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美军X4证明半无尾翼布局稳定性差,F117隐身戒不住攻击机一招解决问题

1945年初,美军试飞了世界上第一架火箭动力验证机X-1,X系列从此香火不断,在随后近七十年的发展过程中,美军几乎每年都要研发一种以X冠名的试验飞行器。虽然在70年代夫君要出墙由于美国的战略调整暂停了一段时间,但是美军新军事变革的兴起又为X系列注入了新的活力,到目前已经发展出跨大气层飞行器、太空营救系统、无人隐形武器平台等多种型号,成为世界空天武器装备发展的风向标。

本期稿件,我们主要介绍诺思罗普飞机公司研发的X-4“矮脚鸡”(Bantam),它验证的是半无尾的气动布局。

X-4“矮脚gg240鸡”(Bantam)验证机由诺思罗普飞机公司研发,是司隐乐一种小型双喷飞机,主要用于验证无水平尾翼超声速飞行的可行性。

X-4验证机乘员1人,长7.09米,高4.52米,翼展8.18米,机翼面积18.6平方米,弦展比3.6:1,空重2500千克,最大起飞重量3550千克。飞机安装了2台威斯汀豪斯电气公司的J30-WE-7/9喷气发动机,推力7.1 kN(725千克),最大飞行速度1006千米/小时,航程676千米,升限12900米,爬升率39.1米/秒。

X-4的机体相当紧凑,只能安装2部威斯汀豪斯电气公司的J30发动机,加上飞行员和仪器仪表,只能搭载45分钟的燃油。几乎所有的地面维护工作都可以不需要登机梯或脚凳来完成,地勤人员站在地面上就可以看到机舱内部的情况。

X-4没有水平尾翼控制面,能够升降舵配平与副翼控制面组合的“升降舵补助翼”(elevons)结构实现飞行控制。“升降舵补助翼”能够控制飞机的俯仰、滚转姿态,与纳粹德国空军的梅瑟施米特的Me-163和英国德哈维兰公司的DH-108“燕子”(Swallow )非常相似,很多空气动力学家都认为取消水平尾翼控制面能够消除高速飞行时的稳定性问题,即激波失速(shock stall)问题。激波失速的原因主要是飞机在超声速飞行时,机翼和水平尾翼会相万良印互影响,造成超声速激波的问题。尽管设计思路非常先进,但是当时的飞行控制系统阻碍了X-4项目的成功。

DH-108“燕子”(Swallow )

1946年,美国陆军航空队与诺思罗普公司签订合同,设计建造2架X-4验证机。诺思罗普公司之所以能够入选美国陆军航空队的X-4验证机项目,主要是由于美军看中了公司在N-9M、XB-35和YB-49等飞翼布局的机型上积累的经验。

诺思罗普一共建造了2架验证机,第一架 X-4验证机在美国空军编号46-676,1948年11月,被交付到穆拉克空军基地,首先进行了滑行测试,于1948年12月15日由诺思罗普公司的试飞员查尔斯塔克(Charles Tucker)进行了首飞。试飞刚刚开始,罗杰干湖床地区就下起了冬雨,阻碍了试飞计划,直到1949年4月才恢复试飞。

美国空军的埃尔伯特伯伊德准将(左)与沃尔特-威廉姆斯

但由于机械方面的原因,飞行状态极不稳定,第一架验证机在进行10次试飞之后被停飞了,从此再没能飞起来过,只能为第二架验证机提供部件。NACA穆拉克试飞队(现在的德莱登飞行研究中心)主管沃尔特威廉姆斯(Walter C. Williams)把飞机称医拓网为“柠檬”,寓意青涩。美国空军的埃尔伯特伯伊德准将负责该项目研发,对于第一架验证机的性能也不满意。

1950~1953年,NACA在高速飞行研究站(现在的爱德华兹空军基地)测试了X-4的半无尾结构,美国空军编号46-677的第二架验证机在停飞期间交付,但是很快在1950年9月28日由NACA的试飞员约翰格里菲斯(John H. Griffith),证明了具有更高的稳定性。但是,第二架验证机也经常在0.8马赫速度飞行时出现机体上下振动的问题,尽管后来经过改进X-4暂时克服了偏振的问题,但当速度达到0.91马赫时又出现了偏振问题。X-4的飞行试验证明,半无尾翼飞机不适合接近1马赫速度飞行。

约翰•格里菲斯在X-1验证机驾驶舱内

美国空军的多名试飞员参加了第2架飞机的试飞,比如查克耶格尔(Chuck Yeager)、弗兰克肯德尔小埃弗里斯特(Frank Ken莫雅淇dall Everest Jr.)、Al伯伊德(Al Boyd)、理查特约翰逊(Richard Johnson), 弗雷德阿斯卡尼(Fred Ascani)、亚瑟默里(Arthur Murray)和杰克里德利(Jack Rid天天撸影院ley)。

X-四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报4试飞员斯科特•克里斯菲尔德

试飞一裴若暄直持续到1951年5月,主要内容是飞机的俯仰稳定性。约翰格里菲斯和NACA试飞员斯科特克里微校通平台登录斯菲尔德(Scott Crossfield)认为,X-铁勒语4速度达到马赫数0.88时,就开始出现俯仰方向的振动,而且越来越严重,就像在搓板路上开汽车一样。速度进一步增加时,DATC飞机开始出现“磕头”现象,机头强烈下压,与1941年Me-163A原型机出现的问题类似。更为严重的是,飞机在三个轴方向上都有振动趋势尼克杨被捕,试飞员将其称为“hunt”,速度越高,偏航、俯仰和滚转的不稳定性越严重,出现惯性耦合的征兆,这是此后多年人类在空气动力学上面对的一大挑战。

X-4试飞员斯坦利布四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报查德(中)和沃尔特•琼斯(右)

为解决稳定性的问题,项目工程师们决定增加机翼后缘张徐勃的襟翼/减速板的厚度,在蛤壳式襟翼/减速板的上下方加装了轻木条(balsa wood strips韩熙雅abby),使角度保持在5。1951年8月20日,NACA试飞员沃尔特琼斯(战火1860Walter Jones)试飞了这种钝后缘结构,10月又在克罗斯菲尔德进行了第2次测试,效果比较明显。沃尔特琼斯认为飞行质量大幅提升,飞机在马赫数0.92时没有了俯仰控制问题。

轻木条后来被移除,X-4进行了有关着陆特性的一系列试飞。打开减速板之后,升阻比可以降低到3:1,为后来的火箭动力飞机积累了数据。1951年10月,机翼油箱泄露,迫使飞机停飞到1952年3月,着陆测试随后继续进行。NACA试飞员乔沃克(Joe Walker)、斯坦利布查德(Stanley Butchard)和乔治库珀(George Cooper )分别进行了试飞。

襟翼/减速板加厚测试之后,X-4的升降舵也加装了轻木条,1952年5月19日开始试飞,但是在试飞中一部发动机损坏,8月更换成J30发动机四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报恢复试飞,证明了改装解决了俯仰和偏航问题,0.74~0.91马赫数飞行时机头下四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报压问题得到解决,但是在0.91马赫数以上仍有振荡的问题四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报。

1953四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报年,轻木条再次被移除,回到最初的结构研究X-4的动态稳定性问题。斯科特克里斯菲尔德和约翰麦凯(John B. McKay)进行了项目最后的测试。1953年9月,X-4进行了最后一次试飞。

2架验证机在项目结束后都保留了丁汉白下来,第一架送给了位于科罗拉多之春的美国空军学院,后来又返还到爱德华兹空军基地,一直保存在爱德华兹博物馆。2012年8月,爱德华空军基地对第一架验证机进行了复原。第二架验证机送给了俄亥俄州戴顿附近的怀特-帕特森空军基地的美国空军国家博物馆,一直在陈列展示。

X-4项目的主要成就是证明了后掠翼飞机的半无尾设计并不可行,在马赫数1以上的速度非常不稳定,尽管第一种速度超过1马赫的战斗机F-7U“短剑”(Cutlass)就是采用了这种结构。飞机设计师还是在以后的设计中避开了这种四个全面,鲫鱼豆腐汤的做法,东台天气预报死大叔的幸福生活胡同。后来,遥控自动驾驶系统出现,这种空气动力布局又开始复苏,X-36验证机arup值、拥蓝(Have Blue)F-117、麦道“食肉鸟”(Bird of Prey)等机型就是源自X-4的半无尾结构,后来的三角翼飞机比如道格拉斯的F-4D、康韦尔的F-102A(源自XF-92A)和火神轰炸机(Avro Vulcan)也都从X-4项目借鉴了很多经验。

图为美国第一代喷气式飞机验证机大集合,中间的是道格拉斯X-3“短剑”(Stiletto),从下往上顺时针分别是贝尔X-1A、道格拉斯D-558-1“天空条纹”(Skystreak)康韦尔XF-92A、贝尔X-5、道格拉斯,“天空火箭”(Skyrocket)和诺思罗普X-4“矮脚鸡”。

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