你不一定知道的“雄猫”故事.pdf
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1、你不一定知道的你不一定知道的“雄猫雄猫”故事故事 为什么 F-14“雄猫”战斗机的人气总是这么高?是因为它的尺寸吗?F-14 确实身形巨大,满载重量接近 30 吨,是航空母舰弹射过最重的战斗机。还是因 为它敏捷的机动性, 或者超越 2 马赫的极速?抑或是两台大推力发动机怒吼引发 的胸腔共鸣?也许格鲁曼公司 F-14 出尽风头仅仅是因为出演了好莱坞电影壮 志凌云,也许是上述所有因素的结合才造就了“雄猫”热。虽然 F-14 很少有 机会来证明自己的空中统治地位, 但丝毫不影响世界各地航空爱好者对它的热爱。 TOPGUN 剧照 格鲁曼公司在研制 F-14 时展示的 F-14 概念图 说起来“雄猫”的
2、诞生还要感谢苏联人, 如果不是因为苏联人的图波列夫图 -95“熊”式轰炸机和越来越强大的反舰武器,美国就没有必要研制超音速舰队 保护者了。F-14 的雷达和导弹武器强大到足以摧毁 160 千米之外的一切威胁, 是为了战胜“熊”式和其强大护航战斗机群而生的。“雄猫”在美国海军 34 年 的服役生涯中只击落了五架敌机 (不算伊朗空军) , 其中 4 架都是利比亚战斗机, 分别于 1981 年和 1989 年击落,1991 年海湾战争中又击落了一架伊拉克米-8。 F-14 拦截图-95 2006 年 2 月 F-14“雄猫”进行了最后一次飞行,美国海军航空兵的一个时 代也随之结束。至今美国海军还没有
3、能在远程空战能力上与拥有远程雷达和 6 枚“不死鸟”导弹的 F-14 相匹敌的战斗机。“雄猫”已经渐行渐远,但其中有 些背后的故事你不一定知道。 惊心动魄的惊心动魄的 1.31.3 秒秒 试飞员鲍勃史密斯说试飞是一项危险的工作:“1967 年春格鲁曼首席试飞 员在 F-111B 的一起起飞事故中遇难后,我被任命为新的首席试飞员。” 鲁曼首席试飞员鲍勃史密斯 “格鲁曼承诺在签订合同后的 17 个月内进行 F-14 的首飞, 所以首飞时间预 定在 1971 年 1 月。我作为首席试飞员会和比尔米勒一起驾机飞行,他是我们的 项目飞行员,将坐在后座。” “F-14 项目由公司副总裁负责,他之前领导初步
4、设计部。现在看来他是一 位短视的激进领导人,他提出比预定时间提前一个月首飞。” “大家过完圣诞假期后在 12 月 30 日开工,人人都精神十足。我们已经准备 好当天的真正首飞了(雄猫的首飞是在 12 月 21 日,只做了一些简单的 转弯),我们在这次飞行中会收起机翼把速度推进到 1.2 马赫,并在保守包线中 大致测试一下系统,当然还不会忘了拍照留念。根据我和比尔的协议,这次飞行 我们调换了座位,由比尔驾驶。当天天空晴朗,能见度极好,有大约 10 米/秒的 西北风。” “起飞后我们先爬升到 3000 米的安全试飞高度,然后在蒙涛角上空盘旋, 按飞行卡片上的指示收回起落架,就掉头沿长岛南岸飞行。”
5、 第二次试飞中的第一架 F-14A 157980,谁能想到几分钟后就会坠毁 “就在我拨上起落架手柄后,A-6 跟踪机飞行员就报告 F-14 机身右侧漏出 液体。此时联合液压系统表读数开始直线下降,瞬间就失去了 76 升液压油。” “我们开始以 333 千米/时的速度返航,由于无法收起襟翼只能小心控制着 速度。十分钟后,我们距离跑道还有约 5 千米远,由于液压系统只够维持飞控操 纵,所以只能启动氮气瓶来放下起落架。” F-14A 157980 试飞照片集锦,最下方的彩色照片中已经可以看见飞行员在放油 减重,准备紧急降落 “此时跟踪机说更多液体泄漏出来,飞行液压系统压力表也随之归零。F-14 失去
6、了控制,先是进行了两次缓慢俯仰,然后一头向地面栽去。” “此时我们离跑道末端只有 800 米,飞机仅高过树冠 8 米。比尔立即拉下弹 射座椅的布帘启动了弹射程序,F-14 机鼻支架上一个敏感的加速度计向地面传 回了抛盖和弹射时的两个加速度尖峰信号。而这一切都在 0.9 秒内发生,0.4 秒 时前轮还擦过一棵大树!马丁-贝克座椅把我垂直向上推进了 45 米,由于前座的 比尔比我晚弹射,弹射时飞机的俯角已经很大,他几乎是向前飞的,只获得约 3 米的高度。最后我们两个的降落伞都完美展开,没有受伤。F-14 残骸中 4.5 吨 燃油引起的大火在坠机 30 分钟才被扑灭,地勤人员在残骸的两个起落架轮舱中
7、 都发现了 7.9 毫米内径钛液压管线的碎片。” 史密斯先弹射,他获得了较高的高度 比尔后弹射,几乎是向前飞行 在他们弹射后几秒钟飞机就坠毁了,这是机场摄像机拍摄的视频截图 “这架 F-14 全部的液压管线都是钛合金制造的,每侧发动机驱动一个 318 升/分流量的无蓄压器液压泵,这一切都是为了减重。液压泵里的九个活塞通过 一个旋转斜盘输出液体, 但是每个活塞完成一次做工就会向飞机 3000psi (20.68 兆帕)标准的液压系统发出一个 200-300psi(1.38-2.07 兆帕)的脉冲,这样就 出现了问题。在没有蓄压器缓冲的情况下,液压管线就会因脉冲引发的高频率共 振而疲劳。很快工程师
8、们就在一架全尺寸样机上再现了故障,当液压泵达到一定 转速时,1.2 分钟后管线就破裂了,更换不锈钢管线后能撑上 23 分钟。但问题 并不是材料引发的,而是共振,其实管线只要被弯折成正确形状并被夹紧就能防 止共振的产生。第二架 F-14 直到 1971 年 5 月 24 日才首飞,此后 F-14 项目再没 有遭遇液压问题。” F-14 轮舱中的液压管线 “这是一段令人尴尬的插曲, 如果我们不是这么急的话, 事故是可以避免的。 在首飞前的一次发动机彻夜试车时,我负责凌晨 2-3 点的班次。我在灯光下坐进 飞机后就启动了发动机,当维护长挥舞双臂示意关闭发动机时,我看见旁边的地 面上有一大滩液压油。”
9、 “我问发生了什么事,他说一定是哪个 B 型螺母松了。好吧,飞机大部分液 压管线使用 CryoFit 管箍连接,只有几个 B 型螺母,所以不是什么大问题。我们 都困了,没有多想就回家了。” “后来我看到了工程实验室在圣诞节期间完成的一份报告, 里面指出当晚发 动机运行故障的原因是 7.9 毫米内径钛液压管线疲劳断裂而导致的漏油!” 就像坐在凯迪拉克中就像坐在凯迪拉克中 查理布朗参加过越战,飞过 F8F“熊猫”和两年的 F-4“鬼怪 II”。他成 为格鲁曼公司的试飞员加入了 F-14 设计团队。 “海军要求的最大速度是 2.34 马赫,但 F-14 在试飞中能飞到 2.5 马赫,我 就飞过几次。
10、当你驾驶鬼怪以 2 马赫的最大设计速度飞行时,你感觉就像坐 在了一个大沙滩球上,F-4 变得如此不稳定,你都不确定飞机下一秒的航向。而 F-14 像一辆凯迪拉克,以最大速度飞行时非常稳定,你甚至都觉察不到已经这 么快了。” F-14 的超音速飞行很平稳 “F-14 的矩形斜切进气口也很有讲究。我们知道涡扇发动机只能吞进亚音 速气流,否则就要失速,那么如何对超音速气流进行减速呢?我们设计出了一种 内部带可动斜坡的斜切进气口,超音速时液压机构把斜坡下推,进气口上唇和斜 坡上产生的 4 道斜激波就能把气流减速到亚音速, 然后再进入发动机低压压缩机, 而这都是由电脑自动控制。对于 F-111B 项目遗
11、留下来的 TF30 发动机来说,进气 道的气流必须相当平滑,这种发动机对气流扰动和油门快速变化很敏感。我们的 进气口兼顾大马赫数气流减速和高机动时的气流平滑,我们完成了这个挑战。” F-14 的矩形斜切进气口,斜坡收起时的样子,中间的缝隙用于泄压 斜坡放下时的样子 F-14 的 4 波系进气口工作示意图,分别是亚音速、跨音速、超音速工况 “雄猫的空空武器无人能敌, 不死鸟空空导弹的射程高达 180 千米, 而且发射后会打开自己的雷达锁定目标,实现发射后不管。你可以同时跟踪 30 多个目标并用不死鸟打击其中的 6 个。 接下来是射程 30-40 公里的麻雀 导弹,然后你可以使用红外制导的响尾蛇。
12、最后就是 20 毫米机炮了,足足 有 600 发弹药,足够你打上几次了。” F-14 发射“不死鸟”空空导弹 “雄猫的截击能力是每个战斗机飞行员的梦想, 这种能力至今仍是首屈 一指,并且随着 F-14 的退役也不会被超越了。” F-14 的空战武器挂载方案 座舱中的弹珠台座舱中的弹珠台 文森特迪威诺从 1967 年格鲁曼公司提交方案时就是 F-14 座舱设计和航电 安装小组的负责人。 “公司对赢得合同非常有信心,但如果不是因为我们已经具备为 F-111B 整 合休斯 AWG-9 雷达系统的经验,那么参加这次竞标就很愚蠢。” “我们和项目飞行员通力合作来设计座舱, 每个分系统的工程师都要和飞行
13、员合作以削减分离控制器的数量,并保证所有设计都是必要的。例如在飞控系统 中,飞行员们减少了提示和警告指示灯的数量。尽管一些工程师希望每个一级系 统都能有自己的警告灯,但我们进行了大幅削减,除了简化设计的目的外,还因 为这是一架海军飞机,美国海军不希望座舱变成充满灯光的弹珠台,不希望飞行 员在弹射起飞时分心。” “由于 F-14 的续航能力高达六小时,所以我们尽量让座舱变得更舒适。如 果你坐过弹射座椅,就知道它硬得像块砖。于是我们用制造床垫的 Tempurpedic 泡沫材料来做椅垫,然后让人在全尺寸模型中坐上 6-12 小时来检验即将投产的 椅垫,最后我们得到了一个舒适垫子。” F-14A 的
14、马丁-贝克 Mk. GRU-7(A)弹射座椅, 上面厚厚的垫子就是用 Tempurpedic 泡沫材料制造的。注意上方的弹射拉环,用力拉下后不仅启动弹射程序,还会拉 下一张保护飞行员面部的布帘 “把这么多东西塞进 F-14 狭窄的机身中是一项挑战,最终我们还是完成了 工作。当你为一架战斗机安排内部设备时,如果剩下多余空间,就说明的工作没 做好。” “座舱盖玻璃本来是单块的, 但当时我们找不到任何人能够造出这么大的单 块有机玻璃。” 座舱盖玻璃本来是单块的, 但当时我们找不到任何人能够造出这么大的单块有机 玻璃 “平显的集成也是个问题。当时的平显设备就是个巨大的盒子,投影仪镜头 直径足足有 25
15、 厘米。 平显必须成像于无穷远处, 如果无法正确匹配平显和风挡, 投射的目标符号就会出现在不正确的位置。 另外如果平显的反射玻璃和风挡弧度 不匹配,你就会抓狂于重影问题。” “和 F-15 的单块式风挡不同,我们给 F-14 设计了三片式风挡。这种风挡中 间的平板玻璃与两侧的玻璃相比具有更好的防弹性能。” “我们的设计是正确的,因为之前有人已经犯过错误。F-111 出于气动考虑 设计的大倾斜风挡就出现了平显干涉问题,而 F-14 的风挡仅倾斜 30 度,反射的 光线少于折射的光线,所以不会出现重影。这是一个拉锯战,气动设计的家伙们 希望飞机能取消风挡,像枚子弹,但当我们来过后,飞机上就增加一个
16、鼓包。” (最后 F-14A 取消了平显的反射玻璃, 图像直接投射在挡风玻璃内侧, 效果很好。 ) F-14A 取消了平显的反射玻璃,图像直接投射在挡风玻璃内侧,效果很好 F-14D 采用衍射平显,有单独的反射玻璃 每周生产一架每周生产一架 F F- -1414 鲍勃克莱恩是诺斯罗普格鲁门公司物流和技术副总裁, 也是公司的最后一 位 F-14 项目总工程师,1974 年他还在高中念书时就开始在流水线上工作了。 “我们每周生产一架 F-14。格鲁曼公司有一个培养出两名大奖获得者的项 目,就是如果你要做研究工作,就必须先在生产线上干上一个月,亲眼看看飞机 是如何组装的。结果我在那个月学到的东西比我
17、其他时间学到的都多。” 忙碌的 F-14 组装线 “我们对一架 F-14 进行了试飞和测量,并与美国海军的疲劳测试数据进行 对比。我们发现雄猫的寿命比预计的高出 20,相当于我们为海军节省了 2.5 亿美元,为 9 条命的雄猫又增加了一条命。嗯,也许是两条,因为是 20。” “F-14 的后座有 8 英寸 x 8 英寸(20.32 厘米)的大尺寸显示器。F-14 通 过挂载蓝盾吊舱可以投射 2000 磅(908 千克)精确制导对地武器,成为了 舰队打击任务的头号选择。我们为雄猫集成蓝盾吊舱、激光制导和 GPS 制导武器的进度很快,只花了 6 个月时间。高效率完成一件事的最佳方式是招很 少一队人
18、,给他们很少的钱,并限定期限。” F-14D 后座的大尺寸多功能显示器 像鸟儿一样飞翔像鸟儿一样飞翔 飞机的可变后掠翼师法自然,就像鸟儿在滑翔或减速时会伸展翅膀,在加速 时会收紧翅膀那样。 但要想在金属飞机上使用机械装置来模仿鸟儿的翅膀收放很 困难,这花了飞机设计师们几十年的时间。现代的所有可变后掠翼飞机都是 40 年代梅塞施密特 P.1101 的后裔。 梅塞施密特 P.1101 是世界上第一种可变后掠翼飞机,但是不能在飞行中变化机 翼 德国人制造的 P.1101 原型机是航空史上第一架可变几何外形机翼的喷气式 战斗机。1945 年 5 月,一队美国步兵在阿尔卑斯山脚下的上阿默高小镇的一个 秘
19、密研究实验室中发现了 P.1101,该机的机翼可在地面设置成三种后掠角度, 以便在风洞中研究后掠角与阻力和速度的关系,但没来得及试飞战争就结束了。 P.1101 给美国人留下了深刻印象。罗伯特伍兹是军事情报部门的指挥官, 他评估了该机并找到设计飞机的德国专家,把他们和 P.1101 一起送到美国。很 快伍兹成为贝尔飞机公司的联合创始人兼首席设计师。 伍兹向贝尔管理层的家伙们游说了 P.1101 的设计优点,在他的努力之下, 贝尔制造的 X-5 验证机在 1951 年首飞。 X-5 实际上就是 P.1101 的翻版, 两架 X-5 直接使用了从德国原型机上拆下的部件。X-5 被用来研究可变后掠翼
20、的气动性能, 但与德国原型机不同的是能在飞行中改变后掠角度, 成为第一架真正的可变后掠 翼飞机,并成为 F-14 的直系祖先。 贝尔 X-5 基本上就是 P.1101 的仿制型,但是可以在飞行中改变机翼 贝尔的工程师们发现 X-5 的机翼从 20 度后掠到 60 度时, 会同时导致重心和 升力中心的变化,在后掠变化时需要前移整个机翼才能保持稳定。为此设计师们 在机身内安装了导轨,可让机翼整体向前移 69 厘米。X-5 在飞行中把机翼完全 收起只需要 20 秒,在电动系统故障时还能手摇改变机翼后掠角。 但 X-5 在机翼大后掠状态时变得很不稳定,而且无法从尾旋中改出,这让 X-5 变得臭名昭著。
21、1953 年美国空军的雷蒙德波普森驾驶 X-5 在尾旋中撞向地 面时,机翼就位于 60 度后掠。由于种种难以解决的技术问题,美国直到 30 年后 才开始研制实用化的可变后掠翼飞机,这就是通用动力的 F-111“土豚”战斗轰 炸机。而 F-111 项目的经验也将帮助格鲁曼制造出 F-14 战斗机。 F-111B 项目的经验也将帮助格鲁曼制造出 F-14 战斗机 美国海军在 60 年代想要一种全能舰载战斗机, 既要很高的亚音速巡航效率、 还要很好的高亚音速空战机动性、 在最大速度不低于 2 马赫的同时还要具备很好 的低速飞行性能。考虑了这些要求后,格鲁曼航空航天公司交给他们一个答案, 这就是 F-
22、14“雄猫”战斗机一架在飞行中能根据速度要求改变机翼后掠角 的战斗机。 克里斯克拉克曾在美国海军航空系统司令部第 23 试飞与评估中队担任 “雄猫”项目首席测试工程师,他回忆道:“这架飞机非常复杂,不过格鲁曼并 没制作模型或模拟器来辅助设计, 许多数据是靠计算尺和在纸上硬算出来的。 ”。 “雄猫”的机翼可在 20 到 68 度后掠角见变化,相应翼展是从 19.50 米到 11.58 米,机载标准中央大气数据计算机(SCADC)根据高度和马赫数自动确定最合适 的后掠角。F-14 是北约唯一一种能全自动改变机翼后掠角的飞机,狂风不是, B-1B 也不是,当然“雄猫”飞行员在 SCADC 出故障时也
23、能手动操作机翼。“雄 猫”的每侧机翼都由一个单独的液压动作筒驱动,每秒变化八度,一个中空的铝 合金联通轴将左右动作筒齿轮箱联接起来以确保两侧机翼同步收放。 海军航空系 统司令部的人说 F-14 在 30 年的服役中只发生过两次联通轴失效的事故, 并且都 安全着陆。 “雄猫”的每侧机翼都由一个单独的液压动作筒驱动,每秒变化八度,一个中空 的铝合金联通轴将左右动作筒齿轮箱联接起来以确保两侧机翼同步收放 整个机翼安装在一个被称为翼盒的钛结构上,翼盒几乎横跨整个机身,两端 是安装机翼的轴承。当机翼收起时,后缘约 25的面积会被整流罩覆盖,目的 是使机翼和机身间平滑过渡。 此外在整流罩后方还有帆布充气袋
24、来填充机翼下表 面的空隙,在机翼展开时鼓起的充气袋还能填补整流罩后方的落差,保证气流通 顺。每侧机翼动作筒都由一个单独的液压马达驱动,与人们认为的相反,F-14 在飞行中展开机翼所需的动力比收起时所需的更小。 展开时液压马达驱动动作筒 的流量是 55 升/分,只需用到一个固定排量泵,收起时需要约两倍的流量,并且 需要用到一个可变排量泵。 这是因为机翼转轴离压力中心的距离使展开比收起容 易。 在整流罩后方还有帆布充气袋来填充机翼下表面的空隙, 在机翼展开时鼓起的充 气袋还能填补整流罩后方的落差,保证气流通顺 F-111 的机翼转轴太靠内侧,产生了过多的跨音速和超音速配平阻力,所以 “雄猫”设计师
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