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F-16零飞行:首飞前意外升空可怕失控(图)

2016-10-27 21:51:59
摘要:F-16战斗机的起源可以追溯到1965年。当时,美国空军已经开始从事新一代高性能战斗机的概念定义研究,分别为一种重型“空中优势战斗机”(F-X)和一种轻型“先进昼间战斗机”(ADF)。前者顺理成章地发展成为F-15战斗机,而后者因空军高层存

  发展原型机

  F-16战斗机的起源可以追溯到1965年。当时,美国空军已经开始从事新一代高性能战斗机的概念定义研究,分别为一种重型“空中优势战斗机”(F-X)和一种轻型“先进昼间战斗机”(ADF)。前者顺理成章地发展成为F-15战斗机,而后者因空军高层存在不同的作战理念和设计思路,研制过程并非一帆风顺,进展较为缓慢。

  针对此前装备采购方式的弊端,1969年开始担任国防部长的戴维·帕克卡德出于减少新型武器研制成本的目的,极力赞成回到原型机竞争的研制步骤。在帕克卡德的大力支持下,美国空军采纳了国防部办公室的系统分析助理约翰·博伊德少校和皮尔雷·斯普瑞的建议,提出“轻型战斗机”(LWF)计划,并于1971年1月16日向工业部门提出了投标需求,要求研制一种最大起飞重量低于9吨、高推重比和高机动性的战斗机。

  针对越南空战中米格-17和米格-21战斗机凭借着小巧外形很难被美国空军飞行员用肉眼发现,因此LWF在设计上着重强调减小外形尺寸。该机在设计上并没有试图达到高空、高速性能,而是重点强调在未来空战的最可能条件下,即在高度9150~12200米和速度M0.6~1.6的空战环境中,将性能指标重点放在滚转速率、加速性和航程。

  作为回应,波音公司、诺斯罗普公司、通用动力公司、LTV公司和洛克希德公司等5家承包商先后提交了各自的设计方案。经过综合评估,美国空军参谋部在1972年4月13日选定了通用动力公司的401-16B方案和诺斯罗普公司的P-600方案进入下一研制阶段,并授予了两架YF-16和两架YF-17的研制合同,其中包括一年的飞行试验。

  当时,并未采用“X”(试验中)前缀的编号,而是采用了“Y”(研制中)前缀的编号,目的是表明原型机采用了现有的成熟技术和试验中的最新技术。YF-16原型机采用一台普惠公司的F100涡扇发动机为动力,而YF-17采用两台通用电气公司的YJ101发动机为动力。

  强调低成本

  在选定401型方案的最后构型之前,通用动力公司已经先后研究了12种不同的总体布局,并实施了风洞试验。在当时情况下,YF-16原型机所采用的一些新技术,对于满足性能目标具有极大的影响。

  该公司决定采用一台F100涡扇发动机用于设计方案,而不是采用两台低涵道比的YJ101发动机。据估算,一台F100发动机显然比两台YJ101发动机具有更低的耗油率,单台发动机布局使战斗机的起飞重量只有7.7吨,而两台YJ101发动机为动力的战斗机有可能使起飞重量超过9.7吨。

  在YF-16原型机的设计初期,通用动力公司曾经考虑过单垂尾和双垂尾的两种型式。风洞试验表明,前机身边条产生的旋涡通常会改善方向稳定性,但是采用双垂尾时,某种形状的边条实际上减少了大迎角状态下的稳定性。研究认为,双垂尾型式有可能导致较大的研制风险,单垂尾如果设计有足够高度,或方向舵面积足够大,也可以为原型机提供满意的效果。

  在最终确定进气道位于机身腹部之前,研制组也研究了几种不同的进气道构型。最初,设计人员实际上采用了一种下颌式进气道,但是设计过程中为了减少重量逐渐地越来越向后推,直到进气口位于前机轮的前面。试验发现,选择进气道位于腹部位置,可以在大迎角状态下有效地改善气流进入进气道时的流动方向。例如,YF-16原型机处于20度迎角时,腹部进气道的气流方向比实际迎角低10度,相当于两侧进气道处于35度迎角的情况。

  研制人员曾经评估过4种不同的机翼平面,最终选择了一种较小后掠平直前缘的梯形机翼,其原因是它可以将良好的机动性、高加速性和最大升力结合到一起。同时,研制队伍选择了一种计算机控制的可变弯度机翼,它带有前缘机动襟翼和后缘襟副翼,可以根据不同飞行条件实现相应的弯度,从而实现最大机翼效率,为原型机提供了良好的机动能力。

  意外零飞行

  1974年1月20日,对于F-16战斗机来说是一个十分特殊的日子。这天,试飞员菲尔·奥斯特里奇来到沃思堡机场,准备驾驶YF-16原型机在进行高速滑行试验。他将飞机滑行到了评估地点,紧接着开始检查飞机的驾驶仪和刹车装置,以便在正式出厂仪式上确保基本性能符合对外宣传的指标。根据计划,完成这些预计任务后,YF-16原型机将被拆开,由C-5运输机运送到爱德华空军基地,在那里重新组装后,再开始实施飞行试验计划。

  由于这是第一架采用了固定操纵杆(力敏感侧置驾驶手柄)的飞机,而奥斯特里奇在高速滑行试验前,一直没有机会获得驾驶这种飞机的感觉。在机场跑道上,他驾驶原型机顺利完成了65千米/时和148千米/时的高速滑行,很快地验证了驾驶仪和刹车装置的操纵灵活。然后,他驾驶飞机滑行回到跑道的起飞线上,等待着刹车器冷却下来。

  当跑道上的风力下降到一个可以接受的程度时,YF-16原型机准备进行220千米/时高速滑行试验,这次滑行试验的任务实际上包括起飞、在距离跑道约0.35米左右高度飞行大约300米、然后逐渐减小动力、机轮触地、刹车直到停止。这是正式首飞前的最后一步,主要是验证刹车和操纵功能,给试飞员提供一些有关空中飞行时如何驾驶飞机的感性认识。

  随后出现了一点意料之外的差错。YF-16原型机开始高速滑行,在大约200千米/小时的滑行速度下机头略微抬起,这时突然产生了一个剧烈的横向摆动,水平尾翼不经意地擦到跑道上,左侧翼尖和右侧尾部静压管也轻微地接触到跑道上。该机进入了一个侧向的飞行员诱导振荡,这是一种非常快的振荡,飞机在14秒内可以发生10圈滚转。

  当时,由于飞机开始向跑道左侧偏航,正在快速滑出跑道,有可能陷入沙漠中。面对这一突如其来的情况,奥斯特里奇别无选择,只好急推油门,让飞机进入起飞状态,这样飞机就很平稳地离开跑道,终于摆脱了这可怕的失控状态。菲尔保持飞机处于着陆状态,然后在空中绕了一圈飞回来,平安地着陆在跑道上。

  那天,在场的所有人员都没有意料到YF-16原型机会从跑道上起飞,但是这却成为了现实。奥斯特里奇明智地选择了起飞,可以说挽救了整个计划。因此,负责市场和公关的人们将这次“非正式首飞”传播开来,但他们只是称其为“零飞行”,而将下一次飞行称为首飞。

  成为获胜者

  地面检查发现,这次意外飞行的问题出在飞行控制系统的计算机上。研制人员在编制滚转指令增益程序时实际上增大了一倍,尽管在模拟器上已经完成了所有飞行模拟工作,但是滚转指令增益仍然过高。事后,他们在重新检查模拟器时,仍然没有看出“零飞行”时所出现的问题。但是在实现正式首飞前,研制人员出于安全起见,安装了一个人工控制滚转指令增益的装置。在飞行期间,起飞和着陆指令大约只有实际作用效果的一半。

  由于需要更换已经损坏的平尾,这样原计划的首次飞行时间不得不延期。在正式飞行前,研制人员进行基本系统检查和空速校准时,宁愿将飞行包线限制在适当的数值内,而没有试图让YF-16原型机表现出引人注目的飞行性能。于是,在一个多星期后的2月2日,还是由奥斯特里奇驾驶YF-16原型机完成了首次正式飞行,飞机的飞行速度达到645千米/时、飞行高度达到9150米。3月9日,另一名试飞员内尔·安德森驾驶2号YF-16原型机升空。

  接着,YF-16原型机和YF-17原型机先后开始试飞。美国空军尽管曾经让尽可能多的飞行员来试飞两种原型机,以便有助于评估和比较总体性能,但是从未让二者进行过直接对抗飞行。此外,它们还与美国空军所有的各型战斗机进行了空战模拟对抗,并与美国空军所获得的米格-17和米格-21战斗机进行了空中格斗演练,结果非常出色。

  经过全面评估。美国空军认为YF-16原型机具有较低的使用成本、较大的航程和较好瞬时机动能力,最终选定通用动力公司作为ACF计划的获胜者,同时签署了一项研制15架全尺寸飞机的合同,并将其命名为F-16战斗机。以此为起点,“战隼”家族演绎了长达40年的传奇,时至今日仍然持续不断地生产。(温杰)

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