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F-22最大的對手,神秘的一代名機:YF-23(組圖)

(2010-10-14 13:39:34) 下一個

F-22最大的對手,神秘的一代名機:YF-23
2010年10月   來源: 環球網

 

 1990年6月22日,YF-23A原型機PAV-1“灰色幽靈”在愛德華茲空軍基地進行公開展示。

YF-23A以其前衛的氣動外形吸引了眾多目光。

YF-23戰鬥機是由美國諾斯洛普與麥克唐納-道格拉斯兩家公司共同設計,競標先進戰術戰鬥機(ATF)合約的機型。美國空軍於1991年4月23日宣布YF-22獲選優勝。YF-23一共隻有生產兩架原型機,目前都已經不再飛行。

發展曆史

1985年美國空軍提出接替F-15的新一代戰鬥機設計需求案,即是先進戰術戰鬥機計劃(英語:Advanced Tactical Fighter,簡稱ATF),由各家公司提出各自的設計草案。1986年美國空軍宣布將挑選最有潛力的兩種設計在展示/驗證(Demostration/Validation,Dem/Val)階段進行為期48個月的原型機設計與試飛項目。同年7月,美國空軍選出洛克希德與諾斯洛普兩家進入下一階段的競爭,並且建議落選的三家公司與優勝者組成設計團隊以分攤設計工作,成本與損失。諾斯洛普選擇與麥克唐納-道格拉斯聯合與洛克西德,通用動力以及波音公司的團隊分庭抗禮。

YF-23的第一架原型機於1990年6月23日出廠,8月27日進行第一次試飛,YF-22第一架要到8月29日才出廠。9月29日進行第一次試飛。YF-23於9月18日第5次試飛時在不使用加力燃燒室下達到1.43馬赫的超音速巡航紀錄,YF-22則是在11月3日達到1.58馬赫。YF-23第二架原型機於9月29日出廠。兩架原型機分別使用不同的發動機:一號原型機使用普惠YF-119,二號原型機則是通用電氣YF-120,與YF-22剛好顛倒。

YF-23原型機設計概念與YF-22有很大的不同,除了采用許多現有的零組件之外,YF-23的試飛計劃裏麵並未包括試射空對空導彈與驗證高迎角飛行能力,多是以風洞測試搜集與驗證資料。根據測試的結果顯示,YF-23沒有迎角限製,飛機能夠自任何螺旋(Spin)輕易恢複穩定飛行,隻有當導彈艙門呈開啟狀態時會有困難。

YF-23一共進行50次,總計65小時的試飛項目,最大空速達到1.5馬赫,最大負載達到7G,最大迎角達到25度。

YF-23A與YF-22A(下)比翼齊飛。

 

性能比較

YF-23與YF-22的各項性能比較目前仍是機密,不過根據外界的觀察,YF-23的飛行速度較高。雖然沒有向量噴管和水平控製麵,後機身結構反而比較簡單,重量也較輕。YF-23與YF-22在大部分的飛行包絡線範圍下的性能差距不大,YF-22隻有在低速下的控製性略勝一籌。

兩款飛機都采用內置彈艙,必要時可以在機翼下另外攜帶武裝。但是YF-23的量產型將需要延長機身以加入另外一個彈艙。設計團隊皆宣稱這兩種飛機都沒有迎角限製,同時都具備超音速巡航能力。

所有測試於1990年12月結束,兩組團隊根據測試的結果提出工程與生產發展(Engineering and Manufacturing Development,EMD)企劃案,經過90天評估之後,美國空軍係統計劃辦公室(System Programme Office,SPO)在每一項類別上以紅黃綠藍四色代表兩款原型機的表現:紅色是未能滿足需要,黃色是可以改進的項目,綠色是達到需求,藍色則是表現優異,這種評分免去分數相加的可能與總分會與個別項目之間不相符合,提供決策者較為客觀的評量參考。

美國空軍總司令最後決定由YF-22奪標,進入下一階段的研發計劃。諾斯洛普與麥克唐納-道格拉斯兩家公司受到相當大的影響,前者與格魯門公司合並,後者納入波音公司旗下,短時間之內將沒有機會為美國軍方設計戰鬥機。

如前麵所描述的,如果兩種原型機各有所長但是差距有限的時候,最後決定的關鍵就不是在性能比較方麵。YF-23競標失敗的原因也沒有公開過,綜合當時各種推測之後的可能性包括:

諾斯洛普在B-2轟炸機研發案上出現不少預算超支與時程落後的狀況。

1990年代諾斯洛普在發展沉默彩虹導彈上讓美國空軍不是很滿意。

美國空軍對於洛克西德公司發展與生產F-117所展現的計劃管理與執行能力相當滿意。

YF-22團隊當中還有對大型計劃非常有經驗的波音公司。

美國空軍極有可能從ATF計劃的挑戰性,設計團隊過去執行與管理計劃的能力與紀錄等方麵,選擇了綜合能力較強的YF-22而將YF-23剔除。

YF-23A獨特的三段式直前緣邊條一直延伸到機頭頂端。從傳統邊條的角度來看,這種邊條寬度實在太窄。

這張照片顯示了YF-23A的後緣多功能襟副翼是如何作為增升裝置工作的。YF-23A正在進行低速測試。

設計特點

YF-23A展現了與YF-22A全完不,同的設計概念,也體現了諾斯羅普/麥道設計團隊對未來空戰要求的理解。

總體布局YF-23A的總體布局在很大程度上繼承了諾斯羅普概念設計方案的特點。其菱 形機翼+V形尾翼的布局,介於傳統正常布局和尢尾布局之間。單座,雙發,中單翼,腹部進氣。

和YF-22A一樣,YF-23A最終並沒有采用一度呼聲頗高的鴨式布局。事實上從七家公司的方案無一采用鴨式布局這點上就能看出美國人的傾向了。在一定程度上,這是受了幾年前七巨頭討論會上通用動力的影響——哈瑞-希爾萊克說“鴨翼最好的位置是在別人的飛機上。”筆者在《王者之翼》中曾提到過,拒絕鴨式布局的原因之一是配平問題。如果按照能夠進行有效的俯仰控製原則水設計鴨翼,那麽鴨翼就無法配平機翼增升裝置產生的巨大低頭力矩。如果需要配平增升裝置,那麽鴨翼必須增大,對機翼的下洗也隨之增大,反過來削弱了增升效果。而且為了防止深失速,可能還需要增加平尾。另一方麵,從跨音速麵積律來說,大鴨翼很難滿足跨音速麵積律的要求,增大了機身設計難度和超音速阻力——這對於強調超巡的ATF(特別是YF一23A)來說,尤其難以接受。

而拒絕鴨式布局的另一個重要原因是隱身問題。鴨翼的位置、大小、平麵形狀很難和隱身要求統一起來。隱身設計的一個重要原則是盡昔減少(但不可避免)機體表麵(特別是迎頭方向)的不連續處,而鴨翼恰恰難以做劍這一點。如果還希望把機翼前後緣對應的主波束數量減至最少(也就是前後緣平行),將帶來更大的設計困難。

雖然根據美國空軍的要求,ATF必然兼顧隱身和機動性,但各個公司設計思想不同,飛機性能偏重也必然不同。從YF-23A最終選擇了V形尾翼而非傳統四尾翼布局來看,諾斯羅普追求隱身的意圖相當明顯,他們的的設計可大大減小飛機的側麵雷達反射截麵積。由於減少一對尾翼,飛機重量和阻力也可減小,對於提高超巡能力也有助益。但隨之而來的是操縱麵的效率問題和飛控係統的複雜化。

花絮

YF-23首架原型機(PAV-1)因其黑色外觀,被昵稱為“黑寡婦Ⅱ”(Black Widow II);第二架(PAV-2)則因灰色外觀,而被昵稱為“灰魅”(Gray Ghost)。

YF-23的首席試飛員Paul Matz在競標失敗之後、被YF-22研發小組挖角成為F-22的主要試飛員之一,他也成為ATF計劃裏麵唯一對這兩架飛機都有實際經驗的人。但是他對這兩架飛機的性能比較細節從不願意對外透露。

YF-23的首架原型機首先達到1.43馬赫的超音速巡航紀錄,所使用的YF119發動機推力比YF-22首架原型機使用的YF120要小,而YF-22首架原型機第一次驗證超音速巡航飛行時就達到1.5馬赫。因此不少人開始推測安裝YF120的YF-23二號原型機應該會有更高的巡航速度,可是會有多高呢?尤其YF-23在設計上也強調高速性能。根據YF120發動機的設計公司通用電氣公司的估計,如果YF-22可以達到1.6馬赫,那麽重量較輕又比較修長的YF-23極有可能飛出1.8馬赫的能力。

由於YF-23著重高速飛行能力的設計概念,競標失敗之後又隻有短暫的試飛時程就全部停飛,有一些軍事航空領域的專家或者是業餘愛好者、認為花費巨資之後沒有善加利用這架飛機的設計,不僅可惜也不太合常理。1994年,英國空軍的Boscombe Down基地曾經發生一次軍用機夜間緊急迫降的事件,英國官方對於迫降的飛機機型與原因三緘其口,據目擊者表示迫降的飛機外型修長且特殊,經由這個事件衍生出美國可能將YF-23轉發展為高速偵察機,而迫降軍機就是偵查型F-23的論調。該推論從未獲得任何證實,在沒有其他資料佐證下也不再受到注目。

因YF-23外型流線優美,所以常受日本動畫青睞、作為架空世界的戰機參考樣本,例如:

《Macross Plus》(1994):YF-21戰機

《雲之彼端,約定的地方》(2004):駐日美軍戰機

《Code Geass 反叛的魯路修》(2006):神聖不列顛尼亞帝國的戰機

《KERORO 對 KERORO 天空大決戰》(2008):西澤家私人軍隊的戰機

YF-23巨大的垂尾,主要是為了保證足夠的控製能力,要兼顧三軸控製,尾翼負荷實在太大了。

YF-23機身腹部的特殊口蓋是通過鋸齒外形對雷達反射波進進行校準。

YF-23A尾噴口特寫。這種設計將極大地降低飛機尾噴口的紅外特征。

YF-23與其所裝備的YF119-PW-100發動機。

YF-23A戰鬥機。

YF-23A戰鬥機。

YF-23A戰鬥機。












































YF-23首架原型機(PAV-1)因其黑色外觀,被昵稱為“黑寡婦Ⅱ”。
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