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YF-119/120发动机是YF-23A的核心部件(图)

http://jczs.sina.com.cn 2006年06月02日 07:40 《国际展望》杂志
YF-119/120发动机是YF-23A的核心部件(图)

    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。从高度和前后后缘襟翼偏转角度推测,蜘蛛可能正在进行低速测试。

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  发动机 发动机是飞机的核心部件,YF-23A的优越性能很大程度是建立在YF-119/120的巨大推力基础上的。超巡能力和跨战区航程对发动机提出了极为严苛的要求。为满足性能要求,需要采用具有中等增压比的高压压气机、较大增压比的低压压气机、较高的涡轮前温度和较大的非加力状态推力。

  为满足不加力推力的要求,通用电气选择了变循环技术。其YF-120发动机上使用了一
种特殊的可变面积外涵道引射器,通过控制内、外涵道空气流量来改变涵道比。在超音速巡航状态下,YF-120以接近涡喷发动机的方式工作(涵道比接近0),只有少量外涵道引气用于冷却;亚音速飞行时,YF-120以涡扇发动机的方式上作(最大涵道比约0.3)。YF-120为双转子方案,采用同轴反转技术,两级低压压气机,高/低压涡轮均只有一级。采用三余度数字式发动机控制组件。和F-100比,其零件数量少了40%。而YF-120的军用推力高达125千牛,甚至超过早期F-100的加力推力。

  普·惠则选择了相对保守的涡扇

发动机方案,当然在设计卜有明显进步,使得YF-119即使不采用变循环技术也可以满足JAFE的要求。YF-119也是双转子方案,3级低压压气机,6级高压压气机,高/低压涡轮各一级。其不加力推力明显比YF-120要低,只有97.9千牛。有意思的足,第一种实用的变循环发动机J-58(用于SR-71)正是普·惠在50年代研制了。对于为何放弃自己首创技术,普·惠方面并没有任何解释。后来通用电气承认,YF120的技术有些超前了,风险确实比YF119要高。

  武器系统由于ATF暂时放弃了对地攻击能力的要求,因此在YF-23A的备选武器上并没有对地攻击武器。当初为ATF准备的主要对空武器是先进中距空空导弹(AMRAAM,后来的AIM一120)和先进近距空空导弹(ASRAAM,后来的AIM-132)。由于AIM-132进度严重拖延,迫使美国空军以先进响尾蛇改型(即AIM-9X)作为应急措施。今天,AIM-9X和AIM-120已经成为F/A-22的主要武器。

  YF一23A继承了诺斯罗普最初方案的内部武器舱设计。格斗导弹舱和主武器舱串列布置于前机身内。格斗导弹舱较小,只能容纳2枚AIM一9导弹。主武器舱较大,可容纳4枚AIM一120导弹。载弹量和YF一22A相同。由于AIM一120改进后弹翼缩小,因此在F/A-22的主武器舱内可容纳6枚。但YF-23A布置AIM-120A的方式就是上下前后错置排列,和YF一22A对称排列不同,显示其主武器舱尺寸可能较小,因此不一定能放得下6枚AIM一120改型。有资料提及,YF-23A的主武器舱挂架是可以升降的。需要发射AIM-120时,挂架伸出机外,将导弹置于自由流中再点火发射。此方式和YF-22A的弹射发射方式不同,完全避免了导弹在穿越机身表面气流时状态发生异常改变的可能性。当然,重量和机内容积的代价是免不了的。

  没有资料提及在YF-23A上AIM-9的锁定/发射模式。但这其实是一个很有意思的问题。因为在封闭的导弹舱内,AIM-9的导引头是不可能捕获目标的。

  就这个问题,笔者和许多同好曾经进行了长时『日J的讨论,反复观看F-22武器系统试验的录像,最终形成较一致的看法:F-22在格斗状态下,格斗导弹舱处于开舱状态,将AIM-9X伸出,以解决导引头锁定问题。YF-23A完全可能采刖类似模式。结合AIM-120的发射模式,笔者推测:挂载AIM-9的可能也是升降式挂架,格斗状态下开舱门将AIM-9伸出机外。由于完全伸出机外,没有机身侧面屏蔽,AIM-9可以获得比在YF-22A上更好的视界,而且也不需要YF-22A上面的隔热/排焰装置。开舱状态可能会给人比较怪异的感觉,但事实上开舱门伸出导弹所带来的阻力并不会比传统外挂架的阻力更大,因此不会对飞机性能有太大的负面影响。这种模式唯一的问题在于格斗状态下飞机的雷达反射截面积会明显增大。不过·来在进入视距内空战的情况下雷达隐身意义不大;二来现代空战格斗时间明显缩短,开舱射击暴露时间有限,因此不至于对YF一23A构成严重威胁。对于ATF,特别是YF一23A这利飞机来说,不进入格斗才是最佳战术。

  除了空空导弹外,M-61火神航炮仍然将作为ATF的固定武器。YF-23A上并没有安装M-61,但按照设计方案,航炮将安装在机身右侧,主武器舱上方。

  可维护性设计·维护口盖·舱门ATF是第一种在设计之初就提出可维护性指标的作战飞机,也是第一种在设计阶段就邀请机务部门参与的战斗机。美国空军如此重视可维护性,很大程度上是受F-15A的影响——F-15A刚刚服役时,故障层出不穷,飞机频频趴窝,人称“机库皇后”。

  对于传统飞机来说,维护口盖在机身表面的覆盖率是衡量其可维护性的一个重要参考指标。覆盖率高,意味着机载设备可按近性好,机务人员不必将时间消耗在无用但必需的工作上——最典型的就是为了接近设备A,必须先拆下设备B、C、D…;处理完后再按相反顺序装回去,而B、C、D其实对于A的维护毫无意义。

  但是,对于隐身飞机来说,情况完全不同。表面波的存在,使得机身表面任何开口都可能严重破坏飞机隐身特性。因此,“非必要绝不在机身表面开口”是隐身飞机设计必循的原则。在这种情况下如何改善飞机的可维护性呢?途径之一是集中处理。不再是哪里有需要接近的设备就在哪里开设维护口盖,而是确定一个集中区域,将接近最频繁、维护量最大的设备全部集中到那里,以一个大的维护口盖来解决。途径二是建立在途径一基础上的,即尽量利用飞机必需设置无法省略的舱门作为维护口盖。例如武器舱、起落架舱。如果能将需要维护的设备或接口集中到这些舱内,甚至可能不必在机身表面再开其它维护口盖。为保证反射波束的.致性,飞机表面所有口盖羔、舱门都必须采用锯齿状设计,其锯齿前缘在水平面的投影应平行于飞机主要的反射边缘。不过,和通常想象的不同,多锯齿前缘设计并不是最佳的控制雷达反射措施。这种设计实际卜是隐身和重量要求折巾的结果。就隐身的角度来看,最理想的是单一锯齿设计。但为了保证单一锯齿的结构强度,必须要付出相应的重量代价。在ATF的严格重量要才下,YF一23A和YF一22A均采用了多锯齿设计。然而在后来的F-22上,我们可以毛到,经过空军同意,该机减少了锯齿数量,以改善隐身特性。

  ▲简单评价

  总的来看,YF-23A是这样一种飞机相对第三代战斗机上了一个台阶的常规机动性是它设计的基础,然而这也是诺斯罗普在这方面所作的极限。在80年代中后期出现的敏捷性、过失速机动性等新概念,在YF-23A的设计中基本没有考虑。它的设计重点放在隐身和超巡方面。由于之前赢得TATB计划合约,使得诺斯罗普在隐身飞机设计上显得踌躇满志。强调YF-23A的隐身能力,有利于发挥诺斯罗普的技术特长,从效费比的观点来看,把B-2的隐身技术运用到YF-23A上也是合理的。强调超巡能力,则应该是属于诺斯罗普对未来空战要求的判断。

  这样的设计思想,使得YF-23A在性能上呈现出一种“平均水平上有重点突出”的特点,特别是和YF-22A相比更是如此。在笔者看来,YF-23A的设计思想更接近于当年百系列战斗机中“截击/轰炸机”的慨念,而有悖于诺斯罗普传统的均衡设计思想。这种突然转变是颇为令人瞩目和惊讶的。

  均衡设计的战斗机长期竞争失利(虽然失利根本原因并不在此)和ATB计划的成功,可能是促使诺斯罗普改变其传统设计思想的重要因素。加上诺斯罗普对机动性、速度、隐身重要性的认识,最终形成了我们所看到的YF一23A。方方

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