有些战机的机翼会在飞行中改变角度。低速起飞、降落时,机翼从后掠位置向外展开;高速飞行时,翼尖向机尾方向收起,后掠角增大。这种设计叫可变后掠翼。
它要解决的是飞机设计中的一个老难题。飞机低速飞行时,需要更大的升力。机翼展开后,有效展长更大,飞机更容易被托起来,降落速度也能降低。可一旦进入高速飞行,尤其接近或超过音速时,展开状态的机翼又会带来更大阻力。工程师于是想到,能不能让同一副机翼在不同速度下改变姿态,低速时展开,帮助飞机获得升力;高速时后掠,帮助飞机减小阻力、提高速度。
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反观自然界,鸟儿滑翔时张开翅膀,俯冲时收紧双翼,可变后掠翼的想法跟鸟的飞行方式很像。但要让几十吨重的金属机体在空中改变外形,要靠很多东西。更麻烦的是,机翼一动,飞机的受力状态也会跟着变,气动特性可能也会发生变化。如果处理不好,飞机反而可能变得难以控制。
F-111把可变后掠翼带上战场
真正把可变后掠翼带入实战时代的是美国F-111。20世纪60年代初,美国空军想要一架能贴地高速突防的攻击机,美国海军则想要一架能从航母起飞、远距离拦截苏联轰炸机的舰载截击机。为了节省研发经费,五角大楼希望用一个共同机体同时满足两个军种,F-111由此诞生。
然而,美国空军要的是低空高速突防,也就是贴着地面冲进去。海军要的是航母适配和远程舰队防空,也就是从航母上飞出去,两边需求差得很远。
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挂载4枚500磅级“宝石路”II激光制导炸弹和“铺路钉”瞄准吊舱的美国空军F-111F战斗轰炸机。海湾战争期间,F-111F因精确打击能力突出而备受重视。
不过单看技术,F-111确实很超前。它的机翼可以根据飞行状态调整角度。起飞和降落时,机翼从后掠位置向外展开,帮助重载飞机在较短跑道上完成起降。高速飞行时,机翼大幅后掠,阻力减小,飞机就能飞得更快。它还配备地形跟随雷达,能在夜间或恶劣天气中贴近地面高速飞行。
然而,执行低空突防时,飞机会在高空打开地形跟随雷达,由系统带着机头向下俯冲。机组眼看着地面越来越近,飞机却还在继续下降,直到贴近预定高度,再以高速冲向目标。飞行员要盯紧仪表,导航员要寻找目标并校准攻击线,双方配合稍有失误,后果都很严重。
F-111早期问题不少,它的发动机、进气道、雷达和机翼结构都曾出过问题,试飞和早期作战中也发生过事故。可随着一轮轮改进推进,F-111终于证明了自己。它能在恶劣天气中起飞,依靠仪表攻击肉眼看不见的目标,也能使用精确制导炸弹打击坚固目标。到海湾战争时,F-111已经成为美军重要的精确打击平台。澳大利亚皇家空军也长期使用F-111,看重的正是它航程远、速度快、能低空突防的综合能力。
海军没留下F-111B,却等来了F-14
美国海军需要的是一架能保护航母编队的远程截击机,F-111的海军版叫F-111B。它要带大型雷达和不死鸟远程空空导弹,在敌方轰炸机发射反舰导弹前,就把威胁拦在远处。从这个角度看,F-111B也挺有价值。可舰载机不能只看武器,还要适合航母甲板操作,着舰速度不能太高,重量和尺寸也不能太夸张。F-111B为了兼顾各种要求,机体越改越重,许多海军飞行员都不想要它。越南空战的经验也让美国海军越来越重视近距空战和机动性,他们真正想要一架能打空战的战斗机,而不是笨重的大型截击机。
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1969年,F-111B在NASA艾姆斯研究中心进行风洞试验。经过改进后,它已具备航母起降能力,并能作为远程导弹平台执行舰队防空任务,这正是美国海军最初设想的方向。
F-111B最终被放弃,但格鲁曼公司参与过F-111B项目,积累了可变后掠翼、大型舰载机和远程导弹系统的经验。后来,这些经验转移到了F-14上。
F-14继承了可变后掠翼的思路,却更符合海军需求。它既能挂载不死鸟导弹执行远程舰队防空,也能进行空战,还能在航母上起降。它的机翼可以自动调整角度。低速起降时展开,高速飞行时后掠。飞行员不用时时手动调整,机上计算机会根据高度和速度选择合适角度,再由液压机械系统带动机翼转动。也正因为这副会变形的翅膀,F-14成了冷战时期最有辨识度的舰载战斗机之一。
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航母甲板上长“猫”了
可变后掠翼为什么不造了?
可变后掠翼优点多缺点也多,这套系统需要沉重的转轴和液压设备等。结构越复杂,维护成本就越高。机翼根部和转轴还要承受巨大载荷,服役时间一长,就容易出现疲劳、老化和腐蚀问题。
后来,发动机推力越来越强,固定翼气动设计越来越成熟,电传飞控也能帮助飞机在复杂状态下保持稳定。工程师逐渐可以在不改变机翼外形的情况下,让飞机兼顾多种任务。相比之下,可变后掠翼的重量、成本和维护压力的性价比就很低了。
F-111证明了可变后掠翼可以支撑远程低空突防,F-14则把它变成了舰载战斗机最醒目的标志之一。只是到了后来,飞机不再非要靠会动的翅膀解决问题。
编辑/云苓
审核/老虎、武瑾媛
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风上风云|云端故事
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