凱　新

變后掠翼技術(shù)，讓戰(zhàn)斗機(jī)兼顧了低速和高速的飛行性能。機(jī)翼通過樞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)而可以根據(jù)飛機(jī)所處的不同狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)暮舐咏?。在上個世紀(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(jī)都是典型的變后掠翼戰(zhàn)斗機(jī)。不過，雖然變后掠翼技術(shù)滿足飛機(jī)在不同馬赫數(shù)下對后掠角的要求，卻由于其機(jī)翼趨于復(fù)雜，受技術(shù)和材料的限制，機(jī)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(jī)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(jī)——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(jī)一樣，P.202也有著看似遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)相類似，17.202也是讓機(jī)翼沿樞軸轉(zhuǎn)動進(jìn)而改變機(jī)翼與機(jī)身的角度。只不過，變后掠翼飛機(jī)是讓兩個機(jī)翼對稱的增加后掠角度，而斜翼機(jī)是讓一側(cè)的機(jī)翼后掠而另一側(cè)的機(jī)翼前掠。無論是后掠翼還是前掠翼都可以有效降低飛機(jī)在跨聲速時產(chǎn)生的波阻。而且，這樣的設(shè)計降低了機(jī)翼復(fù)雜性，變后掠翼飛機(jī)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(jī)或者斜機(jī)翼。德國和美國先后都設(shè)計了很多種斜翼機(jī)，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(jī)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(jìn)行了79次試飛，留空總時間達(dá)到73小時40分鐘。試飛充分證明了斜翼機(jī)擁有戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)翼處在常規(guī)位置，從而讓飛機(jī)充分利用升力和直機(jī)翼操縱品質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)勢。在高速飛行時，機(jī)翼轉(zhuǎn)動并與機(jī)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(yuǎn)的航程。不過試飛員們普遍反映當(dāng)飛機(jī)速度提高、機(jī)翼轉(zhuǎn)到15度～20度時，機(jī)翼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)翼轉(zhuǎn)過45度時，飛機(jī)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(jìn)飛行控制系統(tǒng)之類可以提高飛機(jī)操控性的設(shè)置就更不用說了。不過，作為一款驗證機(jī)，AD-1還是基本上完成了最初的使命。不僅證明了斜翼機(jī)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(jī)翼旋轉(zhuǎn)60度進(jìn)行高速飛行的時候，飛行員就要有意識的讓飛機(jī)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(jìn)一步研究斜翼機(jī)在超聲速狀態(tài)下的性能。NASA決定將一架F-8戰(zhàn)斗機(jī)改裝成具有超聲速能力的斜翼機(jī)。與此同時，斜翼機(jī)的技術(shù)也引起了海軍的興趣，因為旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼可以大大減小飛機(jī)的投影面積，這一點(diǎn)讓斜翼機(jī)有條件成為艦載機(jī)。同時，低速狀態(tài)下留空時間長的特點(diǎn)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(jī)的方案，樞軸部分和氣動外形都重新進(jìn)行了設(shè)計。兩個設(shè)計方案都能讓飛機(jī)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(jī)翼最大旋轉(zhuǎn)角度也都定到了65度，最大速度達(dá)到1.6馬赫。同時，羅克韋爾公司進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，和普通超聲速飛機(jī)相比，斜翼機(jī)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(jī)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(jī)擁有良好的操縱品質(zhì)。但是由于飛機(jī)的非對稱性，飛機(jī)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(jī)上，F(xiàn)-8斜翼機(jī)項目最終也只停留在了風(fēng)洞階段。

進(jìn)入新世紀(jì)以后，美國將戰(zhàn)機(jī)研發(fā)的方向逐漸轉(zhuǎn)向了無人機(jī)。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(jī)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(jī)所具備的優(yōu)勢。一種名為“彈簧小折刀”的61米長、通體機(jī)翼狀無人機(jī)飛行器方案展現(xiàn)在了人們面前。這架飛機(jī)的外型像是一個發(fā)動機(jī)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(jī)前輩們不同，“彈簧小折刀”內(nèi)部安裝了先進(jìn)的計算機(jī)和傳感器，能及時分析飛機(jī)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(jī)調(diào)整到最佳姿態(tài)。據(jù)介紹，“彈簧小折刀”的有效載荷達(dá)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(jī)的要求。

隨機(jī)而變

飛機(jī)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(jī)翼卻遠(yuǎn)不能達(dá)到鳥的翅膀?qū)饬鬟\(yùn)用的高效率。機(jī)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(jī)的變后掠翼技術(shù)也只能大體滿足飛機(jī)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(jī)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(jī)翼，波音公司曾經(jīng)用這種機(jī)翼改裝了一架F-111A并進(jìn)行試驗。新型機(jī)翼的研究項目被稱作“自適應(yīng)機(jī)翼項目”(Mission Adaptive Wing)，目的是研究一種可以改變機(jī)翼剖面曲率以更好適應(yīng)各種情況飛行的新機(jī)翼。我們熟知的傳統(tǒng)機(jī)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(jī)起降時調(diào)節(jié)升力。而這種“自適應(yīng)”機(jī)翼完全摒棄了傳統(tǒng)的縫翼和襟翼，通過機(jī)載電腦的控制，可以平滑的改變機(jī)翼前緣和后緣部分的曲率。機(jī)翼后緣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像是人的手指——由三段類似“指骨”的機(jī)構(gòu)連接而成，后緣的彎曲像是人手指的彎曲。機(jī)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(jī)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(jī)翼)驗證機(jī)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(jī)翼，以求在更小的操縱面偏移的情況下讓驗證機(jī)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(jī)的機(jī)翼蒙皮更薄，增加了新的分離式前緣縫翼。改進(jìn)后，新機(jī)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(jī)翼控制方法，這些方法的運(yùn)用可以改善飛機(jī)在某些方面的性能。比如噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)剛剛登艦時，由于飛機(jī)的低空低速性能不好，飛行員往往將飛機(jī)機(jī)頭高高抬起，以此增大飛機(jī)著艦時的迎角，進(jìn)而保持飛機(jī)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(jī)翼后部與機(jī)身鉸接，并用液壓控制機(jī)翼的攻角。這樣的設(shè)計可以讓F-8的機(jī)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(jī)升力的來源，機(jī)翼并非死板一塊。它的靈活程度除了要依靠先進(jìn)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