回顧過去:擁有奇特後翼故意製造姿態不穩定的美國空軍X-29
有時,看到一架老式飛機會讓你抓頭。 美國空軍20 世紀80 年代的X-29 就是一個例子,它看起來就像一架機翼反裝的戰鬥機。 這是一個愚蠢的錯誤,還是一次偉大的飛躍? 讓我們一起來看看。
圖為1990 年試飛中的2 號X-29 技術驗證機EC90-039-4 美國國家航空暨太空總署
如果您參觀位於俄亥俄州代頓的國家空軍博物館或位於加州愛德華茲的美國國家航空暨太空總署阿姆斯壯飛行研究中心,您很可能會看到一到兩個最奇特的飛機原型。
格魯曼X-29 可能像某個沒看說明書就拼裝飛機模型的孩子的產物,但在製造這種機翼大幅向前而不是向後掠過的飛機時,是經過一番深思熟慮的。
20 世紀30 年代,航空工程師們對各種機翼進行了研究。 當你不完全了解這些事情時,你就有了藉口。 有箱式機翼、管式機翼、懸臂式機翼、旋轉式機翼,還有像百葉窗一樣的機翼。 只要你能想像出機翼,就有人在製造它。
其中一個想法是將機翼向前而不是向後展開。 這個想法認為,這樣的機翼可以扭轉通常的氣流流向。 傳統的後掠翼氣流從翼根流向翼尖,而前掠翼氣流則從翼尖流向翼根。 這樣可以減少阻力,提高機動性,並能以更陡的攻角飛行。
第二次世界大戰期間,德國在容克斯Ju 287 噴射戰術轟炸機上實踐了這個概念。 後來,在20 世紀60 年代,民用的漢莎噴射戰鬥機HFB-320 也採用了這個概念,但由於機翼彎曲過大而導致機翼不穩定,因此這兩種飛機的機翼都遠未取得成功。
X-29 示意圖
1970 年代,DARPA、美國空軍和NASA 決定重新審視這個概念,這要歸功於新型碳纖維複合材料的開發,這種材料有望在不增加過多重量的情況下使前掠翼變得更加堅固,同時計算技術的進步也使人們有機會控製本身就不穩定的機身,因為機身變形的速度比人類飛行員糾正變形的速度更快。
最終,X-29 於1984 年首飛,並在1992 年之前一直作為研究試驗平台。
兩架原型機從一開始就有著奇怪又熟悉的外型。 奇特的機翼被遠遠地安置在機身後面,機翼前方沒有尾翼穩定器,而是安裝了鴨翼。 這種熟悉感源於這樣一個事實,即設計師以F-5 自由戰鬥機的機身為基礎進行設計,並採用了F-15 的起落架,從而節省了成本。
X-29 的性能非常出色。 它的通用電氣F404-GE-400 發動機可產生最大16000 磅的推力,使其最高速度達到1.5 馬赫,作戰升限為50000 英尺(15000 米),續航時間約為1 小時。
X-29 可以承受高攻角
不出所料,這架飛機非常不穩定。但這並不總是一件壞事;一個飛行員的不穩定往往是另一個飛行員對極度敏捷的理解,在狗鬥時代,瞬間轉彎的能力是一個巨大的優勢,以至於一些最好的飛機在操縱桿時都是出了名的手忙腳亂。 例如,索普維斯駱駝在一戰中比任何其他盟軍飛機都更容易擊落敵機,這主要歸功於它極強的操控能力。
但是,這種不穩定性使它的駕駛難度出了名的大–事實上,在訓練中犧牲的駱駝飛行員人數幾乎和在戰鬥中犧牲的人數一樣多。 其大型旋轉引擎產生的扭矩反作用力使其右轉比左轉快得多,以至於一些飛行員寧願做一個祖蘭德式的旋轉,而不是直接左轉。 失速會立即導致致命的尾旋。 而滿箱的燃油會使重心後移,超過安全極限,導致大量飛機在起飛時墜毀。
同樣,德國的福克D7 戰鬥機在操控時也非常容易出錯,特別是在原型機上;由於機翼比一般飛機厚,因此在俯衝時方向穩定性很差。 第一次世界大戰期間,當福克公司試圖向德國空軍出售D7 時,據說他們竭力將這一特點作為賣點,告訴德國試飛員D7 具有”超強機動性”。
格魯曼公司對X-29反社會的氣動不穩定性的解決方案是安裝一套最先進的線控飛行系統,每秒對飛行器的飛行進行40次修正。 校正由三台計算機完成,其中兩台計算機的投票結果優於第三台計算機。
透過觀察X29的飛行,我們可以發現,X29確實擁有非凡的能力,能以閃電般的速度轉彎和翻滾–但它肯定需要數位輔助。 試飛員羅傑斯-史密斯(Rogers E. Smith)在下面的影片中說:「如果飛機沒有飛行控制系統…」Fighter Pilot Podcast,」以250 節的速度飛行的飛機很可能會折成兩半。
在許多方面,X-29 都取得了巨大成功,為美國工程師提供了大量數據,這些數據將用於後來的飛機設計。 然而,機翼的性能並沒有像人們希望的那樣取得巨大進步。
最終,人們決定將未來的戰鬥機和轟炸機設計建立在新的隱形技術基礎上,選擇相對隱密性而非超機動性。不過,在20 世紀80 年代,它確實為一些玩具飛機和臥室海報增色不少!