有时,看到一架老式飞机会让你感到困惑。美国空军 20 世纪 80 年代的 X-29 就是一个例子,它看起来就像一架机翼反装的战斗机。这是一个愚蠢的错误,还是一次伟大的飞跃呢?让我们一起来看看。
在俄亥俄州代顿的国家空军博物馆或加利福尼亚州爱德华兹的美国国家航空航天局阿姆斯特朗飞行研究中心,有一两架奇特的飞机原型。
看起来或许像没看说明书就拼装飞机模型的孩子的作品,但制造这种机翼大幅向前而非向后掠过的飞机是经过深思熟虑的。
20 世纪 30 年代,航空工程师研究了各种机翼。当不太了解这些时,就有了借口。有箱式机翼、管式机翼、悬臂式机翼、旋转式机翼,还有像百叶窗一样的机翼。能想象出的机翼,都有人在制造。
其中一个想法是让机翼向前而非向后展开。这个想法认为,这样能扭转通常的气流流向。传统后掠翼气流从翼根流向翼尖,而前掠翼气流则从翼尖流向翼根。这能减少阻力,提高机动性,并能以更陡的攻角飞行。
二战期间,德国在容克斯 Ju 287 喷气式战术轰炸机上实践了这一概念。后来,20 世纪 60 年代,民用的汉莎喷气式战斗机 HFB-320 也采用了这一概念,但因机翼弯曲过大导致机翼不稳定,所以这两种飞机的机翼都未成功。
20 世纪 70 年代,DARPA、美国空军和 NASA 决定重新审视前掠翼概念,这得益于新型碳纤维复合材料的开发,它能在不增重太多的情况下让前掠翼更坚固,同时计算技术进步也让人能控制不稳定的机身,因为机身变形速度比飞行员纠正速度快。
最终,X-29 于 1984 年首飞,1992 年前一直是研究试验平台。
两架原型机外形奇特又熟悉。奇特机翼在机身后面,机翼前方没尾翼稳定器,装的是鸭翼。熟悉是因为设计师以 F-5 自由战斗机机身设计,用了 F-15 的起落架,节约成本。
X-29 性能出色。通用电气 F404-GE-400 发动机最大推力 16000 磅,最高速 1.5 马赫,作战升限 50000 英尺(15000 米),续航约 1 小时。
不出所料,这架飞机极不稳定。但这并非全是坏事;对一个飞行员而言的不稳定,在另一个飞行员眼中可能意味着极度敏捷。
在狗斗时代,瞬间转弯的能力优势巨大,一些顶级飞机在操纵时都手忙脚乱。比如,索普维斯骆驼在一战中击落敌机的数量超过其他盟军飞机,这主要得益于其强大的操控能力。
然而,这种不稳定性使得驾驶难度极大——实际上,在训练中牺牲的骆驼飞行员数量几乎与在战斗中牺牲的一样多。
其大型旋转发动机产生的扭矩反作用力导致右转比左转快得多,一些飞行员甚至宁愿做祖兰德式的旋转,也不愿直接左转。失速会立即引发致命的尾旋。满箱燃油会使重心后移,超出安全极限,导致大量飞机在起飞时坠毁。
同样,德国的福克 D7 战斗机操控起来也容易出错,尤其是原型机;由于机翼比一般飞机厚,俯冲时方向稳定性很差。一战期间,福克公司向德国空军推销 D7 时,据说极力将此特点作为卖点,告知德国试飞员 D7 具有“超强机动性”。
格鲁曼公司解决 X-29 反社会气动不稳定性的方法是安装一套每秒能对飞行器飞行进行 40 次修正的最先进线控飞行系统。修正由三台计算机完成,其中两台计算机的投票结果优于第三台。
X-29 未采用坚硬机翼,即便用较轻的复合材料也会增重,而是用层压板,产生弯曲和扭转耦合。升力增加时,弯曲载荷使翼尖上弯,扭转载荷想扭曲机翼至更高迎角,但联轴器抵抗,使前缘下扭,减小迎角。
第一架 X-29 于 1984 年 12 月 14 日从爱德华兹空军基地起飞,由格鲁曼公司首席试飞员查克·休厄尔驾驶。
1985 年 12 月 13 日,X-29 成为首架水平飞行中超音速飞行的前掠翼飞机。
X-29 首次飞行四个月后开启 NASA 测试项目。它被证实可靠,到 1986 年 8 月,飞行研究任务超三小时,包含多次飞行。第一架 X-29 未配旋转恢复降落伞,因飞行测试计划未安排可能致偏离控制飞行的机动,如旋转。
第二架 X-29 配备此降落伞,参与大攻角测试。X-29 二号攻角可达 25 度,最大攻角达 67 度。
这两架 X-29 飞机从 1984 年到 1991 年共飞行 242 次。美国宇航局德莱顿飞行研究中心报告称,X-29 展示众多新技术和新工艺,及现有技术新用途,包括用“气动弹性裁剪”控制结构散度、极端不稳定状态下飞机控制和操纵、三面纵向控制、超音速下“双铰链后缘襟副翼”、有效大迎角控制、涡旋控制及军事用途展示。
第一架编号 82-003 的 X-29 现于俄亥俄州代顿市附近赖特-帕特森空军基地的美国空军国家博物馆研究与发展展厅展出,另一架在爱德华兹空军基地的阿姆斯特朗飞行研究中心展出。
在很多方面,X-29 取得了巨大成功,给美国工程师提供了大量数据,用于后续飞机设计。但机翼性能未达预期,进步不大。最终,人们决定未来的战斗机和轰炸机基于新隐形技术设计,注重隐蔽性而非超机动性。不过,它作为前掠翼的先行者,为无数科幻军事作品提供了灵感,也算是成为了一代名机