另类豪侠

凯　新

变后掠翼技术，让战斗机兼顾了低速和高速的飞行性能。机翼通过枢轴进行转动，进而可以根据飞机所处的不同状态选择适当的后掠角。在上个世纪七八十年代以后，这种技术曾经风靡一时。F-14、F-111、米格-23、苏-24以及“狂风”战斗机都是典型的变后掠翼战斗机。不过，虽然变后掠翼技术满足飞机在不同马赫数下对后掠角的要求，却由于其机翼趋于复杂，受技术和材料的限制，机翼的结构重量没有得到很好的控制。所以，有没有更好的方法以改善机翼性能呢?

不对称的美

德国人理查德·沃格特(RichardVogt)早在1942年设计的一架非对称飞机——Blohm＆Voss P.202似乎已经给出了一个答案。和当时德国设计的很多飞机一样，P.202也有着看似远远超越那个时代的设计理念——一副可以沿中心枢轴向右旋转35度的上单翼。和变后掠翼的飞机相类似，17.202也是让机翼沿枢轴转动进而改变机翼与机身的角度。只不过，变后掠翼飞机是让两个机翼对称的增加后掠角度，而斜翼机是让一侧的机翼后掠而另一侧的机翼前掠。无论是后掠翼还是前掠翼都可以有效降低飞机在跨声速时产生的波阻。而且，这样的设计降低了机翼复杂性，变后掠翼飞机结构重量大的问题得到了解决。类似于P.202的非对称设计后来被称作斜翼机或者斜机翼。德国和美国先后都设计了很多种斜翼机，不过除了NASA于1979年试飞的AD-1以外，其它的设计方案只做成了风洞里的模型，有的方案还仅仅停留在图纸阶段。

由于只是为了证明斜翼机的一些基本性能，NASA要求AD-1尽量少冒风险。另外，项目的预算也很少，只有24万美元。从1979年12月21日起，AD-1共进行了79次试飞，留空总时间达到73小时40分钟。试飞充分证明了斜翼机拥有战斗机梦寐以求的高空高速和低空低速的性能。在起飞、着陆和低速巡航时，机翼处在常规位置，从而让飞机充分利用升力和直机翼操纵品质优良的优势。在高速飞行时，机翼转动并与机身成斜角，由此会大大减小空气阻力，有利于节约燃料，这让AD-1拥有更长的留空时间和更远的航程。不过试飞员们普遍反映当飞机速度提高、机翼转到15度～20度时，机翼结构出现共振现象，当机翼转过45度时，飞机的操控性能开始下降，滚转，偏航和滚转-俯仰耦合现象严重。当然，这其中可能也有因预算不足而使建造过程简化的缘故。为了压缩成本，AD-1甚至没有安装弹射座椅，先进飞行控制系统之类可以提高飞机操控性的设置就更不用说了。不过，作为一款验证机，AD-1还是基本上完成了最初的使命。不仅证明了斜翼机在亚声速飞行的特性，也让飞行员得到了一些试飞类似非对称飞行器的经验。比如当AD-1的机翼旋转60度进行高速飞行的时候，飞行员就要有意识的让飞机侧倾10度，以保持航向的稳定。

基于AD-1试飞的成功，美国人需要进一步研究斜翼机在超声速状态下的性能。NASA决定将一架F-8战斗机改装成具有超声速能力的斜翼机。与此同时，斜翼机的技术也引起了海军的兴趣，因为旋转的机翼可以大大减小飞机的投影面积，这一点让斜翼机有条件成为舰载机。同时，低速状态下留空时间长的特点也非常适合舰队反潜的需要。于是，美国海军也参与到了这个项目中。

沃特公司和罗克韦尔公司先后设计了F-8斜翼机的方案，枢轴部分和气动外形都重新进行了设计。两个设计方案都能让飞机有携带10枚AIM-120A导弹或者6枚AIM-54C“不死鸟”空空导弹的能力，机翼最大旋转角度也都定到了65度，最大速度达到1.6马赫。同时，罗克韦尔公司进一步发现，和普通超声速飞机相比，斜翼机可以增加17％的有效载荷。如果将有效载荷换作燃料，可以让飞机的作战半径增加29％。飞行员在模拟器中模拟飞行后也对斜翼F-8的操控性予以了肯定，认为电传操控系统使飞机拥有良好的操纵品质。但是由于飞机的非对称性，飞机的滚转，偏航和滚转，俯仰耦合现象依然没有得到很好的解决。遗憾的是由于预算的超支以及海军把目光转移到了A-12舰载隐身轰炸机上，F-8斜翼机项目最终也只停留在了风洞阶段。

进入新世纪以后，美国将战机研发的方向逐渐转向了无人机。根据美军《无人飞行器系统路线图2005～2030》中的构想，未来美军对无人机的航程、有效载荷和留空时间提出了更高的要求，而这三项恰恰是斜翼机所具备的优势。一种名为“弹簧小折刀”的61米长、通体机翼状无人机飞行器方案展现在了人们面前。这架飞机的外型像是一个发动机舱上面驮着一只冲浪板状的单翼，单翼可以绕枢轴转动60度，就像是一个弹簧折刀一样可以收回或者打开。与它的斜翼机前辈们不同，“弹簧小折刀”内部安装了先进的计算机和传感器，能及时分析飞机所处状态的气流、阻力等情况，根据飞行动力原理将飞机调整到最佳姿态。据介绍，“弹簧小折刀”的有效载荷达到7.5吨、最大速度2马赫、留空时间超过15个小时，可以满足美军未来对无人机的要求。

随机而变

飞机的发明源于人类对鸟类的模仿，但是同样产生升力的机翼却远不能达到鸟的翅膀对气流运用的高效率。机翼无法像鸟的翅膀那样自由地伸展和舞动，所以也就不能像鸟儿一样适应各种飞行状态。而飞机的变后掠翼技术也只能大体满足飞机在低速巡航和超声速状态下的要求。不过随着技术的发展，能够随飞行状态改变气动力特性以尽量提升各种状态下的气动效率的新型机翼正成为航空大国研究的方向。

上世纪80年代初，一种由NASA和美国空军合作研发了一种可以变换曲率的新型机翼，波音公司曾经用这种机翼改装了一架F-111A并进行试验。新型机翼的研究项目被称作“自适应机翼项目”(Mission Adaptive Wing)，目的是研究一种可以改变机翼剖面曲率以更好适应各种情况飞行的新机翼。我们熟知的传统机翼通常是用滑轨或者液压作动筒控制缝翼和襟翼的收放，从而在飞机起降时调节升力。而这种“自适应”机翼完全摒弃了传统的缝翼和襟翼，通过机载电脑的控制，可以平滑的改变机翼前缘和后缘部分的曲率。机翼后缘内部的结构有点像是人的手指——由三段类似“指骨”的机构连接而成，后缘的弯曲像是人手指的弯曲。机翼的蒙皮也很有意思，上表面的蒙皮为一个整体，且具有一定的延展性；而下表面则是由几片可以活动的蒙皮组成。当机翼曲率改变时，上表面的蒙皮自然变形、面积不变，下表面的蒙皮面积则会根据情况适当的变大或者变小。

此外，在2002年11月15日，一架F／A-18AAW(主动气动弹性机翼)验证机在美国爱德华空军基地首飞，这次试飞主要研究更轻重量的柔性机翼，以求在更小的操纵面偏移的情况下让验证机拥有和生产型F／A-18相似的滚转性能。相比生产型的F／A-18，F／A，18AAW验证机的机翼蒙皮更薄，增加了新的分离式前缘缝翼。改进后，新机翼的翼板可以扭转5度。

除了上述这些处于研究完善中的变翼技术外，还有一些已经使用过的机翼控制方法，这些方法的运用可以改善飞机在某些方面的性能。比如喷气式战斗机刚刚登舰时，由于飞机的低空低速性能不好，飞行员往往将飞机机头高高抬起，以此增大飞机着舰时的迎角，进而保持飞机在低速情况下的升力。但是迎角过大也严重影响了飞行员的视线，由此造成了极大的安全隐患。为解决这一问题，美国人就把F-8“十字军战士”的机翼后部与机身铰接，并用液压控制机翼的攻角。这样的设计可以让F-8的机翼上仰7度，飞行员也就不必再过于抬高迎角保持升力了。

总之，作为飞机升力的来源，机翼并非死板一块。它的灵活程度除了要依靠先进的制造技术以外，更取决于设计师面对复杂问题时的灵感与创新。

责任编辑新浜