前掠翼實驗飛機：格魯曼X-29

如果把一架噴氣式飛機的機翼反過來 會發生什麼? 相信大家都瞭解過蘇-47這款戰鬥機 這種機翼設計可以追溯到二戰德國時期 直到20世紀80年代 第一架潛掠翼的超音速噴氣機才被建造出來 在蘇聯嘗試研發同類型超音速噴氣機的十年之前 這種設計就已經出現了 讓我們一起探索這種潛掠翼設計 看看格魯曼公司是如何試圖馴服這頭野獸的 正如前面提到的 潛掠翼的設計可以追溯到二戰時期 儘管二戰德國對潛掠翼進行了深入研究 但蘇聯的DB-OK纔是世界上第一款成功研製的潛掠翼飛機 這架設計獨特的雙機身飛機在1940年進行了試飛 雖然它是一個很有前景的設計 但這個項目因為太過超前於那個時代而被取消了 大約在同一時期 在戰線的另一邊 一個名叫漢斯沃克的德國工程師正在嘗試潛掠翼的設計 隨著二戰德國加緊研製噴氣式飛機 沃克認為潛掠翼設計有望解決早期噴氣式飛機的難題 從而為二戰德國研製出載重量更大的轟炸機 早期噴氣式飛機最大的難題就是如何在低速飛行時獲得足夠的升力 傳統的機翼設計在高速飛行時非常有效 但在降落和起飛時 它們卻難以產生足夠的升力來支撐機身 這是困擾世界上第一架噴氣式戰鬥機ME262的一個主要問題 於是沃克突發奇想 如果把機翼反過來會怎麼樣 這種設計將飛機的重心向前移 不僅增加了載重能力 還提高了低速飛行時的升力 更重要的是在空戰中還能提高機動性 後掠翼的設計還有一個問題 高速飛行時機動性較差 這是因為空氣在機翼上的流動刻點導致翼肩更容易失速 而副翼恰好位於翼肩 所以簡單來說 後掠角越大 飛機的最大速度就越高 但這帶來另一個問題 飛機的機動性會變差 這是因為控制飛機翻滾的副翼會越來越難操作 所以前輪翼就改變了這種情況 這樣一來 空氣就會在機翼上從尖端向根部流動 這使得副翼能夠更加靈活地控制飛機 但前提是每個機翼都必須足夠堅固 前掠翼的主要問題在於翼肩容易發生彎曲和扭轉 這會給材料帶來很大壓力 嚴重時甚至可能導致機翼斷裂 二戰期間 德國所能得到的最好的金屬就是鋁馬 但幾十年後 一種全新的材料出現了 人們對它趨之若鶩 那就是碳纖維 在輕型戰鬥機項目輸給通用動力公司後 格魯曼公司決定探索新技術 並為未來創造一款更好的戰鬥機 他們從國防高級研究計劃局和NASA獲得了資金 專門用來建造一個測試前掠翼技術的實驗平臺 兩個原型機使用了兩個F5飛機的前機身 以及F16的控制系統和主起落架 搭載通用電氣F404發動機 這種發動機日後也會裝備在F-18戰鬥機上 X-29採用了三升立面設計 配置壓翼、主翼和尾翼三種控制面 以改善機動性和穩定性 機翼主要由複合材料製成 由於承受飛行中的彎曲和扭轉 X-29也是一架極其不穩定的飛機 所以必須依靠電子飛行控制系統才能安全飛行 X-29配備了三臺計算機 每秒進行多達40次計算和調整 以確保飛機平穩飛行 機身的高頻不穩定性導致人們廣泛預測它具有極強的機動性 然而空軍的測試結果並不支持這種預期 這款飛機的另一項創新是測試了超臨界翼型 有效減少跨音速下的阻力 適應了大多數空戰可能發生的速度區間 所以在理論上這架飛機絕對荒謬又不可思議 要將它變成現實更是困難重重 各種問題接踵而至 在飛行測試中 飛行員報告了俯仰控制的問題 還記得它擁有三個控制面嗎 得益於它的不穩定性 這架飛機在某些情況中表現出色 但當飛行姿態過激時 它的可控性就大大降低了 更絕的是 第二架原型機甚至配備了一個緊急降落傘 以防飛機出現任何故障 測試過程還表明預計的阻力減小並沒有那麼顯著 儘管這是第一架超音速前掠翼飛機 但高速飛行時機翼扭轉的問題依然存在 這個問題也將是十年後 俄羅斯人放棄同一種設計的主要原因之一 儘管他們已經找到了很多解決其他設計問題的辦法 所有問題都歸結於那些引角 在某些引角下 由於氣流分離或湍流的形成 引發了氣動抖震 這就會導致飛機機身劇烈抖動 嚴重使甚至會失控 這架飛機根本沒有被設計成未來的戰鬥機 這也不是為了響應政府的某個項目而提出的 這純粹是一架實驗飛機 這項研究主要目的是為了給NASA和美國空軍提供寶貴的數據 用於未來開發這種類型的飛機和航天器 X-29原型機從1984年到1992年進行了總共422次試飛 然後它就退休了 測試過程被分成了三個階段 第一階段是測試潛略翼 超臨界翼型以及飛行的基本參數 第二階段由第二個原型機進行飛行測試 主要測試高引角機動和整體機動性 第三階段測試了渦流控制 第二架原型機安裝了兩個高壓彈氣罐 通過小噴嘴在高引角機動時將氣體噴入渦流中 所有這些測試的目的是為了控制在極具機動時 當正常飛行控制失效時發生的抖動問題 但與此同時 蘇聯在1988年開始開發他們自己的潛略翼技術驗證機 最初的代號是S-32 後來是S-37 最後定名為蘇-47金雕 X-29作為一項冷戰時期的大膽創新 它展示了潛略翼設計的潛力和侷限 為後續飛行器的設計提供了寶貴的數據和經驗