F-22最大的对手,神秘的一代名机:YF-23 |
2010年10月 来源: 环球网 |
1990年6月22日,YF-23A原型机PAV-1“灰色幽灵”在爱德华兹空军基地进行公开展示。
YF-23A以其前卫的气动外形吸引了众多目光。
YF-23战斗机是由美国诺斯洛普与麦克唐纳-道格拉斯两家公司共同设计,竞标先进战术战斗机(ATF)合约的机型。美国空军于1991年4月23日宣布YF-22获选优胜。YF-23一共只有生产两架原型机,目前都已经不再飞行。
发展历史
1985年美国空军提出接替F-15的新一代战斗机设计需求案,即是先进战术战斗机计划(英语:Advanced Tactical Fighter,简称ATF),由各家公司提出各自的设计草案。1986年美国空军宣布将挑选最有潜力的两种设计在展示/验证(Demostration/Validation,Dem/Val)阶段进行为期48个月的原型机设计与试飞项目。同年7月,美国空军选出洛克希德与诺斯洛普两家进入下一阶段的竞争,并且建议落选的三家公司与优胜者组成设计团队以分摊设计工作,成本与损失。诺斯洛普选择与麦克唐纳-道格拉斯联合与洛克西德,通用动力以及波音公司的团队分庭抗礼。
YF-23的第一架原型机于1990年6月23日出厂,8月27日进行第一次试飞,YF-22第一架要到8月29日才出厂。9月29日进行第一次试飞。YF-23于9月18日第5次试飞时在不使用加力燃烧室下达到1.43马赫的超音速巡航纪录,YF-22则是在11月3日达到1.58马赫。YF-23第二架原型机于9月29日出厂。两架原型机分别使用不同的发动机:一号原型机使用普惠YF-119,二号原型机则是通用电气YF-120,与YF-22刚好颠倒。
YF-23原型机设计概念与YF-22有很大的不同,除了采用许多现有的零组件之外,YF-23的试飞计划里面并未包括试射空对空导弹与验证高迎角飞行能力,多是以风洞测试搜集与验证资料。根据测试的结果显示,YF-23没有迎角限制,飞机能够自任何螺旋(Spin)轻易恢复稳定飞行,只有当导弹舱门呈开启状态时会有困难。
YF-23一共进行50次,总计65小时的试飞项目,最大空速达到1.5马赫,最大负载达到7G,最大迎角达到25度。
YF-23A与YF-22A(下)比翼齐飞。
性能比较
YF-23与YF-22的各项性能比较目前仍是机密,不过根据外界的观察,YF-23的飞行速度较高。虽然没有向量喷管和水平控制面,后机身结构反而比较简单,重量也较轻。YF-23与YF-22在大部分的飞行包络线范围下的性能差距不大,YF-22只有在低速下的控制性略胜一筹。
两款飞机都采用内置弹舱,必要时可以在机翼下另外携带武装。但是YF-23的量产型将需要延长机身以加入另外一个弹舱。设计团队皆宣称这两种飞机都没有迎角限制,同时都具备超音速巡航能力。
所有测试于1990年12月结束,两组团队根据测试的结果提出工程与生产发展(Engineering and Manufacturing Development,EMD)企划案,经过90天评估之后,美国空军系统计划办公室(System Programme Office,SPO)在每一项类别上以红黄绿蓝四色代表两款原型机的表现:红色是未能满足需要,黄色是可以改进的项目,绿色是达到需求,蓝色则是表现优异,这种评分免去分数相加的可能与总分会与个别项目之间不相符合,提供决策者较为客观的评量参考。
美国空军总司令最后决定由YF-22夺标,进入下一阶段的研发计划。诺斯洛普与麦克唐纳-道格拉斯两家公司受到相当大的影响,前者与格鲁门公司合并,后者纳入波音公司旗下,短时间之内将没有机会为美国军方设计战斗机。
如前面所描述的,如果两种原型机各有所长但是差距有限的时候,最后决定的关键就不是在性能比较方面。YF-23竞标失败的原因也没有公开过,综合当时各种推测之后的可能性包括:
诺斯洛普在B-2轰炸机研发案上出现不少预算超支与时程落后的状况。
1990年代诺斯洛普在发展沉默彩虹导弹上让美国空军不是很满意。
美国空军对于洛克西德公司发展与生产F-117所展现的计划管理与执行能力相当满意。
YF-22团队当中还有对大型计划非常有经验的波音公司。
美国空军极有可能从ATF计划的挑战性,设计团队过去执行与管理计划的能力与纪录等方面,选择了综合能力较强的YF-22而将YF-23剔除。
YF-23A独特的三段式直前缘边条一直延伸到机头顶端。从传统边条的角度来看,这种边条宽度实在太窄。
这张照片显示了YF-23A的后缘多功能襟副翼是如何作为增升装置工作的。YF-23A正在进行低速测试。
设计特点
YF-23A展现了与YF-22A全完不,同的设计概念,也体现了诺斯罗普/麦道设计团队对未来空战要求的理解。
总体布局YF-23A的总体布局在很大程度上继承了诺斯罗普概念设计方案的特点。其菱 形机翼+V形尾翼的布局,介于传统正常布局和尢尾布局之间。单座,双发,中单翼,腹部进气。
和YF-22A一样,YF-23A最终并没有采用一度呼声颇高的鸭式布局。事实上从七家公司的方案无一采用鸭式布局这点上就能看出美国人的倾向了。在一定程度上,这是受了几年前七巨头讨论会上通用动力的影响——哈瑞-希尔莱克说“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”笔者在《王者之翼》中曾提到过,拒绝鸭式布局的原因之一是配平问题。如果按照能够进行有效的俯仰控制原则水设计鸭翼,那么鸭翼就无法配平机翼增升装置产生的巨大低头力矩。如果需要配平增升装置,那么鸭翼必须增大,对机翼的下洗也随之增大,反过来削弱了增升效果。而且为了防止深失速,可能还需要增加平尾。另一方面,从跨音速面积律来说,大鸭翼很难满足跨音速面积律的要求,增大了机身设计难度和超音速阻力——这对于强调超巡的ATF(特别是YF一23A)来说,尤其难以接受。
而拒绝鸭式布局的另一个重要原因是隐身问题。鸭翼的位置、大小、平面形状很难和隐身要求统一起来。隐身设计的一个重要原则是尽昔减少(但不可避免)机体表面(特别是迎头方向)的不连续处,而鸭翼恰恰难以做剑这一点。如果还希望把机翼前后缘对应的主波束数量减至最少(也就是前后缘平行),将带来更大的设计困难。
虽然根据美国空军的要求,ATF必然兼顾隐身和机动性,但各个公司设计思想不同,飞机性能偏重也必然不同。从YF-23A最终选择了V形尾翼而非传统四尾翼布局来看,诺斯罗普追求隐身的意图相当明显,他们的的设计可大大减小飞机的侧面雷达反射截面积。由于减少一对尾翼,飞机重量和阻力也可减小,对于提高超巡能力也有助益。但随之而来的是操纵面的效率问题和飞控系统的复杂化。
花絮
YF-23首架原型机(PAV-1)因其黑色外观,被昵称为“黑寡妇Ⅱ”(Black Widow II);第二架(PAV-2)则因灰色外观,而被昵称为“灰魅”(Gray Ghost)。
YF-23的首席试飞员Paul Matz在竞标失败之后、被YF-22研发小组挖角成为F-22的主要试飞员之一,他也成为ATF计划里面唯一对这两架飞机都有实际经验的人。但是他对这两架飞机的性能比较细节从不愿意对外透露。
YF-23的首架原型机首先达到1.43马赫的超音速巡航纪录,所使用的YF119发动机推力比YF-22首架原型机使用的YF120要小,而YF-22首架原型机第一次验证超音速巡航飞行时就达到1.5马赫。因此不少人开始推测安装YF120的YF-23二号原型机应该会有更高的巡航速度,可是会有多高呢?尤其YF-23在设计上也强调高速性能。根据YF120发动机的设计公司通用电气公司的估计,如果YF-22可以达到1.6马赫,那么重量较轻又比较修长的YF-23极有可能飞出1.8马赫的能力。
由于YF-23着重高速飞行能力的设计概念,竞标失败之后又只有短暂的试飞时程就全部停飞,有一些军事航空领域的专家或者是业余爱好者、认为花费巨资之后没有善加利用这架飞机的设计,不仅可惜也不太合常理。1994年,英国空军的Boscombe Down基地曾经发生一次军用机夜间紧急迫降的事件,英国官方对于迫降的飞机机型与原因三缄其口,据目击者表示迫降的飞机外型修长且特殊,经由这个事件衍生出美国可能将YF-23转发展为高速侦察机,而迫降军机就是侦查型F-23的论调。该推论从未获得任何证实,在没有其他资料佐证下也不再受到注目。
因YF-23外型流线优美,所以常受日本动画青睐、作为架空世界的战机参考样本,例如:
《Macross Plus》(1994):YF-21战机
《云之彼端,约定的地方》(2004):驻日美军战机
《Code Geass 反叛的鲁路修》(2006):神圣不列颠尼亚帝国的战机
《KERORO 对 KERORO 天空大决战》(2008):西泽家私人军队的战机
YF-23巨大的垂尾,主要是为了保证足够的控制能力,要兼顾三轴控制,尾翼负荷实在太大了。
YF-23机身腹部的特殊口盖是通过锯齿外形对雷达反射波进进行校准。
YF-23A尾喷口特写。这种设计将极大地降低飞机尾喷口的红外特征。
YF-23与其所装备的YF119-PW-100发动机。
YF-23A战斗机。
YF-23A战斗机。
YF-23A战斗机。
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YF-23首架原型机(PAV-1)因其黑色外观,被昵称为“黑寡妇Ⅱ”。