“战隼”之父

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  30年前的2月2日,一架单发、单垂尾、下腹进气的战斗·机从美国爱德华兹空军基地腾空而起,这就是日后名声大噪的F-16“战隼”原型机。今天,F-16已经生产了4000余架,共有19个国家或地区在使用它。如果说F-16的出现开创了战斗机设计史上的新开端,那么有一个人就是创造历史的先行者。他就是被誉为“战隼”之父的哈利·希拉克。
  
  走向飞机设计之路
  
  20世纪20~30年代是飞机制造技术大发展的时代,许多年轻人都热衷于惊险刺激的飞行。1927年5月21日,希拉克的老乡、著名飞行英雄林白驾驶“圣路易丝精神”号飞越大西洋。这条轰动世界的消息给8岁的希拉克留下了极其深刻的印象。从此,他对飞行和飞行器设计产生了浓厚的兴趣。希拉克原想当一名飞行员,却患有色盲症,这意味着他将终生与飞行无缘。不过,飞行梦的破碎却在一定程度上促成了希拉克在飞机设计上的成就。就这样,世界上少于—一名飞行员,却诞生了一位杰出的飞机设计大师。
  中学毕业后,希拉克考入密歇根大学空气动力工程专业。当时,全美国只有密歇根大学设有空气动力学系。这所大学为航空界培养了大批人才,其中包括希拉克的学长——曾设计出U-2和SR-71侦察机的克拉伦斯·凯利·约翰逊。大学毕业后,希拉克进入联合飞机公司(后被康维尔公司吞并),并于 1942年被派往德州的福斯沃斯进行新型轰炸机的概念设计工作。尽管希拉克后来成为飞机设计轻型化的代表人物,但他的第一个工作对象却是当时最庞大的飞机——B-36。
  B-36的研制工作始于1941年。按照设计要求,飞机必须从加拿大起飞,不经空中加油直接轰炸柏林,而这在当时被认为是不可能完成的任务。 1941年11月,康维尔飞机公司在竞标中获胜,后来由于战局变化,B-36计划给B-29让了路。这样,直到1946年试验机XB-36才实现了首次飞行。哈利·希拉克在B-36的设计与生产中起到了关键作用。后来,为了竞争空军的新型喷气战略轰炸机设计任务,希拉克和他的同事们还以B-36为基础设计了 YB-60轰炸机。YB-60轰炸机使用了 8台1-57涡轮喷气发动机,机翼后掠角为60度。但由于空军拒绝提供发动机,YB-60计划被迫取消。
  希拉克参与主导设计的第二个项目是超音速轰炸机B-58。以希拉克为首的设计小组不负众望,研制出世界上第一架达到两倍音速的轰炸机。然而, B-58于1959年服役后事故频发,再加上美国国内的“核导弹制胜派"3t占了上风,所以在 1969年就全部撤编,成为美国历史上飞行速度最快,退役速度也最快的轰炸机。
  此后不久,希拉克在事业上再遭挫折。他和同事们开发出世界上第—一种实用型变后掠翼战斗机F-111。F-111对后世影响深远,但在投入越战后不久便连续发生6起事故,被国会勒令停止发展。在对飞机座舱和进气道加以改进后,事故率才开始大幅下降。
  B-58的快速退役和F-111的高事故率,使希拉克开始反思:尽管拥有超前的设计思想、先进的制造技术,但实际使用的情况并不理想。到底是什么环节出现了问题?作战飞机难道越大越贵才好吗?希拉克在设计上开始尝试一条新路,试图设计出一种与众不同的轻型战斗机。他的想法得到了同伙们的大力协助,他们共同组成了“战斗机兄弟会”。
  
  神秘的“兄弟会”
  
  1965年的某一天,希拉克应邀到埃格林空军基地的军官俱乐部喝下午茶。俱乐部主人给他介绍了一位身材高大、喜欢炫耀的资深飞行员。此人就是美国空军中的奇人,号称“40秒的埃德”的约翰·鲍埃德。希拉克起初不想搭理这个旁若无人的家伙,只是礼节性地寒喧了几句。当鲍埃德知道希拉克是位飞机设计师,而且参与了F-111的设计后,便毫不客气地奚落道:“你们通用公司(康维尔公司此时已被通用公司兼并)管F- 111也叫战斗机?”
  “是战斗轰炸机!”希拉克电毫不示弱。
  “你们就懂得按合同造飞机,根本不知道飞行员的需要!”鲍埃德变得有些敫动。当时的气氛闹得很僵,但随着谈话的深入,希立克开始把几十年飞行设十的经验心得说给对方,鲍矣德也明白希拉克并不是—个单纯的技术狂。从这一天起,希拉克开始了与鲍埃德长达6年的交往。他们开始频繁地在华盛顿碰头,进行通宵讨论。
  鲍埃德告诉希拉克,他在长期飞行中发现了一种“能量机动理论”,即在近距离格斗空战中的任一点(时间和空间点)都要恰当地保持自身的能量优势。根据这种理论,衍生出了空战对抗的4个步骤:观察——定位/推导——决策——反应。希拉克通过与其他“战斗机兄弟会”成员的不断研究,觉得应该能设计出一种机动性和作战半径都远超过F-4的轻型哉斗机。这个结果终于引起了美国国防部副部长戴维·帕卡德的注意。他同意以希拉克为首的研制小组参与“试验性原型机”的竞标。“战斗机兄弟会”的努力最终催生了F- 16轻型战斗机。
  希拉克在F-16的设计上充分利用了“能量机动理论”。如采用大后掠角、前缘锐利的边条翼(可提高升力和安定性),可在持续大过载转弯中提高升阻比的前缘机动襟翼以及独特的翼身融合体。为了贯彻“观察——定位/推导——决策——反应”的作战步骤,F- 16着力于提高座舱视野和操纵品质。采用气泡式座舱盖以及较高的驾驶员座椅,可使驾驶员的上半球视野达360度;座椅向后倾斜30度,飞行员可承受 9g的加速度;首次使用了电传操纵,减轻了飞行员的工作负担,使飞行员能在激烈的近距格斗中永远比对手快一拍。
  
  与大师的对话
  
  战斗机的设计是一门复杂的学问。下面这段对希拉克的访谈,也许能使我们详细了解隐藏在飞机外壳下的深邃思想。
  问:在20世纪60年代,你是所谓的“战斗机兄弟会”成员之一,这个名字从何而来?
  答:这指的是那些负责轻型战斗机设计的一小撮人。这个组织的核心成员有3个人:约翰·鲍埃德、皮埃尔·斯普雷和我。给我们起这个绰号的是美国空军,他们把我们视为挑战陈规的地下组织,是对正统力量的一种威胁。
  问:这种威胁是什么?
  答:这种威胁指的是我们要颠覆一些固有的观念。比如:载油越多,航程越远;高速飞行需要大推力发动机;高技术意味着高复杂性;双发动机更加安全;战斗机越大成本越高,性能就越好……这些观点在当时都占据着统治地位。如果说得更具体一些就是我们要搞的战斗机将会威胁到F-15的未来。要知道,F-15是美国空军当时为后25年所选择的第一种空中优势战斗机。空军的人几乎都中意F-15。他们认为我们的飞机只不过是个格斗战机,只能在航展上耍耍花架子。此外,我们被人们认为是反技术论者。那时我们的口号就是“简单至上”。这个口号可能看上去有些过于极端。现在看来,我也承认这在当时并不是完全站得住脚的。
  问:在实际的设计中,技术是否阻碍了你们这种“简单设计”的理念呢?
  答:并不是这样。技术本身不是问题,问题的核心在于如何应用技术。比如说在F-15的设计上采用的就是一种滥用技术的方法。如果想要更快的速度,那么就换上推力更大的发动机;如果想要更大的航程,就加大机体结构来承载更多的燃料。这样带来的结果就是飞机越做越大,越做越复杂。在我看来, F-15在技术上并不先进多少。我们利用了当时的所有技术,就是为了使战斗机变得越来越小,使用越来越简单。   问:简单和小型化的特点是什么?
  答:飞机的大小涉及到阻力问题。很明显,战斗机越小则受到的阻力越小。人们经常谈到阻力系数,但是这里面还另有玄机。比如F-16的阻力系数与F-4大体相等,但是在平飞状态中, F-16的阻力只是后者的1/3,而在高攻角状态中便只是后者的1/15。虽然F- 16只装有一台F-100发动机,但由于阻力小,仍然可以得到较高的推重比。可以说,F-16优异的机动性能来自于低阻力和高推重比。
  其次,过去认为要想增大飞机的航程,典型的做法是增大载油量,但这就使战斗机尺寸加大,从而增加重量。但我们的战机在轻型化后可以有效提高载油系数,这样就可增大航程。
  最后一点,美国的航空电子专家惯于把一大堆电子设备装进飞机,但这只能增加飞机的重量,降低其性能。而我们设计的飞机非常紧凑,所以他们的这一套就行不通了。
  问:在轻型战斗机的设计中,最危险的部分是什么?
  答:是电传飞行控制系统。因为如果电传飞控系统的研制出现问题.那么放宽静稳定性技术就要失效。这时飞机就会变得阻力很大,响应速度也会下降,机动性随之降低。很多人不知道我们已经搞了备份设计。一旦电传飞控技术无法实施,我们将把 F-16的机翼向后移动,这样就能使飞机恢复到稳定状态。我们在机体中安排了不同的隔舱来适应这种变化。
  问:你对“F-16之父”的说法怎么看?
  答:我觉得过誉了。F-16是一个团队的项目,其他人对F-16的贡献也很大。我主要负责F-16的气动布局,而不是内部的构造。要知道,这些内部构造往往会影响到气动布局的变化。
  
  高尔夫球的启示
  
  F-16的胜利大大增强了通用动力公司的信心。1974年,生产型F- 16A/B的研发刚刚结束,希拉克便开始着手研制F-16的改型机。他的设计目的是既能满足空军不断增长的对地攻击要求,又能保持F-16原有的优异空战性能。1980年2月,由希拉克牵头的通用动力公司设计队伍推出了新型的F-16XL战斗机。这就是人们所知道的“超音速巡航及机动原型机” (SCAMP)计划。F-16XL的机体长度增长了1.42米,采用了弯曲箭形翼,机翼面积是F-16基本型的两倍,外挂点增至27个,航程增长了44%。更重要的是,这种新的翼形被认为很有可能使战机实现超音速巡航。
  从外观上看,F-16XL在气动布局上有了很大的改进,但是它的最终目标可不是仅仅增加一点额外的长度。据说 XL这个名字是希拉克自己取的。希拉克是一个高尔夫球爱好者。一次,他和几个一起打球的朋友琢磨着该如何命名SCAMP项目。哈利希望能给F-16的小弟弟取一个新名字。这时,他恰好看到使用的高尔夫球是“TopEliteX”牌的,所以决定用XL来命名SCAMP项目,以寄托其对F- 16飞得更远(XtraLonger)的期望。
  1981年3月,美国空军宣布将要发展一种新型先进战术战斗机来取代 F-111,执行夜间、低空和恶劣天气下的战场遮断任务。通用动力公司决定用F-16XL来参加竞争,而它的对手是麦道一架被改装成全天候对地攻击战斗机的F-15B。尽管希拉克对F- 16XL寄予很高的希望,但在1984年 2月,美国空军宣布F-15B中选。这就是后来的F-15E“攻击鹰”。竞争失败后,通用动力公司将两架F-16XL封存。1989年3月,一架F-16XL被美国NASA(美国国家航空航天局)用作超音速减阻验证机。NASA的研究显示16XL的翼型确实有可能大大减少阻力。换装F-110发动机后,这种飞机曾经在7000多米的高空实现了超音速巡航。
  F-16XL落选了,但众多的专业人士都认为这是美国空军的失误,因为他们没有购买性能最好的战机。美国目前正在考虑研制一种高速远程轰炸机,而洛克希德公司提出的方案就是将F-22的机翼修改为面积更大的三角翼,以加大机翼内部的油箱并增加航程。三角翼将从机身前端一直延至机尾,以提高油箱容量。这个创意就来自F-16XL的设计。
  也许是有些心灰意冷,希拉克在 F-16XL竞标失败一年后就宣布退休。自1941年进入航空界以来,希拉克已经在这个领域奋斗了44年。纵观希拉克的设计生涯,是一个不断创新与挑战的历程:B-36使用螺旋桨后推进与喷气式发动机组合推进的方式,成为第一架洲际战略轰炸机;B-58使用4台发动机,成为世界上第一架超音速轰炸机;F-111则是第一种采用实用型后掠翼的战斗机,带动了后面F-14、米格— 23、苏-24、“旋风”等同类飞机的发展。然而,最让希拉克骄傲的还是凝聚其毕生心血的F-16。F-16已经诞生30年了,但其革命性的设计在战斗机发展史上具有里程碑式的非凡意义。F-16不是F-15的“小伙计”,而是第三代战斗机的代表。它极好地融合了当时的各种先进技术和客户的需求,把设计重点放在了空中格斗所需的一些重要元素上,如飞行品质、持续性和机动性能。F-16“友好”的座舱界面设计和整合的航电系统可以帮助一名飞行;员成为真正的空战英雄。通过F-16,希拉克成功地对世界飞机设计师进行了一次“洗脑”,“狮”式出现了,F-2出现了,接下来会是什么?
  现在,希拉克就住在福特沃斯,离F-16的生产线只有10分钟的路程。希拉克每天看着“战隼”在天空翱翔,因为那是他一生中最杰出的作品。
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