NASA的研究试验机高机动性飞机技术遥控研究机

鼎盛沙龙 2024-11-06 11:07:17

高机动性飞机技术遥控研究机(HiMAT)是美国NASA重点研究机,主要研究九十年代战斗机设计中可能采用的新技术,进一步改善飞机的机动性能。

1973年,美国NASA与空军共同执行“高机动性飞机技术计划”,此计划分三个阶段进行。第一阶段始于1973年中,有九家公司进行设计方案可行性研究。从1974年中至1975年初为第二阶段,选出罗克韦尔、格鲁门和麦克唐纳三家公司各自提出全尺寸的高机动性战斗机及其0.44缩比研究机的设计方案并进行论证。1975年夏计划进入第三阶段,最后选中罗克韦尔国际公司为承包商,签订了1,180万美元合同,研制两架0.44缩比的HiMAT遥控研究机,初步设计和详细设计各自用6个月,随后进入试制。两架研究机于1978年3月和6月先后出厂,分别在1979年7月和1980年10月做首次试飞。

利用遥控飞机进行研究的想法,是NASA德赖登飞行研究中心提出的,目的是省钱和省时地完成危险性大、而且试飞员尚难承担的新技术试飞任务。根据合同,对HiMAT研究机的主要要求如下:

在性能上要求飞机能在12,000米、M1.4条件下至少做3分钟的3g持续转弯的研究飞行;在9000米、M0.9条件下能作8g过载的持续转弯动作,而在同样条件下F-16能达到的机动过载为4.5g,F-4为2.5g;并要求达到全尺寸战斗机的推重比和空载指标,以验证全尺寸战斗机的机动性能。

结构上要求在亚音速时能够承受的最大过载为+12g和-6g,超音速时为+10g与-5g。

HiMAT研究机的研究飞行实验在爱德华空军基地的德赖登飞行研究中心进行,飞行空域限制在80公里的半径之内。研究机由B-52运载母机带到12,000~15,000米高空,在M0.7速度下从空中发射后,由地面驾驶舱控制。该机的返航回收也由地面驾驶舱控制,按常规方式进场,而后用滑橇在基地的罗杰斯干湖湖床上着陆。

HiMAT的试飞计划是用两架研究机在三年内完成45次飞行,预计1983年春结束。第一架研究空中发射和着陆特性,将飞行包线扩展到M1.4,以及确定超音速条件下的机动能力。用第二架鉴定性能、操纵性和稳定性导数及亚音速时的能量机动能力。

到1981年2月,已经进行8次自由飞行,过载达到7g。1982年初,已验证了亚音速机动飞行的一个设计点,即在M0.9、7,800米条件下,作8g持续转弯约1分钟,达到了设计指标。1982年5月14日作第二次超音速飞行时,在M1.4、12,000米、最大加力条件下,做了3.5分钟约4g的持续转弯,这超过了此飞行条件下3g持续转弯的设计指标。此时,重心基本上与气动中心重合,处于中性静稳定度状态。到1981年中,对HiMAT的计划投资约1,800万美元。

HiAMT研究机的设计特点与其研究项目相适应,其重点涉及气动、结构、材料、推进、飞行控制等领域。主要采用并将进行试验的新技术项目包括。近距鸭式布局、翼梢小翼、综合推进控制系统、数字式电传操纵、主动飞行控制技术(包括放宽静稳定度、直接升力和直接侧力空子)、复合材料结构、腹部进气道、机翼控制扭转、应力极限控制等。据称,在其远景研究计划中,还将进一步研究大长宽比二元喷管、前掠机翼、变安装角机翼、变弯度机翼、自配平机翼、箭型机翼、有弯度的机身和最小外露面积的布局等。

翼梢小翼 其作用是降低诱导阻力,减小垂尾面积,保证飞机的方向安定性,增加机翼的弹型变形以达到机翼在高载荷下所要求的扭转度。

结构设计 该机的结构设计有三个特点:

1、 采用单元体设计 目的是在进行气动、结构、推进和飞行控制方案的试验时便于更换或修改相应部件,从而可综合或单独研究许多新技术。

2、 大量采用复合材料 机翼、鸭翼、进气道和垂尾的蒙皮都采用石墨复合材料,约占结构重量的25%。与金属材料相比使重量减轻25~40%,节约经费10~25%。

3、 机翼和鸭翼采用气动弹型裁剪技术 根据气动弹性的要求,精确计算和严格控制符合材料叠层的厚度和纤维方向,可使机翼和鸭翼在机动飞行时得到所需要的结构弯扭变形和展向载荷分布。

近距鸭式布局 鸭翼与机翼均采用超临界翼型。这种布局的鸭翼可改善飞机的最大升力和跨音速的升阻特征。鸭翼下洗气流使机翼载荷重新分布,从而推迟机翼气流分离;在大迎角下,这种布局的升力要比单独机翼的升力高20%。

动力装置 装一台J85-21加力式涡喷发动机,其海平面加力推力约2,270kg,原来的发动机控制系统已经被修改,增加了一个功能有限的综合推进控制系统(IPCS),使飞行控制与发动机控制直接交联。

飞行控制系统 综合采用了数字式电传操纵和主动飞行控制技术。由于全程的主动控制提供了充分的增稳能力,研究机采用了放宽静稳定度设计,减小了机翼和操纵面的尺寸、降低了诱导阻力和俯仰配平阻力,显著的减轻了结构重量。主动控制和放宽静稳定度要求操纵系统高可靠性,因此采用了多余度的数字式电传操纵系统。

数据采集和记录设备 该机有很强的试飞数据采集和记录能力,可容纳227个数据通道。

技 术 数 据

外形尺寸

机长 6.75米

机高 1.29米

翼展 4.56米

鸭翼上反角 20°

机翼扭转角 4°

重量和载荷

空重 1,250公斤

发射重量 1,542公斤

载油 286公斤

最大法向过载 12g

性能数据

最大平飞速度 M1.6

着陆速度 333公里/小时

研究飞行时间

(M1.4,最大加力,12,000米)3.7分钟

(M0.9,不加力最大推力,12,000米)22分钟

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