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戰鬥機之王

在戰鬥機界中,說起速度最快的,都知道有個紅色帝國的米格25,說起最帥的,可能會有人說F22,有人說是蘇47等等,那說起誰說戰鬥機中的扛把子,大家都知道毫無爭議是猛禽,F22!但現在應該有很多人不知道,其實有一款飛機能壓F22半頭,它,就是戰鬥機之王YF23!

戰 鬥 機 的 巔 峰

如果服役可能是戰鬥機的巔峰

YF-23戰鬥機 ,綽號:黑寡婦,是20世紀90年代美國諾斯羅普公司和麥道公司共同設計,競標先進戰術戰鬥機(ATF)合約的型號。美國空軍於1991年4月23日宣佈YF-22獲選優勝。YF-23一共只有生產兩架原型機,都已經不再飛行。

上個世紀八十年代中期美國空軍提出接替F-15的新一代戰鬥機設計需求案,由各家公司提出各自的紙上設計草案。1986年美國空軍宣佈將挑選最有潛力的兩種設計在展示/驗證階段進行為期48個月的原型機設計與試飛專案。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希德,通用動力以及波音公司的團隊分庭抗禮。最後諾斯洛普與麥克唐納-道格拉斯兩家公司共同推出其聯合研製的YF23隱身戰機,洛克希德·馬丁和波音公司聯合推出了競爭型號YF22(也就是今天的F22)。

相較於YF-22,YF-23的機身比較長,採中單翼,機翼的前後緣分別後掠與前掠40度,類似於菱形。機身後方沒有水平控制面,以兩片向外傾斜50度的垂直控制面取代兩者。進氣口位於機身下方靠近機翼前緣的位置,進氣口和進氣道都採用固定結構,沒有可以移動的部分,不僅能夠降低重量,也避免增加正面雷達反射截面積(RCS)。進氣道在機身內部向上彎折與位於機背的發動機相連線,噴嘴位於外傾的垂直控制面的中間處,從後下方無法直接看到噴嘴,降低紅外線訊號的強度,同時也限制安裝向量噴嘴的可行性。

原型機只有一處彈艙,位於兩側進氣道的中央,座艙與發動機之間。量產型預定增加的彈艙將會位於這個彈艙的前方。YF-23A展現了與YF-22A完全不同的設計概念,也體現了諾斯羅普/麥道設計團隊對未來空戰要求的理解。總體佈局YF-23A的總體佈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形尾翼的佈局,介於傳統正常佈局和無尾佈局之間。單座,雙發,中單翼,腹部進氣。

和YF-22A一樣,YF-23A最終並沒有採用一度呼聲頗高的鴨式佈局。事實上從七家公司的方案無一採用鴨式佈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。”拒絕鴨式佈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制原則水設計鴨翼,那麼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,那麼鴨翼必須增大,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。另一方面,從跨音速面積律來說,大鴨翼很難滿足跨音速面積律的要求,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。

而拒絕鴨式佈局的另一個重要原因是隱身問題。鴨翼的位置、大小、平面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儘量減少(但不可避免)結構表面(特別是迎頭方向)的不連續處,而鴨翼恰恰難以做到這一點。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。

效能太先進而不穩定導致輸了

根據美國空軍的要求,ATF必須兼顧隱身和機動性,但各個公司設計思路不同,飛機效能偏重也不一樣。從YF-23A最終選擇了V形尾翼而非傳統四尾翼佈局來看,諾斯羅普追求隱身的意圖相當明顯,他們的設計可大大減小飛機的側面雷達反射截面積。由於減少一對尾翼,飛機重量和阻力也相對減小,對於提高超巡能力也有助益,帶來的負影響是是操縱面的效率問題和飛控系統的複雜化。

為滿足“跨戰區航程”的要求,必須有足夠大的載油量而考慮到隱身要求所有燃油必須機內油箱裝載。因此無論是YF一22A還是YF一23A,都必須提供足夠的機內容積——幾乎相當於F一15的兩倍!從外形尺寸來看,YF一23A機身長度增加明顯,但仍然有限,因此其機內容積增大必然主要來自飛機橫截而積的增大。如果從跨/超音速阻力方面來考慮,飛機橫截面積增大不利於按照跨音速面積律來設計飛機。適當地拉長機身,有助於平滑飛機的縱向橫截面積分佈,減小跨/超音速阻力。但機身加長,必然導致飛機縱向轉動慣性增大,這對於提高飛機敏捷性和精確控制能力是不利的。蘇一27的機身長度和YF一23A相近,有飛過蘇一27的飛行員說,該機操縱慣性較大,並不是那麼好飛。

菱形機翼+V形尾翼的佈局

YF23的邊條翼佈局在大迎角時比鴨式佈局的升力特性有更大優勢——這是影響諾斯羅普選擇YF一23A整體佈局的因素之一。就傳統邊條而言,其展長的增大(面積也增大)對提高大迎角時的升力有明顯好處。但展長越大,大迎角下產生的上仰力矩也越大;成為制約邊條大小的一個因素。但顯然YF-23A的邊條不同於第三代戰鬥機的傳統邊條。其三段直線窄邊條設計相當有特點,從機翼前緣一直向前延伸到雷達罩頂端。這種邊條倒是和YF-22A的邊條頗為類似。

YF-23A的邊條具有以下幾個功能:產生邊條渦,在機翼上誘匯出渦升力,改善機翼升力特性;利用邊條渦為機翼上表面附面層補充能量,推遲機翼失速;起到氣動“翼刀”的作用,阻止附面層向翼尖堆積,推遲翼尖氣流分離(事實上由於YF-23A機翼根梢比很大,高速或大迎角下可能會有明顯的翼尖分離趨勢);大迎角下頭部渦流的分離,提供更好的俯仰和方向穩定性——直到第三代戰鬥機,大迎角下頭部渦不對稱分離的問題仍未解決,這是限制飛機進入過失速領域的一個重要因素。

而從傳統觀點來看,YF-23A的邊條太小,能否產生足夠強的渦流,起到應有的作用還是個疑問。如果確實可以,那麼一種可能性就是該機邊條的作用原理有別幹傳統邊條,另一種可能就是還有其它的輔助措施來協助改善機翼升力特性。有資料提及,“頭部和內側機翼所產牛的渦流對尾翼沒有什麼影響”,這可能意味著YF-23A機翼內側可能有某種措施以產生渦流,起到和邊條渦類似的作用。在YF-22A的進氣道頂部各有兩塊控制板,用於控制機翼上表面的渦流。YF-23A可能也有類似設計——其機翼內側有進氣道附面層的放氣狹縫,不排除附面層氣流經過加速後由此排出,藉以改善機翼上表面氣流狀態的可能性。

同臺競技

YF-23與YF-22的各項效能比較仍是機密,美國軍方認為YF23效能更先進,YF23在設計上採用眾多先進理念,比如將水平尾翼和垂直尾翼融合設計,發動機尾噴口設計在機身上面 ,機翼的前後緣設計類似於菱形等,使得YF23在設計之初就成為一款外形非常另類的超隱身戰機,不僅具備超隱身巡航能力,而且沒有攻擊角度限制,YF-23的飛行速度較高。雖然沒有向量噴嘴和水平控制面,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效能差距不大,YF-22只有在低速下的控制性略勝一籌。兩款飛機都採用內建彈艙,必要時可以在機翼下另外攜帶武器。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攻角限制,同時都具備超音速巡航能力。

美國軍方認為YF23使用了大量的先進技術,無法保證穩定性,在作戰能力方面YF-23戰鬥機更傾向於超視距作戰,雖然具備這一素質,從全域性考慮,美國軍方更願意選擇各方面都較為均衡的F-22戰鬥機。最後美國空軍選擇了效能更加穩定,且綜合作戰能力較為均衡的F22戰機,因為即使是效能稍遜的F22,也完全能夠滿足之後數十年的國際領先地位。

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