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早在 1974 年,生产型 F-16A/B 全尺寸发展工作刚结束,通用动力公司就着手 F-16 后继机的研制工作。其目的要搞一种既能满足空军增强对地攻击的要求,又要保持 F-16 原有的优异的空战能力,并在结构和设备上保持最大的通用性的派生型。F-16XL型验证机由此而诞生。

美国绝密研制F-16XL:性能全面且超越时代

经论证后通用动力提出改进重点是:在挂外部副油箱的情况下,增加有效载荷和航程;通过提高突防速度、减小雷达特征面积、增加携带空地武器时的机动性提高生存性;改善包括大迎角飞行条件下的操纵品质和乘座品质,以及改善可靠性和维修性。

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从1975 年开始,通用动力和NASA 兰利中心共同对 149 种不同布局进行了长达 3,600 小时的风洞试验、经反复筛选后选中了用无尾三角箭形机翼的布局。试验表明,这种机翼的布局最好地保持了 F-16 原有的亚音速性能,提供了进一步改进超音速和低速大迎角性能的余地,并更好地兼顾了总体性能,增加了机内油箱的容积,机翼下提供了更多的外挂点。箭形机翼布局既有较好的持续机动能力,又有突出的大速度升阻比和巡航效益。在此基础上公司又针对增强对地攻击任务进行了细化设计、通过精细的弯扭和后缘反弯度度设计改善亚音速升阻比和横侧航向稳定性。由于通用动力预计该方案的增益将十分可观,于是向空军提出改装先进技术验证机,即 F-16XL 计划。在该计划中,通用动力自行投资了 0.49 亿美元用于对机体进行改装设计和改装工作,其飞行计划由美国空军资助。

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1983 年 3 月,公司从空军租借了两架 F-16A开始进行改装。其中一架(75-0749)装为装一台 F100-PW200 发动机的单座型 F-16XL-1,另一架(75-0747)则是装一台 F110-GE-100 发动机的双座型 F-16XL-2。结构上的主要更动包括:将基本型的机身在主起落架前后分别加长了 76 和 66 厘米,去掉平尾、用一个面积为 61 平方米的石墨-聚酰胺复合材料蒙皮和铝支撑结构的变弯曲箭形机翼代替原常规机翼,并取消了后机身腹鳍。垂尾根部安装了 F-16 出口型才有的减速伞,另外还加强了起落架,使承载能力从 16 吨提高到 22 吨,加强了方向舵、使其铰链力矩承载能力提高了 50%。全机总重从 13 吨增加至 22 吨,机内燃油增加了约 2.5 吨。

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F-16XL 的主飞行控制系统仍沿用了 F-16A 的全模拟电传操纵系统。但针对操纵翼面的变动作了相应修改,例如俯仰操纵由两侧机翼后缘的襟副翼和副翼偏转实现,XL 上也装有与 F-16A/B 类似的迎角限制器,但迎角限制范围在低速时扩展至 29 度,在 M>0.9 时为 26度。飞机的滚转由副翼和襟副翼非对称偏转控制,偏航操纵由方向舵实现,并用副翼偏转进行滚转协调。F-16XL 还用外侧前缘襟翼和减速板作辅助飞行操纵。和 F-16A/B 一样,XL 的飞控系统在严重失速下可手动俯仰超控、并增装了自动俯仰超控系统专用于飞行试验。它可向飞控计算机输入一个俯仰摇摆指令以打破深度失速条件。

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飞行验证计划由通用动力公司和空军联合试验组实施、开始于 1982 年 7 月,历时约 3 年。在试验的最后阶段还将 XL-2 的进气道改为大口进气道以提高空气流量,使 F110-GE-100 发动机得以充分利用,提高了推重比。主要结果归纳如下,除特别说明外,都是指 XL-1 的数据。

(外挂):F-16XL 利用机翼的大弦长安排了半埋式的保形挂架,飞行结果表明比常规挂架大大减小了阻力和提高了速度,携挂 12 枚 MK-82 炸弹的阻力和 F-16A 携挂 6 枚同样炸弹时基本相同,而都挂 6 枚相同炸弹时前者阻力可小 66%,当 F-16XL 加挂 4 枚先进中程空空导弹保形挂架的阻力比常规挂架小 70%、保形外挂对加速性影响尤为突出,在加挂对地攻击武器时,F-16XL 的加速性明显优于 F-16A。在加挂空空武器时尽管 F-16XL 的剩余功率略小于 F-16A,但还是基本相同、保形挂架还大大提高了低空突防速度。F-16XL 在携挂 2 个副油箱、6 枚 MK-82 炸弹、4 枚 AMRAAM 导弹和 2 枚 AIM-9L 导弹时,在军用推力下与相同条件下的 F-16A 相比,速度可增架 120 公里/小时。

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(燃油/航程):提高战斗机的航程可通过减小单位耗油率、提高升阻比,增加飞行速度和载油量来实现、F-16XL 的低阻气动外形和较大的内部燃油容积很有利于燃油/航程效率。该机的燃油重量比由 F-16A 的 0.28 增加到 0.34,提高了 14%,因而单位航程(速度除以油量)在低空高速(M>0.65)时明显大于 F-16A、在高空飞行时略小于 F-16A。而最大升阻比特性表明,在亚音速时.F-16XL 不如 F-16A、但在超音速飞行时比 F-16A 高 25%。若和 F-16A 相比,只携带内部燃油的条件下、F-16XL 的航程就可提高 53%,若带一个外挂油箱可提高 124%;在携挂对地攻击武器时、如 12 枚 MK-82 炸弹,比挂 6 枚炸弹的 F-16A 的航程要提高 44%。F-16XL 的转场航程达 4,150 公里。

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(纵向机动性):F-16XL 的设计强调机动性,即瞬时转弯速度,而不是持续机动性。飞行结果表明 F-16XL 在带空-地载荷时的瞬时转弯速度比 F-16A 提高 30%,带空-空载荷时提高了 14%,并有突出的超音速转弯能力。正如所预料的,F-16XL 的持续转弯性能较差,如在作 180 度调头机动转弯时,空速要损失 330 公里/小时,在携带空-空作战载荷时及半油条件下的推重比只有 0.7。虽然在模拟空战时,F-16XL 利用卓越的滚转性能弥补了持续转弯性能的不足,但这个缺陷还是令人担忧。

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(横侧机动性):F-16XL 在所有操纵条件和外挂情况下,航向操纵性都令人满意。外挂对横侧稳定性没有太大的影响,而飞机的横向操纵能力和滚转性能不论有无外挂都很好。除在大速压下的操纵性受到铰链力矩限制外,操纵品质均满足或超过规范要求。在相同条件下 F-16XL 的滚转型能都比 F-16A 好,只是在大速压下 F-16XL 的滚转性能有些降低。因为这时的铰链力矩使飞控计算机对副翼制动器的控制受影响。飞行表明 F-16XL 的滚转中止迅速,几乎不出现倾转过调。

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(大迎角机动飞行):F-16XL 有无外挂的大迎角机动飞行性能十分突出,远优于 F-16A。在飞机重心位置布置在 47.5% 平均气动弦长前的构形中,飞行无需作任何空速和迎角限制,任何迎角的偏离都可自动恢复,即使在很小的空速下仍具有很好的迎角恢复操纵响应。 F-16XL-1 进行过许多复杂的大迎角机动飞行试验,包括俯仰-偏航-滚转耦合机动、侧滑、1g 和最大负过载、最大指令滚转和恢复。和 F-16A/B 大不一样的是,F-16A/B 迎角摆动范围仅限于在重心最后位置(47.5% 平均气动弦长〕时不发生深失速或尾旋的偏离状态,而 F-16XL 远远超过这个限制,动作幅度相当大,如大功角(直至 90 度)的爬升机动包括全杆拉起,180 度滚转,前俯冲再全杆拉起的一系列激烈动作。同样的机动在飞机加挂了 12 枚 MK-82 炸弹也被完成,还进行有限的加挂副油箱后的类似机动。在加挂空-空载荷时,飞机显示出优异的大迎角纵向飞行品质。

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(起飞和着陆):F-16XL 的进场与着陆操纵品质与 F-16 基本相似,着陆距离也没达到预定的 600 米指标,与 F-16 相当,而在所有的起飞状态发动机都得开最大加力,在大起飞重量和高温条件下起飞性能比 F-16A 有所下降。不过 XL-2 加装 F110 发动机的起飞性能有明显改善,起飞距离减到 680 米。

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(雷达特征):F-16XL 的双三角形机翼和加长机身,使雷达特征面大为减小。加之采用了复合材料蒙皮,增加的前缘后掠角,去腹鳍和用保形挂架后,雷达反射面积 F-16 要小得多。

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(可靠性和维修性):在实施 F-16XL 飞行计划同时,通用动力和空军还进行了可靠性和维护性评估。F-16XL 的综合维修性比全尺寸发展阶段的 F-16,生产型 F-16 好得多,而以 XL-2 为最好。有关方面还专门进行了紧急状态下武器和燃料装载和维护演习,包括给飞机装挂 12 枚 MK-82 炸弹、500 发 20 毫米炮弹、两枚 AIM-9L 导弹,加油和起飞前的各种检查工作。演习结果表明飞行员登机前的各项准备工作时间仅 16 分钟,再加上飞机滑跑测试飞行控制系统时间也只有 24 分忡。

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(F-16XL的研制尾声):两架 F-16XL 验证机累计飞行时间超过 800 小时,试飞结果证明相当成功,尽管它在双重任务战斗机的招标中输给了 F-15E,但设计和飞行所得的许多结果对下一代战斗机的设计具有重要意义,因而长期被保密。1985 年试飞结束后,两架飞机被封存。1989 年,F-16XL-1 重新启封被用于 NASA 超音速流场和声爆研究,1996 年 4 月结束。F-16XL-2 于 1992 年启封用于 NASA 超音速层流控制研究。

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