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美国到底隐藏了多少黑科技?能研发出世界上第一款可变后掠翼飞机
2019-09-26           作者: 武器大讲堂

美国激进采用新的技术

在上个世纪,美国空军和海军同时对新一代飞机做出要求,当时空军要求设计一架能够全天候、以低空高速进行远程攻击的战术轰炸机,而海军则要求一架能够长时间滞空的舰队防空用拦截机,但是当时美国防部要求在装备发展过程中减少机型以节约经费,所以决定不进行分开研制,而是采用美国空军与海军联合参与设计一款多用途中距离战斗/攻击机,在新发展成功的变后掠翼技术的基础上,研制能同时满足空、海军要求的通用战斗机,这款战机就是由美国通用动力于1960年代时开发制造的世界第一款量产可变后掠翼战机F-111土豚战斗轰炸机。

世界第一款可变后掠翼飞机

当年美国为了满足空军和海军的不同作战要求,虽然是采用他统一机型的设计,但是内部还是分成了 A、B两种型别,其中F-111A主要是对地攻击为主的空军型,而以舰队防空和护航为主的型号则是海军的F-111B型。

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海军的版本交给了当时的格鲁门公司研制,但是格鲁门的F-111B型因结构超重,性能达不到要求和火控系统的研制也遇到困难,于1968年停止发展海军版本,美国海军也因此取消了订单,而空军的版本则是交给了通用动力公司,通用动力公司的首批F-111A战机于1967年10月生产并正式交付使用,也因此,F-111土豚战斗轰炸机最后仅为美国空军采用,成为了纯粹的空军型飞机。

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服役的F-111土豚战斗轰炸机在当年拥有许多创新技术,具备了几何可变翼、后燃器、涡轮扇发动机和低空地形追踪雷达等先进的科技,这些技术在后来也被用在很多战机上。

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整机长22.4 m、最大翼展19.2 m、最小翼展9.75 m、高5.22 m、空重21.537吨,机身设计采用了半硬壳结构,材料主要是铝合金、钢、钛和一些复合材料组成,机身外部采用蒙皮覆盖,蒙皮为蜂窝夹层壁板,而一些受力强度比较大和温度较高的部位则采用了合金钢和钛合金材料。

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主机翼选择了NASA进行了十多年研究之后的变后掠翼结构,这是该技术首次应用于实用型飞机,F-111战斗轰炸机的变后掠翼采用液压作动筒来改变后掠角的角度。

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当时之所以选择这种变后掠机翼,是因为在1960年5月,一架美国U-2间谍飞机在苏联上空被击落,这个事件表明苏联已经开发了一种地对空导弹,可以射向18,000米以上的飞机,所以当时的SAC基本上不打算走高空探测方向,而是转向低空穿透的模式。

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当时苏联的地空导弹对低空飞行的飞机基本上无效,而苏联的拦截机在低空的速度优势较小,所以具备低空高速能力的飞机结构是当时美军急需的。

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而当时美国的选择基本上只有可变几何形状的机翼,因为这种机翼结构能带了较高的速度和机动性,让战机的有效载荷更大,也能带来更远的续航里程,最重要的是能够在较短的距离内起降,可以说是兼顾高、低速之间的气动要求的绝佳机翼结构,再加上当时美国NASA对这种机翼的研究和优化也做的差不多了,所以就理所当然的选择了这种机翼结构。

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F-111的主机翼则是采用了可变后掠翼的结构,可以在16~72.5°的后掠角度进行调整,基本上在起飞时为16°,在着陆及亚音速巡航时为26°,而进行高、低空超音速飞行时可选用最大72.5°以下的适当角度进行适应飞行,可以说比固定角度的机翼具有更加灵活的适配性。

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其机翼的可变后掠角度的外翼段设计了全翼展前缘缝翼和后缘双缝襟翼,在两个主机翼的中间部位为特种钢制成的盒形长梁,这个长梁由一根枢轴与两个可动外翼连接,然后由液压系统控制它们的后掠角度变化。

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尾翼采用悬臂后掠尾翼,在主机翼全后掠时,可以跟尾翼的平尾形成三角形翼结构,当然主翼和尾翼之间依然存在间隙,其间隙约为25.4厘米,这种三角翼构型在超音速飞行时具有阻力小、结构强度高的特点,因此被广泛应用于以高速飞行为目的的战机上,在第三代战斗机中很常见。

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例如中国的歼-7和歼-8战斗机,法国达索公司的幻影系列和英国的台风战斗机等都是三角翼结构的典型。

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F-111在全后掠形成三角形翼结构能给它带来更好的超音速飞行气动结构,对于执行低空高速突破作战非常有效。

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起落架方面,F-111战机使用了三点式起落架装置,前部起落架有两个轮子,可以在起飞之后收到机身内部,后部的两个起落架都是一个轮子的结构,其主齿轮的起落架舱门则位于机身中央,在降落的过程中,其舱门是向前打开的而不是向两侧打开,这样的话这个舱门就相当于一个空气制动器了,可以在着陆过程中增加阻力从而快速降低速度,这个设计可以说是一举多得了。

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驾驶舱采用的是整体式弹射并列双座舱的设计,舱盖为向两边上方打开的鸥翼门结构,座舱是一体化的设计,在遇到紧急情况下,整个座舱可以全部弹射出去,而不是像如今的战机一样采用弹射座椅。

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这个座舱包括飞行员、全部仪表和降落伞结构,在弹射的时候,F-111的座舱内会弹出一个塑胶护罩,这个护罩能让飞行员免受弹射时产生强大的迎面高速气流的冲击,可以在零高度、零速度或2.5马赫飞行时安全跳伞,甚至可以在飞机落水后进行弹射或者是从15米的水下弹射出水面,而弹射座舱的内部是完全密封的,重量和浮力比例可以保证弹射后的座舱能在水上漂浮,可以说是将逃生系统做到极致了,这也是当时非常新的一种技术。

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动力方面,F-111土豚战斗轰炸机配备了两台79.6 kN的普惠TF30-P-100 涡轮风扇发动机,其加力推力为112 kN,能让F-111实现M2.5的最大飞行速度、实用升限为17270 m。

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机内的燃油箱总载油量为14515千克,可以提供2140 km的作战半径,其转场航程为5190 km,当然也可以通过座舱后的机身顶部受油口进行空中加油,来增加航程。

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进气道位于机身中部的两侧,装有圆锥形调节锥,由计算机控制,通过液压机械控制系统进行调节。

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其中的加力燃烧室和涡轮风扇技术也是当时非常新的技术,基本上跟可变后掠翼一样属于比较早使用这些技术的飞机,当时在战场上,这款飞机进行超音速低空进袭时产生的引擎声、强大而精准的攻击能力给让北越军队很大的心里压力,所以北越给予它死亡之啸的称呼。

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武器上,F-111配备了一个内部武器舱,可以容纳两枚340千克的常规炸弹,一枚核弹或者是空空导弹。

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两个主机翼上各有4个挂架,每个挂架可以携带2300kg的各种炸弹和导弹,而机翼上的这四个挂架都是安装在可变机翼段的,那么如果在飞行中机翼进行角度改变的话,这些挂载在机翼上的武器朝向是不是会受到影响从而造成无法瞄准发射的情况?

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F-111战机在机翼的挂架上做了功夫,其中机翼外侧的两个挂架是固定的挂架,并且是可以拆除的,在不使用的时候可以抛弃掉。

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而机翼内侧的两个挂架是可以随机翼后掠角的变化而转动的,从而让武器始终保持与机身纵轴平行,当然除了基本携带的各类导弹和炸弹之外,外部挂架也可以携带备用油箱和核弹,可以说F-111土豚战斗轰炸机是一款能执行多元任务的全能战机。

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机身上还携带有一门M61 Vulcan20mm机炮,备弹2084发,不过这门机炮很少安装在F-111上使用,信息化能力上,从第一架F-111A问世到1982年一直进行重大改进,基本上都是电子设备的升级改进,改进项目包括攻击雷达、地形跟踪系统、惯导系统、控制及显示装置等。

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其中低空地形追踪雷达也是当时的创新技术,它的许多创新的设计后来影响了苏联工程师和许多其他国家军工业的思维,而F111所采用的诸多前瞻设计后来也成为战斗机架构上的基本常态。

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在服役之后,F-111具备航程远、载弹量大、能全天候作战的能力,被美军用于在夜间和不利气象条件下执行常规和核攻击任务,是当年美国远程作战的主力机种之一。

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首次实战是在1968年3月的越南实战使用试验,不过这次实战试验没有成功,因为F-111作为是最早采用变后掠翼技术的实用飞机,难免有不成熟之处,所以先后出现过结构超重使飞机性能达不到预定指标,在飞行中因机翼转轴接头下板断裂造成毁机事故,还多次发生发动机加力燃烧室熄火,以及进气道节流引起发动机喘振等比较大的问题,因此在后来陆续优化改进之后,于1986年4月14日参加了空袭利比亚的战斗、在1990年参加了海湾战争都取得不错的成绩。

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作为一款大量采用创新技术的战机,可以说引领了后来战机的发展,包括苏联的Su-17、MiG-23、Tu-22M逆火、美国的罗克韦尔B-1轰炸机等等,虽然有许多不足,但是也获得了不俗的战绩。

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在1998年美国使用F-15E打击鹰取代了F-111的战术轰炸任务,而F-111的超音速战略轰炸任务则被B-1枪骑兵战略轰炸机取代,因此这款服役多年的先驱者就此从美军中退役,但是皇家澳大利亚空军仍持续使用这款战机,直到2010年12月3日以F/A-18F超级大黄蜂战机取代F-111,从此F-111战机正式结束其现役生涯。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源: 网络来源
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