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标  题: 新战机的无尾翼设计哲学
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标  题: 新战机的无尾翼设计哲学
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新战机的无尾翼设计哲学
Tailless Design Touted For New Combat Aircraft

David A. Fulghum/Washington
Aviation Week & Space Technology / November 11, 1996

匿踪的设计使得垂直尾翼会在将来的战机设计中被取消，而且每一家
军机制造商都在寻求新方法来获得有效的指向性（direction）控制。
向量推力虽然是新一代战机的标准，尤其是在高速的情况之下，气动
力学的控制也同等地重要。无尾翼设计可以简化建造过程与降低成本
。制造商也同时在实验适型（adaptive）控制系统，是否能够掌握无
尾翼设计的高速性能与战场损害。

资深的美国国防部官员们正悄悄地承认他们对于一系列高机动性能的
战机感到兴趣，不论此型战机是载人或不载人的，它们都被设计成没
有尾翼。这些官员对于此项设计所达成在成本、航程与迹讯方面的改
进很感兴趣。
然而在这批官员当中，有人反对以现有战机拿掉垂直尾翼，并加装向
量喷嘴与新气动力学控制面的设计。他们所持的理由是，无尾翼设计
的优点必须要在设计之初便考虑周详，像是匿踪性能的要求，改装战
机的提案就无法达到。
一般相信，现在还没有足够的压力让空军们想要让战机更具机动性能
。最近的发展如短距离空对空飞弹，像AIM-9X这种具有脱离瞄准线发
射能力的飞弹，再配合新的头盔瞄准仪，以及在空战中少有使用机炮
的机会。同时他们也指出，想要大幅度改进非匿踪设计的战机雷达反
射截面积，几乎是不可能的。
比较起来，一架新的无尾翼设计战机将会比一架传统设计的战机还轻
，因此其成本可能较低。其气动力学阻力也会减少，因此省下来的燃
油可以让航程变得更远。在骨架上的应力也会减少，使得生命周期的
维护费用得以降低。而它的雷达截面积减少，更使得它能够在更靠近
目标的地方才被发现。
但它的代价是制造商必须找出一套新的方法来让这种设计的战机保有
机动性能，这也就意味着一套更复杂的飞行控制系统与新的电脑演算
法则。然而美国空军、海军与航太工业的研究者相信，他们的研究已
经接近到能有效控制的阶段了。现在他们正严格地验证无尾翼设计的
超音速战机与无人攻击机。
洛克西德马丁（Lockheed Martin）公司位于渥斯堡（Fort Worth）的
战术飞机系统（Tactical Aircraft Systems）部门正深入研究适型飞
行控制系统与无尾翼战机设计。在他们的研究中，一架去除了垂直尾
翼的F-16XL纯三角翼构型战机，正准备要放进风洞里实验。另一项对
于飞行控制演算法的设计，将可以控制无尾翼设计的飞机，或者是操
控已经损害的飞机。它的早期软体版本将在一架NF-16D Vista，一架
在飞行中可以改变其稳定度的测试机（Variable Inflight Stabili-
ty Test Aircraft）。
该公司内部赞助的研究发展计划，正研究着超音速无尾翼战机的构型
计划。迪克布莱德雷（Dick Bradley），一位在渥斯堡研究发展中心
的发言人如是说。
这个计划还和其他的研究计划互相参与，这些计划的主要目的就是在
指出未来可能的战机构型，这包括无尾翼设计及其他可能的应用在内
。这些计划其中两个是由美国空军莱特实验室（Wright Laboratori-
es）所主持的。
除此之外，这些研究还打算延伸到无人空中载具（UAV）之上，特别是
无人高性能战机的观念。五角大厦的计划人员不认为无人载具能够在
可预见的将来攻击载人的战机。但是他们却相信高性能的无人战机可
以用来有效执行高危险性的任务，例如战术侦察与防空制压行动。科
学顾问协会（Scientific Advisory Board）将在九六年底时提出一项
有更加广泛地、关于无人战斗载具的报告。
无尾翼设计在未来将会得利于适型或是自我修复的飞行控制系统，这
些系统使得飞操电脑能够立刻侦测到气动力学面故障所引起的改变，
或者是因为损害而引起的飞行效应改变。
「其主要观念就是你的飞行控制系统必须侦测到飞行效应的变化。」
达夫波登（Dave Bodden）如是说，此君是战术飞机系统部门的经理。
「基于这些资讯，系统能够重新计算控制系统的增益，使得你可以继
续操控这架飞机。」
当然，F-16战机也曾有过飞行控制面故障，但是飞行员却能安全降落
的例子。
「不过，当飞机上装有适型控制系统时，无论哪一种程度的飞行员，
只要飞机还有足够的控制能力，他们都可以继续完成任务。」达夫波
登如是说。更有甚者，新的适型控制系统能够预期先天不稳定战机的
两个轴线偶合（coupling）现象，并计算出其增益效果，像是F-16战
机。
「例如说，假设你只偏转一边水平尾翼的话，你将会得到俯仰方向的
动量，这是预期中的效果。」「但是这个动作也会造成一个滚转动量
，所以你的副翼必须要知道产生一股对抗滚转的力量。」
这个先进的控制系统最近曾由卡尔斯般（Calspan）主持一连串的试飞
活动。而巴龙机构发展的适型飞行控制系统则装载NF-16D VISTA机上
。其测试结果是如此的成功，使得其希望在未来战机上进行更多测试
的案子。
接下来的工作是一个称之为「回复」（Restore, Reconfigurable
Systems for Tailess Fighter Aircraft）的计划，该计划是由位于
俄亥俄州（Ohio）的莱特派特森空军基地（Wright-Patterson AFB）
的莱特实验室所主持。它主要的目的是找出更多无尾翼超音速战机的
构型资料。「这项工作不需要画出一个确切的时间限制莱发展一架完
整的战机系统。」波登这样子警告。这样计划被官方排定在九六年十
月开始，并且被排定在三年后完成一个即时的飞行模拟。
「回复计划的目的在于应用适型控制科技到无尾翼战机构型之上」，
波登这样说，「这些构型牵扯到很多个相互偶合，非线性的控制面。
」
莱特实验室所涉入的第二项无尾翼战机计划是与海军空战中心（
Naval Air Warfare Canter）有关，称之为冰（ICE），也就是创新控
制成果（Innovative Control Effectors）的缩写。这项计划已经开
始了它的第二阶段，进入风洞测试以细部微调构型的程度。它的主要
精神是经由创新的控制面设计来提供无尾翼飞机高度机动性能。研究
人员同时也注意到这些控制面在重量、阻力、所需的液压驱动力、低
可见度（low observability）与所需的维护程度。
布莱德雷说，「你当然可以要更多个控制面，也许每片机翼上的控制
面会从一个变成两到三个之多。」「使用更多扰流器在重复配置（
redundancy）控制面一事，可以增加适型控制系统的聪明度（smarts
），额外的控制面不但可以增加安全系数，而且也改善了飞行品质。」
洛克西德马丁公司最初的无尾翼战机构型看起来像是一架怪异的
F-117，一架有着平滑表面而且没有蝴蝶尾翼的F-117。翼胴融合的三
角翼尾端有着锯齿状的边缘，它被切割成了许多俯仰襟翼与副翼，以
及全动式的翼尖。在后缘襟翼的前缘的是一种称之为spoiler-slot-
deflector的装置。 翼前缘也有着分段的襟翼。两片大型可拆卸的三
角型舵面可以装在离机尾四分之一机身长的地方。接下来的测试构型
将只会用到上述的某些特徵。
洛克西德马丁公司使用相同的电脑模型来计算构型与控制科技。但是
花了一百一十万美金的冰计划，研究人员已经建造了一个三英尺长的
无尾翼战机模型，用来作穿音速风洞设计。到目前为止，已经对低速
操作性能、高功角与螺旋特性作了观察，在这个月中将会作更多有关
低速性能的测试。穿音速测试的经费尚未拨下来，虽然早期公司经费
赞助的评估显示其极速可以达到2.16马赫。
「我们主要是想找出适合各种任务的不同构型设计。」波登如是说。
无尾翼科技发展的技术估计在两千零十年时可被用于各机种。「我们
希望飞操适型控制系统能在两千零十年前进入应用阶段。」
研究人员认为飞操适型控制系统还能被用在其他地方，例如在翼端结
冰的情况，以及飞机飞出了飞行包络线外的情况，或者是在翼下挂载
了不对称的武器系统。巴龙机构的罗杰巴龙是这样想的。
这些早期的测试能够证明无尾翼构型在匿踪性能、阻力与航程都占有
优势吗？
「是的，」布莱德雷是这样说的，「只要你减少飞机的结构，你也省
了重量，所以这意味着重量与阻力的双重优势。但我们无法在现阶段
把这些因素列为最重要的考虑，因为这决定于你想要作出什么东西来
。」
「像在航太工业的每一件事一样，设计都是利弊互见的。」他继续说
，「但我想顾客还是可以期待成本净值会减低，毕竟飞机是秤重卖的
，假如你减少了重量，你将会减低成本。但是，你也许得加上一些复
杂度与成本到飞行控制系统上。」
洛克西德马丁公司也相信加了适型控制系统后，对于飞机生命周期的
维护成本有帮助。这观念直基于机体的一些改变，例如采用新的武器
挂载构型与机体飞行操控限制与警告装置。
该公司对于科学顾问协会的新世界福斯塔刊物（New World Vistas
publication）作了一些补助的工作，这其中有大部分是有关聪明结构
（smart structure）的。
聪明结构或称之为主动结构使用了创新的科技，它可以改变蒙皮的形
状以控制机身附近的气流。这也许可以让设计者摆脱传统铰链式的飞
行控制，同时因为没有了气动力学面与翼面间的缝隙反射雷达波，它
也能有效地减低雷达截面积。适型飞行控制系统演算法正被期待着能
够利用这种控制方式。

                                                Ladious Supp

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