大黄蜂”前传----诺斯罗普 YF-17 (组图)

sededede123 收藏 0 47
导读:在美国军用飞机发展史上,有许多竞争的失败者,他们大多已默默无闻,如败在费尔柴尔德 A-10 [/url] “雷电”手下的诺斯罗普 A-9,今天已鲜为人知。即便是 YF-23 和 X-32 这些新近才被击败的竞争项目,也远远不如 F-22 和 F-35 这些胜利者来得光彩夺目。与它们相比,诺斯罗普 YF-17 就成了幸运儿,因为它虽然在与 F-16 的竞争中败北,却以 F/A-18 的形式来了个“凤凰涅槃”,只是今天的人们大多只知道“大黄蜂”,YF-17“眼

在美国军用飞机发展史上,有许多竞争的失败者,他们大多已默默无闻,如败在费尔柴尔德

A-10

[/url]

“雷电”手下的诺斯罗普 A-9,今天已鲜为人知。即便是

YF-23

X-32

这些新近才被击败的竞争项目,也远远不如

F-22

和 F-35 这些胜利者来得光彩夺目。与它们相比,诺斯罗普 YF-17 就成了幸运儿,因为它虽然在与

F-16

的竞争中败北,却以

F/A-18

的形式来了个“凤凰涅槃”,只是今天的人们大多只知道“大黄蜂”,YF-17“眼镜蛇”却已经被人渐渐淡忘了……

P-530

继 F-5A 在世界军火市场上大获成功之后,1965 年,诺斯罗普公司开始研制一种新的战术轻型战斗机,其性能预计将优于当时尚在发展之中的 F-5E/F“虎”II。公司进行的空气动力等研究表明,制造一种性能远胜于 F-5 的战斗机在技术上是可行的。公司把这个项目编号为 P-530。

P-530 的动力装置将是两台 13,000 磅的通用电气 GE15/J1A5 涡轮风扇发动机。GE15 是一种双转子发动机,其核心机是由 B-1 轰炸机所使用的 F101 涡扇发动机缩小而来。它的十级压气机可以产生高达 25:1 的增压比。GE15 是一种小涵道比涡扇发动机,涵道比仅为 0.25,外涵气流起的主要作用在于降低尾喷管的温度,因此经常被戏称为“漏气的涡喷发动机”。不过正是因为外涵气流的存在,发动机尾喷管对冷却性能的要求就比较低,可以使用轻型低价的材料制造。GE15 的加力推力为 14,300 磅,与 J79 涡喷发动机的推力相仿,但重量只及后者的一半。

机翼形状与 F-5 非常相似,1/4 弦线处后掠角为 20°,后缘无后掠。机翼最初是带 5° 下反角的上单翼,但在之后几年里,安装位置逐渐下移,最后定为中单翼。翼面积 400 平方英尺,比 F-5E 的 186 平方英尺要大得多。机翼采用了可变弯度技术,呈直线形的前缘和后缘内侧都铰接有襟翼,只有在略小于一半翼展的后缘外侧安装了传统的副翼。1968 年,前缘襟翼被分割成了前后两段,以提高其在安装位置降低后的升力系数。机翼前缘安装有边条(“前缘翼根延伸段”,Leading Edge Root Extension,LERX),边条从翼根向前逐渐变窄,在座舱位置融入机身。边条使飞机获得了在迎角超过 30°(后来甚至达到 40°)时的超失速机动性能;在高迎角情况下,它增加的升力约为机翼升力的 50%。而将边条延伸到发动机进气口之前,也可以使进入进气道的气流更加顺畅,并在高迎角情况下,保证发动机获得相对稳定的充足气流,以避免熄火。此外,两侧边条在进气口之前、靠近机身处,都挖有很长的纵向狭缝,可以防止超音速飞行时,空气在进气口前堆积;而在低速和高迎角情况下,它们又可以防止进气口前、流过机身的附面层气流发生分离。1968 年,边条被进一步加大,向前一直延伸到机头附近。

最初的设计中,发动机前有很长的进气道,位于机翼前方的进气口呈半圆形,中间有可调式激波锥。然而到 1971 年,由于认识到 2 马赫的飞行速度并不是一项重要的设计指标,激波锥就被取消了。大约在同时,进气道也做了缩短,被重新置于边条翼下。由于此时大面积的边条翼看起来就象是眼镜蛇头,诺斯罗普就给 P-530 取名为“眼镜蛇”(Cobra)。1970-1971 年间,对进气道设计做了进一步修改,最终确定的形状为斜椭圆形,边缘固定,并略带圆弧。进气口上缘与边条下表面之间相隔 4 英寸,与机身之间则隔有一块大面积的矩形隔离板。

P-530 的尾翼设计起初非常传统,采用了安装位置居中、略微靠下的整体式水平尾翼。最初只设计有一片垂直安定面,但由于 P-530 具有高迎角飞行能力,一片垂直尾翼就略显不足,因为它在高迎角条件下会被机翼遮挡。为了解决这个问题,后来改用了双垂尾设计,每片面积大约相当于原先单片垂尾的一半;并且向外倾斜近 45°,以保证它们被置于自由气流之中。为减少飞机横滚过程中的相互干扰,方向舵高度只及垂直安定面的一半。1969 年,垂直安定面的面积被放大了将近一倍,位置也向前挪动,使得垂尾与机翼有部分重叠。1970 年末,垂尾被进一步放大,外倾角也减小到了仅 18°。同时,平尾也被放大,并尽可能地向机尾后移。

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P530 早期构型模型,双垂尾向外倾斜近 45°,具有进气激波锥,整体式座舱盖

设计过程中采用了放宽静稳定度技术,飞机在纵向上并不稳定,机头有上仰倾向。空战机动性能因此而得到了大幅度的提高,现在,制约因素只剩下了飞行员自身。然而,诺斯罗普对 1960 年代的线传操纵系统的可靠性存有疑问,因此仍然沿用了传统的机械操纵系统。

P-530 的座舱盖为气泡式无框结构,从而为飞行员提供了 360° 方向上的开阔视野;从机头或机身两侧向下看的视野也十分良好。

P-530 的最大起飞重量估计在 40,600 磅左右,最大速度预期可以达到 2 马赫。机载武器包括布置在机头下方中心线上的一门 20 毫米 M61 转管式机炮,和两侧翼尖的“响尾蛇”空-空导弹。此外,七个武器外挂架(每侧翼下三个,机腹中心线一个)还可以挂载多种导弹和炸弹。

P-530“眼镜蛇”的潜在用户,是那些需要并且有能力承受一种性能优于 F-5A/B 的西方国家,首选的对象是那些洛克希德 F-104“星战士”的用户;此外还有包括伊朗在内的一些中东国家。据估计,P-530 项目的发展费用在三亿五千万到四亿美元之间,如果总计采购量与 F-5 持平,单机价格将在二百万左右。1971 年 1 月 28 日,诺斯罗普向全世界公布了它的 P-530 项目,它还制造了一架 P-530 的模型,并且进行了 5,000 小时的风洞试验。然而,这个项目最终也没能招揽到买主。

P530 YF-17 F/A-18 的演进

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ADF、F-XX 和 LWF

早在 1965 年,美国空军就开始了新一代高性能战斗机的方案论证,这其中包括重型截击/空优战斗机 F-X 和轻型“先进昼间战斗机”(Advanced Day Fighter,ADF)。F-X 为 40,000 磅重量级,将装备先进的精密雷达设备和远程雷达制导空-空导弹;而 ADF 则为 25 ,000 磅重量级,其推重比和翼载荷与米格-21 相比,至少应胜出 25%。ADF 的总体构想与朝鲜战争后导致 F-104A 出现的指导思想十分相近。

1967 年,2.8 马赫的米格-25“狐蝠”的出现给五角大楼的分析家们带来了恐慌,并且促使美国空军战斗机计划进行重新定位,而其中高性能再次成为首要的考虑因素。F-X 日后发展成为装备先进电子设备和远程导弹的 F-15“鹰”战斗机,而 ADF 却被暂时搁置起来。

ADF 的设想得以生存下来,得益于前战斗机教官约翰.博伊德(John Boyd)少校,以及在负责系统分析的助理国防部长办公室任职的文官皮埃尔.M.斯佩(Pierre M. Sprey)。他们两人都不喜欢现有的 F-X 设想,而倾向于一种相对简单的设计方案。1960 年代末,他们提出了 25,000 磅重量级的 F-XX 设想,这是一架具有高续航力的专门的空优战斗机,只装备最低限度的电子设备,也没有远程导弹。后来的研究把重量进一步减到 17,000 磅。这项设想遭到了众多反对意见,因为有些人把它看作是对现存的 F-X 计划的威胁。然而,五角大楼决定在较低的层次上继续 F-XX 项目,以备 F-X(即 F-15)项目出现延误。

1969 年,五角大楼在一份备忘录中建议空军和海军接受 F-XX,以分别取代 F-15 和 F-14,因为后两种飞机正变得日益昂贵。但两个军种都强烈反对这一提议,F-14 和 F-15 项目也依旧照常进行。

当时的国防部副部长戴维.A.帕卡德(David A. Packard,他于 1969 年随尼克松新政府上台)坚决主张恢复原型机竞争的做法,认为这是遏止新型武器系统费用持续上涨的出路所在。1960 年代,在国防部长罗伯特.麦克纳马拉(Robert MacNamara)的领导下,奉行的是“一揽子采购”(Total Procurement Package)的指导思想,一种飞机甚至在首架原型机试飞之前,就已经被批准投产,更不用进行设计方案的竞争性试飞。这导致了洛克希德 C-5A“银河”和通用动力 F-111 等颇具争议的飞机的产生。——这两种飞机的研制都遇到了耗资巨大、旷日持久等问题,而且一再地要求追加经费。而根据新的原型机竞争的指导思想,空军部长罗伯特.C.西曼斯(Robert C. Seamans)制定了一系列基本原则,以限制对每个新型武器项目的初始投入,并将初始性能指标和军用设计说明书都保持在较低的水平。1971 年之前,博伊德一直在空军原型机研究大队(Air Force Prototype Study Group)工作,从而得以在原型机竞争的思想重新开始时兴的时候,推广他的想法。

一个名为“轻型战斗机”(Light Weight Fighter,LWF)的项目此时进入了帕卡德的视线。1971 年 1 月 16 日 ,五角大楼向工业界公布了一项方案征集书(Request For Proposals,RFP),要求研制一种具有高推重比和高机动性能,总重不超过 20,000 磅的战斗机。设计并不追求与米格-25 相当的性能,而是把重点放在那些被认为是未来空战最有可能出现的情况:高度 30,000-40,000 英尺,速度 0.6-1.6 马赫。重点是转弯率、加速性和航程,而不是高速度。小尺寸被加以强调,因为在越南上空的战斗表明,仅仅依靠目视,要发现小尺寸的米格-17/21 十分困难。这份方案征集书确定了三个主要目标:飞机应当充分利用各项新兴技术;减少全尺寸发展和生产过程中的风险和不确定因素;提供较广泛的技术选择,以满足未来军用硬件方面的需要。

P-600 和 YF-17

诺斯罗普相信,它的 P-530“眼镜蛇”计划可以作为参与 LWF 竞争的基础,尽管前者迄今也未能吸引到任何顾客。参与竞争的方案公司编号 P-600。在外形上,P-600 与 1971 年时的 P-530 几乎一模一样,不同的是,P-530 根据设想是一种具有出色对地攻击能力的多用途战斗机,而 P-600 则是一种纯粹着眼于空战的验证机,除了一门机炮和翼尖的“响尾蛇”导弹外,没有其它武器。

P-600 将安装两台通用电气 YJ101-GE-100 涡扇发动机,单台加力推力 15,000 磅。J101 是 P-530 计划使用的 GE15 发动机的发展型。并列安装的两台发动机彼此挨得很近,从而可以减轻在一台发动机失效情况下的推力不对称问题。P-600 的最大起飞重量最初只有 21,000 磅,但很快就增加到了 23,000 磅。为了减轻重量,起落架和 P-530 相比要简单得多。同时,机体结构的很大一部分采用了石墨纤维材料,其中包括边条、副翼、襟翼、减速板、垂直安定面前后缘、方向舵和许多机身舱门。

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YF-17 模型进行风洞测试

机头上方安装有空中受油接口。M61 机炮也从机头下方挪到了上方。

由于此时诺斯罗普管理层对线传操纵系统的可靠性有了足够的信心,这项技术就在 P-600 上得到了应用。

P-600 的座舱和 P-530 大体相同。它安装有一套利顿 LN-33 惯性导航系统。根据美国空军的要求,诺斯罗普不打算使用昂贵的多模式雷达,因此机头被设计成狭小的尖锐圆锥形状。不过 1974 年 4 月,诺斯罗普与罗克韦尔公司签订了一项合同,由后者负责提供一种紧凑型雷达,其相控阵天线可以安装在狭窄的机头空间内。

其它还有四家公司提交了设计方案:波音、通用动力、凌-特姆科-沃特和洛克希德。1972 年 3 月,空军参谋部判定波音的 908-909 型为首选方案,通用动力的 401 型和诺斯罗普的 P-600 为其次,而沃特 V-1100 和洛克希德 CL-1200“枪骑兵”(Lancer)则被淘汰。在进一步研究之后,资源选择管理局(Source Selection Authority)对通用动力和诺斯罗普方案的评价超过了波音方案,于是 1972 年 4 月 13 日,通用动力 401-16B 型和诺斯罗普 P-600 被选中进行进一步发展,同时签订了采购两架 YF-16 和两架 YF-17 的合同。编号前缀使用“Y”(发展)而不是“X”(实验),表明它应用的技术既包括成熟的,也有试验性的。YF-16 将装一台普拉特.惠特尼 F100 涡扇发动机,而 YF-17 则装两台通用电气 YJ101-GE-100 发动机。根据“成本+固定费用”原则签订的合同涵盖了原型机的设计、制造和试验,以及为期一年的试飞,——美国空军此时仍然对 F-15 战斗机一往情深,把 LWF 看成只是一个技术验证项目,而不是以批量生产为目的。空军同时还与普.惠和通用电气签订了合同,由前者负责研制一种适合单发战斗机使用的 F100 涡扇发动机的专门型号;后者则负责研制较小的 YJ101 发动机。

第一架 YF-17(72-1569)于 1974 年 4 月 4 日在加利福尼亚州霍索恩(Hawthorne)出厂,随后被送往爱德华兹空军基地(Edwards AFB)。6 月 9 日,汉克.舒托(Hank Chouteau)驾驶它从爱德华兹空军基地起飞,完成了首次飞行。6 月 11 日,YF-17 成为了第一架不使用加力便在平飞中超过音速的美国战斗机。8 月 21 日,第二架原型机(72-1570)也进行了首飞。两架原型机先后共完成了 288 架次、345.5 小时的试飞。

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首架出厂的 YF-17(72-1569)

试飞一启动,YF-16 与 YF-17 之间的竞争也开始了。空军努力使尽可能多的飞行员获得驾驶两种飞机的体验。尽管 LWF 的原型机之间从未直接对垒,但它们分别与美国空军的现役战斗机、以及米格-17/21 交过手。(美国空军通过各种渠道获得的米格战斗机都在内利斯空军基地[Nellis AFB]供研究用。)

AWF 时来运转,但好运不属于“眼镜蛇”

就在此时,比利时、荷兰、丹麦和挪威等四国政府开始考虑更换 F-104G,它们组成了“多国战斗机项目组”(Multinational Fighter Program Group,MFPG)来选择替代者,并且商定四国将采购同一种飞机。当时主要的候选机型有诺斯罗普 YF-17、达索“幻影”F.1、萨伯 JA37“雷”和通用动力 YF-16。由于美国 ACF 竞争的获胜者将最有希望获选,MFPG 希望在向美国获选者做出任何承诺之前,先看看美国自己是否会购买这种飞机。

在美国空军内部,对 LWF 存在着强烈的偏见,因为他们始终把它看作是对 F-15 项目的威胁。然而 LWF 有可能获得欧洲大笔订单的前景吊起了某些空军高级军官的胃口,他们现在终于不再把这个计划看成是纯粹的技术验证项目了。为了试图说服 F-15 的支持者(这个目的最后也的确达到了),说明 LWF 项目不是针对他们的威胁,国防部把它的名字改成了“空战战斗机”(Air Combat Fighter,ACF)。

从这张 YF-17 的照片上,可以清楚地看到边条上的狭缝

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1974 年 9 月,国防部长詹姆斯.R.施莱辛格(James R. Schlesinger)宣布,他正考虑将 LWF 竞争的获胜者投入批量生产,以满足美国空军、海军和出口的需要。在此之前,LWF/ACF 项目在很大程度上被看作是美国空军进行的一项学术性试验,但欧洲大笔订单的前景促使空军改变了主意,开始考虑将这个飞机大规模地投入现役。然而,设计的着重点也由一种单纯的空优战斗机转到了一种多用途飞机。各方商定,ACF 将对在美国空军服役的 F-15 起补充,而不是替代作用,从而多少减轻了空军关于它可能排挤“鹰”项目的担忧。LWF(现在,在国防部的新闻材料里严格地称其为 ACF)的生产型将装备较大的雷达天线,从而具备一定的超视距空战能力。1974 年 9 月 11 日,美国空军宣布采购 650 架 ACF,并有可能将总采购量增加到 1,400 架,甚至更多。这一举动向那些潜在的北约客户表明,美国空军将坚定地支持这一新型战斗机。

尽管诺斯罗普的竞争方案显示出出色的操纵品质,在某些方面也的确十分优秀,但 1975 年 1 月 13 日,空军部长约翰.麦克卢卡斯(John McLucas)还是宣布 YF-16 在 ACF 竞争中获胜。YF-16 比 YF-17 略快一些。F100 发动机已经在其它一些现役军用飞机上使用,经历过考验;而 J101 却是一种新型的、相对缺乏使用经历的发动机,在设备、零配件供应和材料编写方面还需要有大量的投入。而且,J101 被认为推力稍显不足,不象 YF-16 的 F100 那样是真正的涡扇发动机,还受到应用范围有限的困扰。此外,YF-16 有着比 YF-17 更大的任务弹性,而且价格也比后者略低一些。

如果不是美国海军期望得到一种新型战斗机,这本来会成为诺斯罗普方案的最终结局。1974 年 8 月,美国海军的 VFAX 项目被国会取消,代之以 NACF。后者要求海军从 ACF 的两个竞争方案中选出它自己的战斗机。诺斯罗普决定联合麦克唐纳-道格拉斯公司推出一种 YF-17 的改进型参与竞争。这项设计最终演变为 F/A-18“大黄蜂”(海军于 1975 年 5 月 2 日订购)。第二架 YF-17 作为“F-18 的原型机”(真正的 F/A-18 要到 1978 年 11 月才试飞)被用作发展工作。

F-16 与 YF-17 在竞争海军战斗机

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在 LWF/ACF 项目期间,两架 YF-17 共进行了 354.5 飞行小时的试验(包括 13 小时的超音速试飞)。试飞中达到的最大持续迎角为 63°。

第 2 架 YF-17 曾作为 F-18L 陆基型原型机向法国推销,涂上了法军机徽

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F-18 原型机

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1976 年,70-1569 号 YF-17 被送往国家航空航天局(NASA)位于爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心(Dryden Flight Research Facility),为美国海军进行基本阻力研究。

70-1569 号机现在陈列在加州霍索恩的西部飞行博物馆(Western Museum of Flight)。70-1570 号机则陈列在佛罗里达州彭萨克拉(Pensacola)的美国海军航空博物馆(US Naval Aviation Museum)。

性能数据

两台通用电气 YJ101-GE-100 涡轮喷气发动机,单台加力推力 15,000 磅

最大速度:2.0 马赫(1,320 英里/小时,高度 40,000 英尺)

实用升限:60,000 英尺

最大航程:2,800 英里

空重:21,000 磅

总重:23,000 磅

最大起飞重量:30,630 磅

翼展:35 英尺

机长:55 英尺 6 英寸

翼面积:350 平方英尺

武器:1 门 20 毫米 M61A1 机炮。两侧翼尖各可携带 1 枚 AIM-9“响尾蛇”空-空导弹。4 个翼下挂架和一个机腹中心线挂架

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