书城军事歼击机科技知识(下)(军用航空航天科技大视野)
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第2章 美国YF-17

概述

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“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“凤凰涅盘”,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13000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14300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,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”。

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。

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40600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3.5亿到4亿美元之间,如果总计采购量与F-5持平,单机价格将在200万左右。

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5000小时的风洞试验。然而,这个项目最终也没能招揽到买主。

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”。F-X为40000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25000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。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25000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17000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.麦克纳马拉的领导下,奉行的是“一揽子采购”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”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,要求研制一种具有高推重比和高机动性能,总重不超过20000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30000~40000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15000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2.1万磅,但很快就增加到了2.3万磅。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。

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”则被淘汰。

在进一步研究之后,资源选择管理局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。

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于1974年4月4日在加利福尼亚州霍索恩出厂,随后被送往爱德华兹空军基地。6月9日,汉克.舒托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。

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。

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”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,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”。

1974年9月,国防部长詹姆斯.R.施莱辛格宣布,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”。第二架YF-17作为“F-18的原型机”被用作发展工作。

在LWF/ACF项目期间,两架YF-17共进行了354.5飞行小时的试验。试飞中达到的最大持续迎角为63°。1976年,70-1569号YF-17被送往国家航空航天局位于爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心,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。70-1570号机则陈列在佛罗里达州彭萨克拉的美国海军航空博物馆。

性能数据

两台通用电气涡轮喷气发动机,单台加力推力15000磅;最大速度:1320英里/小时,高度40000英尺;实用升限:60000英尺;最大航程:2800英里;空重:21000磅;总重:23000磅;最大起飞重量:30630磅;翼展:35英尺;机长:55英尺6英寸;翼面积:350平方英尺。

武器:一门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