲速時產(chǎn)生的波阻。而且，這樣的設(shè)計降低了機翼復(fù)雜性，變后掠翼飛機結(jié)構(gòu)重量大的問題得到了解決。類似于P.202的非對稱設(shè)計后來被稱作斜翼機或者斜機翼。德國和美國先后都設(shè)計了很多種斜翼機，不過除了NASA于1979年試飛的AD-1以外，其它的設(shè)計方案只做成了風(fēng)洞里的模型，有的方案還僅僅停留在圖紙階段。

由于只是為了證明斜翼機的一些基本性能，NASA要求AD-1盡量少冒風(fēng)險。另外，項目的預(yù)算也很少，只有24萬美元。從1979年12月21日起，AD-1共進行了79次試飛，留空總時間達到73小時40分鐘。試飛充分證明了斜翼機擁有戰(zhàn)斗機夢寐以求的高空高速和低空低速的性能。在起飛、著陸和低速巡航時，機翼處在常規(guī)位置，從而讓飛機充分利用升力和直機翼操縱品質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)勢。在高速飛行時，機翼轉(zhuǎn)動并與機身成斜角，由此會大大減小空氣阻力，有利于節(jié)約燃料，這讓AD-1擁有更長的留空時間和更遠的航程。不過試飛員們普遍反映當(dāng)飛機速度提高、機翼轉(zhuǎn)到15度～20度時，機翼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，當(dāng)機翼轉(zhuǎn)過45度時，飛機的操控性能開始下降，滾轉(zhuǎn)，偏航和滾轉(zhuǎn)-俯仰耦合現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)然，這其中可能也有因預(yù)算不足而使建造過程簡化的緣故。為了壓縮成本，AD-1甚至沒有安裝彈射座椅，先進飛行控制系統(tǒng)之類可以提高飛機操控性的設(shè)置就更不用說了。不過，作為一款驗證機，AD-1還是基本上完成了最初的使命。不僅證明了斜翼機在亞聲速飛行的特性，也讓飛行員得到了一些試飛類似非對稱飛行器的經(jīng)驗。比如當(dāng)AD-1的機翼旋轉(zhuǎn)60度進行高速飛行的時候，飛行員就要有意識的讓飛機側(cè)傾10度，以保持航向的穩(wěn)定。

基于AD-1試飛的成功，美國人需要進一步研究斜翼機在超聲速狀態(tài)下的性能。NASA決定將一架F-8戰(zhàn)斗機改裝成具有超聲速能力的斜翼機。與此同時，斜翼機的技術(shù)也引起了海軍的興趣，因為旋轉(zhuǎn)的機翼可以大大減小飛機的投影面積，這一點讓斜翼機有條件成為艦載機。同時，低速狀態(tài)下留空時間長的特點也非常適合艦隊反潛的需要。于是，美國海軍也參與到了這個項目中。

沃特公司和羅克韋爾公司先后設(shè)計了F-8斜翼機的方案，樞軸部分和氣動外形都重新進行了設(shè)計。兩個設(shè)計方案都能讓飛機有攜帶10枚AIM-120A導(dǎo)彈或者6枚AIM-54C“不死鳥”空空導(dǎo)彈的能力，機翼最大旋轉(zhuǎn)角度也都定到了65度，最大速度達到1.6馬赫。同時，羅克韋爾公司進一步發(fā)現(xiàn)，和普通超聲速飛機相比，斜翼機可以增加17％的有效載荷。如果將有效載荷換作燃料，可以讓飛機的作戰(zhàn)半徑增加29％。飛行員在模擬器中模擬飛行后也對斜翼F-8的操控性予以了肯定，認(rèn)為電傳操控系統(tǒng)使飛機擁有良好的操縱品質(zhì)。但是由于飛機的非對稱性，飛機的滾轉(zhuǎn)，偏航和滾轉(zhuǎn)，俯仰耦合現(xiàn)象依然沒有得到很好的解決。遺憾的是由于預(yù)算的超支以及海軍把目光轉(zhuǎn)移到了A-12艦載隱身轟炸機上，F(xiàn)-8斜翼機項目最終也只停留在了風(fēng)洞階段。

進入新世紀(jì)以后，美國將戰(zhàn)機研發(fā)的方向逐漸轉(zhuǎn)向了無人機。根據(jù)美軍《無人飛行器系統(tǒng)路線圖2005～2030》中的構(gòu)想，未來美軍對無人機的航程、有效載荷和留空時間提出了更高的要求，而這三項恰恰是斜翼機所具備的優(yōu)勢。一種名為“彈簧小折刀”的61米長、通體機翼狀無人機飛行器方案展現(xiàn)在了人們面前。這架飛機的外型像是一個發(fā)動機艙上面馱著一只沖浪板狀的單翼，單翼可以繞樞軸轉(zhuǎn)動60度，就像是一個彈簧折刀一樣可以收回或者打開。與它的斜翼機前輩們不同，“彈簧小折刀”內(nèi)部安裝了先進的計算機和傳感器，能及時分析飛機所處狀態(tài)的氣流、阻力等情況，根據(jù)飛行動力原理將飛機調(diào)整到最佳姿態(tài)。據(jù)介紹，“彈簧小折刀”的有效載荷達到7.5噸、最大速度2馬赫、留空時間超過15個小時，可以滿足美軍未來對無人機的要求。

隨機而變

飛機的發(fā)明源于人類對鳥類的模仿，但是同樣產(chǎn)生升力的機翼卻遠不能達到鳥的翅膀?qū)饬鬟\用的高效率。機翼無法像鳥的翅膀那樣自由地伸展和舞動，所以也就不能像鳥兒一樣適應(yīng)各種飛行狀態(tài)。而飛機的變后掠翼技術(shù)也只能大體滿足飛機在低速巡航和超聲速狀態(tài)下的要求。不過隨著技術(shù)的發(fā)展，能夠隨飛行狀態(tài)改變氣動力特性以盡量提升各種狀態(tài)下的氣動效率的新型機翼正成為航空大國研究的方向。

上世紀(jì)80年代初，一種由NASA和美國空軍合作研發(fā)了一種可以變換曲率的新型機翼，波音公司曾經(jīng)用這種機翼改裝了一架F-111A并進行試驗。新型機翼的研究項目被稱作“自適應(yīng)機翼項目”(Mission Adaptive Wing)，目的是研究一種可以改變機翼剖面曲率以更好適應(yīng)各種情況飛行的新機翼。我們熟知的傳統(tǒng)機翼通常是用滑軌或者液壓作動筒控制縫翼和襟翼的收放，從而在飛機起降時調(diào)節(jié)升力。而這種“自適應(yīng)”機翼完全摒棄了傳統(tǒng)的縫翼和襟翼，通過機載電腦的控制，可以平滑的改變機翼前緣和后緣部分的曲率。機翼后緣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有點像是人的手指——由三段類似“指骨”的機構(gòu)連接而成，后緣的彎曲像是人手指的彎曲。機翼的蒙皮也很有意思，上表面的蒙皮為一個整體，且具有一定的延展性；而下表面則是由幾片可以活動的蒙皮組成。當(dāng)機翼曲率改變時，上表面的蒙皮自然變形、面積不變，下表面的蒙皮面積則會根據(jù)情況適當(dāng)?shù)淖兇蠡蛘咦冃　?/p>

此外，在2002年11月15日，一架F／A-18AAW(主動氣動彈性機翼)驗證機在美國愛德華空軍基地首飛，這次試飛主要研究更輕重量的柔性機翼，以求在更小的操縱面偏移的情況下讓驗證機擁有和生產(chǎn)型F／A-18相似的滾轉(zhuǎn)性能。相比生產(chǎn)型的F／A-18，F(xiàn)／A，18AAW驗證機的機翼蒙皮更薄，增加了新的分離式前緣縫翼。改進后，新機翼的翼板可以扭轉(zhuǎn)5度。

除了上述這些處于研究完善中的變翼技術(shù)外，還有一些已經(jīng)使用過的機翼控制方法，這些方法的運用可以改善飛機在某些方面的性能。比如噴氣式戰(zhàn)斗機剛剛登艦時，由于飛機的低空低速性能不好，飛行員往往將飛機機頭高高抬起，以此增大飛機著艦時的迎角，進而保持飛機在低速情況下的升力。但是迎角過大也嚴(yán)重影響了飛行員的視線，由此造成了極大的安全隱患。為解決這一問題，美國人就把F-8“十字軍戰(zhàn)士”的機翼后部與機身鉸接，并用液壓控制機翼的攻角。這樣的設(shè)計可以讓F-8的機翼上仰7度，飛行員也就不必再過于抬高迎角保持升力了。

總之，作為飛機升力的來源，機翼并非死板一塊。它的靈活程度除了要依靠先進的制造技術(shù)以外，更取決于設(shè)計師面對復(fù)雜問題時的靈感與創(chuàng)新。

責(zé)任編輯新浜