如圖所示，當(dāng)機(jī)翼轉(zhuǎn)動(dòng)60度，呈現(xiàn)一側(cè)前掠一側(cè)后掠狀態(tài)后，“彈簧小折刀”就進(jìn)入超音速飛行狀態(tài)，其最大飛行速度為2馬赫
圖為正在投彈的“彈簧小折刀”轟炸機(jī)
由于機(jī)翼能像刀片折疊進(jìn)刀柄里去一樣轉(zhuǎn)動(dòng)，因此“捕食鳥”也被稱為“空中瑞士軍刀”。
世間凡是能飛的東西，不論是人造的還是天然的，都具備對(duì)稱性，否則就難以保持飛行平衡。但是，美軍現(xiàn)在就是要造一種不對(duì)稱的斜翼飛行器，而且，這種飛機(jī)飛得更快、更遠(yuǎn)，油耗更低。一旦成功，這種新式飛機(jī)將在未來20年內(nèi)成為美軍隱形轟炸機(jī)的主打機(jī)型，并將改寫飛行歷史。
數(shù)年來，美國軍方都在尋求一種飛機(jī)——它能夠在敵方領(lǐng)空外徘徊十幾小時(shí)，靜靜地等待命令。一旦接到指令，就立即以超音速直撲目標(biāo)、瞄準(zhǔn)目標(biāo)、摧毀目標(biāo)。但是，問題在于，凡是能夠進(jìn)行長時(shí)間亞音速飛行的飛機(jī)，都無法勝任超音速飛行，反之亦然。
代號(hào)“彈簧小折刀”
為了解決這個(gè)長期存在的空氣動(dòng)力學(xué)問題，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)近日授予諾斯羅普·格魯曼公司斜翼飛行器研發(fā)項(xiàng)目。第一階段合同為期20個(gè)月，撥款1030萬美元，要求諾斯羅普·格魯曼公司進(jìn)行飛行器的初始設(shè)計(jì)，解決可控性問題。
這種飛行器被命名為“彈簧小折刀”(Switchblade)，一種可改變翼掃(機(jī)翼相對(duì)機(jī)身的角度)的無人機(jī)，既有很高的低速飛行效率，能執(zhí)行盤旋監(jiān)視任務(wù)，又能執(zhí)行超音速打擊任務(wù)。
既是偵察機(jī)又是轟炸機(jī)
美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署要求諾斯羅普·格魯曼公司在2007年11月之前繪制出詳細(xì)設(shè)計(jì)圖，實(shí)驗(yàn)機(jī)則在2010年推出。初步概念是在單翼下面安裝引擎、轉(zhuǎn)軸以及監(jiān)視設(shè)備。這樣的設(shè)計(jì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)朝向飛行方向的同時(shí)，單翼可以旋轉(zhuǎn)。
美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署明確指出，概念性斜翼作戰(zhàn)飛機(jī)有兩大任務(wù)：一是情報(bào)、監(jiān)視與偵察任務(wù)，要求該機(jī)能攜帶2000千克有效載荷，在18000米高空以亞音速飛行5000海里；二是轟炸任務(wù)，要求該機(jī)能攜帶7500千克有效載荷，飛行5000海里。該機(jī)的最大速度為2馬赫。
巡航時(shí)亞音速轟炸時(shí)超音速
在巡航狀態(tài)下，“彈簧小折刀”展開61米長的單翼(不像普通飛機(jī)那樣是雙翼，而是把雙翼從中間接合在一起，組成一塊翼)，像一架普通飛機(jī)那樣飛行；但是，當(dāng)它要突破音障前，它的單翼將旋轉(zhuǎn)60度，形成一個(gè)翼尖前掠、一個(gè)翼尖后掠的狀態(tài)。這樣的構(gòu)造重新分配了飛機(jī)前部積累的沖擊波，有效降低了超音速狀態(tài)下的波阻力，飛機(jī)就進(jìn)入超音速飛行狀態(tài)。當(dāng)“彈簧小折刀”要恢復(fù)亞音速飛行時(shí)，單翼就再次旋轉(zhuǎn)，使之恢復(fù)和發(fā)動(dòng)機(jī)垂直的狀態(tài)。
2010年進(jìn)行首飛
美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署稱，假如一切進(jìn)行順利，1/5比例的“彈簧小折刀”示范模型將于2010年進(jìn)行首飛，該試驗(yàn)機(jī)翼展約為12米，全比例飛行器預(yù)計(jì)于2020年投入使用。
“彈簧小折刀”試驗(yàn)機(jī)將最終驗(yàn)證斜翼飛機(jī)計(jì)劃是否可行，這個(gè)問題自20世紀(jì)40年代以來就存在爭議。如果這架超音速試驗(yàn)機(jī)的飛行試驗(yàn)取得成功，斜翼飛機(jī)可能成為美空軍計(jì)劃2025年后裝備的、具有高速和長航時(shí)飛行能力的下一代隱形轟炸機(jī)的候選機(jī)型。
歷史鏡像
斜翼飛機(jī)真能高速飛行嗎？
上個(gè)世紀(jì)40年代，科學(xué)家們認(rèn)為，不對(duì)稱翼飛機(jī)，或稱斜翼飛機(jī)，是超音速飛行器的最佳形態(tài)。但60年過去了，還沒人能造出一架超音速斜翼飛行器。
美國航空航天局(NASA)從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行“斜翼研究飛機(jī)”(OWRA)和“艾姆斯·代頓-1”(AD-1)飛機(jī)計(jì)劃，探索了斜翼布局技術(shù)，其中后者是由伯特·魯坦飛機(jī)工廠設(shè)計(jì)的。1979年，“宇宙飛船一號(hào)”的創(chuàng)建人伯特·魯頓曾為NASA設(shè)計(jì)了一款可變翼飛機(jī)，但是那架飛機(jī)的斜翼使它很難飛行——當(dāng)飛行員拉起飛機(jī)頭部的時(shí)候，飛機(jī)就開始滾向一邊。
現(xiàn)在，五角大樓又開始關(guān)注斜翼飛機(jī)這一構(gòu)想，NASA就站出來潑冷水，稱斜翼飛行器是難以高速飛行的。
斜翼機(jī)：耗油低航程遠(yuǎn)
斜翼機(jī)左右兩半翼為一整體，且可繞機(jī)身垂樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在原理上它與變后掠翼飛機(jī)相似。飛機(jī)在起飛、著陸和低速飛行時(shí)，機(jī)翼與引擎成直角，相當(dāng)于平直機(jī)翼，這時(shí)翼展最大，誘導(dǎo)阻力最小，升力系數(shù)大，起飛、著陸和低速飛行性能好。飛機(jī)以超音速飛行時(shí)，機(jī)翼可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)60度，這時(shí)，一側(cè)機(jī)翼前掠，另一側(cè)機(jī)翼后掠，都可以推遲激波的產(chǎn)生，從而減小阻力，提高升阻比，降低油耗。
斜翼機(jī)與變后掠翼機(jī)的區(qū)別是，當(dāng)左半翼處于后掠位置時(shí)，右半翼則前掠。機(jī)翼在斜翼位置時(shí)，整個(gè)飛機(jī)橫截面積沿機(jī)身軸的分布較后掠翼飛機(jī)均勻，近似于流線體，在降低波阻力方面比后掠翼更為有利。
斜翼機(jī)左右半翼連成一體，簡化了機(jī)翼與機(jī)身的連接結(jié)構(gòu)，但是固定剛性較差。此外，在斜置位置上左右半翼不對(duì)稱，還會(huì)由滾軸操縱引起俯仰和偏航運(yùn)動(dòng)。
早在第二次世界大戰(zhàn)中，德國就對(duì)斜翼機(jī)方案進(jìn)行了研究。美國也于上世紀(jì)50年代開始斜翼機(jī)的理論研究，但正式試制還剛剛開始。
斜翼機(jī)在結(jié)構(gòu)和氣軸特性方面，都比通常的變后掠翼飛機(jī)要優(yōu)越。它的波阻小、噪音小。與后掠翼或三角飛機(jī)比較，它的耗油低、航程遠(yuǎn)。
“彈簧小折刀”能任意改變飛行狀態(tài)的秘密，就在于可轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)翼。飛機(jī)在起飛、著陸和低速飛行時(shí)，機(jī)翼與發(fā)送機(jī)成直角，相當(dāng)于平直機(jī)翼，這時(shí)翼展最大，誘導(dǎo)阻力最小，升力系數(shù)大，起飛、著陸和低速飛行性能好。飛機(jī)以超音速飛行時(shí)，機(jī)翼可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)60度，這時(shí)，一側(cè)機(jī)翼前掠，另一側(cè)機(jī)翼后掠，都可以推遲激波的產(chǎn)生，從而減小阻力，提高升阻比，降低油耗。
51區(qū)的幽靈：“彈簧大折刀”
月黑之夜，一架秘密飛機(jī)從內(nèi)華達(dá)空軍基地僻靜的機(jī)庫里滑行出來。當(dāng)它在跑道上滑跑時(shí)，基地的警戒燈暗淡下來。在黑暗籠罩下，這架戰(zhàn)斗機(jī)大小的飛機(jī)騰空而起，飛往內(nèi)利斯轟炸靶場執(zhí)行訓(xùn)練任務(wù)。
這就是傳說中的美軍秘密多功能飛機(jī)“捕食鳥”(the Bird of Prey)，它具有獨(dú)特的開合式機(jī)翼，從而具備了轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的雙重功能。由于其多功能特性，“彈簧大折刀”被稱為“空中瑞士軍刀”。有消息說，它將取代陳舊的可變翼機(jī)F-111機(jī)群。
這種飛機(jī)并不是標(biāo)準(zhǔn)可變翼飛機(jī)，它采用了一種獨(dú)特的前掠翼裝置。由于機(jī)翼能像刀片折疊進(jìn)刀柄里去一樣轉(zhuǎn)動(dòng)，飛行員們就給這種飛機(jī)起了個(gè)綽號(hào)，叫Switchblade(為了區(qū)別于無人機(jī)“彈簧小折刀”，我們把這種體型更大的有人駕駛飛機(jī)翻譯成“彈簧大折刀”)。
“彈簧大折刀”的機(jī)翼通過飛機(jī)后部正前方的樞軸安裝在機(jī)身上。機(jī)翼完全展開時(shí)，飛機(jī)可以慢速飛行，以便投擲精確武器或在未經(jīng)加固的短跑道上著陸。機(jī)翼進(jìn)一步向前掠時(shí)，飛機(jī)就變成了一個(gè)高度靈活的戰(zhàn)斗平臺(tái)。機(jī)翼完全前掠時(shí)，后緣變成前緣，整個(gè)飛機(jī)呈三角形，使飛機(jī)能以3馬赫的高速度撤離戰(zhàn)場。
“彈簧小折刀”是一款外部構(gòu)造簡單的無人駕駛飛行器，如圖所示，它就是一部引擎，上面馱著一塊板(單翼)，下面掛著一個(gè)艙(偵察器材或小型炸彈)。根據(jù)負(fù)載不同，“彈簧小折刀”分為偵察機(jī)和轟炸機(jī)兩種機(jī)型，圖為正在投彈的“彈簧小折刀”轟炸機(jī)。
“彈簧小折刀”的單翼與引擎成直角時(shí)，它處于亞音速的巡航狀態(tài)，“彈簧小折刀”雖然外部構(gòu)造簡單，但內(nèi)設(shè)人工智能電腦，能分析復(fù)雜的角度、氣流、波阻力等數(shù)據(jù)，根據(jù)飛行動(dòng)力學(xué)原理，調(diào)整機(jī)身隨時(shí)處在最佳狀態(tài)。而且，由于是無人駕駛飛機(jī)，不需要考慮飛行員的飲食、休息等問題，“彈簧小折刀”能連續(xù)巡航15小時(shí)，靜靜地偵察敵情或等待命令。
DARPA要求7大特性
●非消耗性飛行器，安裝有輪子和可回收著陸架，能夠起飛和著陸；
●吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)；
●速度快過1.2倍音速；
●無尾翼構(gòu)造，既能進(jìn)行超音速飛行，也能進(jìn)行亞音速巡航；
●飛行中能變換翼掃(機(jī)翼對(duì)機(jī)身的角度)，最小30度，最大60度；
●在最小翼掃情況下，縱橫比大于等于7；
●最小翼掃情況下，翼展大于等于12米。
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