X-31A的试飞工作由美国海军试飞中心与美国航空航天局负责,其试飞主要包括“增强战斗机机动性”验证、准无尾飞行测试和短距起落三大内容,具体情况如下:
◎“增强战斗机机动性”验证:
X-31A的1号机和2号机分别在1990年10月和1991年1月实现首飞。1991年2月首次试验了推力矢量控制,同年5月首次进行全程推力矢量试验。这些飞行测试均在罗克韦尔的帕姆代尔飞行试验基地进行的。
1992年2月,应美国国防高级研究计划局(DARPA)的要求,X-31飞机和飞行试验计划从帕姆代尔飞行试验基地转移到美国航空航天局(NASA) 德雷顿飞行研究中心。由于增加了NASA的工作人员和设施,又有美国空军飞行试验中心的参与,该计划开始准备其最复杂的,技术要求最高最严的过失速包线扩展阶段,过失速飞行的一系列重大成就就是在这开始取得的。1992年9月6日,由海军试飞员艾尔.格罗夫斯在35000英尺高度完成了为时45秒的持续 70度最大迎角下的配平稳定飞行。并在同一天实现了在70度迎角下围绕飞机速度矢量做舵面全偏转、1G过载速度矢量滚转。11月6日,过失速包线扩展的初始阶段结束,该阶段工作中遇到的主要问题在两个方面:一方面由于过失速机动需要相当大的俯仰杆力,杆力范围为 15-22.5lb,而且根据指令程序的编排,1mm的驾驶杆名义上相当于1度迎角,这就要求飞行员双手操纵驾驶杆和注意力高度集中;另一方面,由于机头上产生的纵向涡引起持续1G减速机动中发生横向不对称性,不对称性在45度-55度的迎角范围内最强,对机头外形不大的不对称性极为敏感,这些涡的组合影响产生偏航角,使控制系统不能产生解决该问题足够的控制效能,通过采用砂纸状的“砂带”贴在机头的不同部位,从而促成较高的对称度,取得了较好的成效;
1993年2月25日,德国政府试飞员卡尔。兰首次成功完成了全套赫布斯特机动动作。首先,促使动态进入达到最大迎角(70度迎角)。随着飞机平飞落入相对风中,飞机就起着其本身的减速板的作用。当飞机减速时,飞行员开始操纵飞机绕速度矢量旋转- 一直沿航迹方向旋进,直到航向改变180度为止。在机头和航迹的方向与初始方向相反时,就如同飞机“卸载”一样,利用X-31飞机的高推重比能力把飞机加速到恢复高速状态。进入开始于30000英尺,速度为M0.4。所得到的减速和盘旋历时11s,飞机完成机头转向180度。加速并恢复水平飞行状态需要 32s,所得到的盘旋半径是475ft(而相同的常规盘旋半径约为2500ft)。这一机动动作是常规飞机空气动力特性所无法达到的。为纪念提出过失速机动概念的赫布斯特(Wolfgang Herbst),这个具有划时代意义的机动动作被命名为“Herbst机动”;同年11、12月期间X-31A实现了马赫数1.28的超音速飞行。 1993年是“增强战斗机机动”计划的高潮,X-31A在这一年中同时创造了验证飞机一年试飞160次和一个月试飞21次的试飞记录;
1994年3月1日NASA完成了X-31A近距格斗性能的综合评估;
1995年1月19日,X-31A的1号机在完成大约43分钟测试飞行后的返回途中,空速管在 20 000英尺(6 096米)的高度产生结冰,导致飞机飞控系统无法准确读出大气压力数据而误以为飞机处于低速飞行,在其控制下,飞机突然产生剧烈震动,迎角骤然增加到90 度,该机试飞员—来自联邦德国的卡尔。兰被迫弹射出驾驶舱,飞机坠毁在爱德华兹空军基地以北的无人沙漠地带,没有导致人员伤亡;
1995年上半年,X-31A完成全部“增强战斗机机动性”验证计划的内容。
◎ 战术评估:
虽然X-31飞行试验计划的大部分集中在验证过失速状态下的敏捷性,但是衡量该机成功与否的根本尺度还是要看其在近距格斗中的价值。在1993年11月到1994年2月期间,在美国航空航天局德雷顿飞行研究中心将X-31A与F/A-18进行了1 对1的战斗模拟,多数交战是以中立初始条件(低空告诉和低空超高速)飞行的,交战的结果是令人注目的。具有过失速飞行能力的飞机获胜64次,交换比为 32:1,其它4次平局主要是由于交战经过90秒未分出胜负或者其中一架飞机降低到13000FT无遮掩易受攻击高度以下因而只好以平局宣告结束。为了增加采用过失速在近战中重要性的了解,为了保证不以某种方式给X-31A飞机带来竞争性的常规优势而把X-31A飞机限定在其常规性能(即不使用推力矢量且最大迎角为30度)与从中立条件与F/A-18作战时,F/A-18在16次交战中胜12次,X-31A飞机交换比为1:3。
可见,在中立情形下,过失速战术对获得优势会很有效,但是由于过失速战术伴随着高能量损失和可能发生负作用,所以不应该长时间使用,飞行员应保证用能量损失换取击毁敌机。
◎准无尾飞行测试:
垂直尾翼是组成飞机的大部件中唯一可提供航向静稳定力矩的部件,其它部件如机身起航向静不稳定作用,所以垂尾在航向静稳定性中起着十分重要的作用,有的高速飞机为保证航向静稳定性把垂尾和方向舵做得很大,但这使飞机阻力和重量增加,且加大飞机纵向配平难度;采用双垂尾尽管在一定程度上可解决这个问题,但它与单个大面积垂尾一样将严重降低飞机侧向隐身性能。由于理论上推力矢量可用来取代垂直尾翼进行航向控制,这便为利用X-31A进行这方面的试验提供了可能。
1994年,在成功完成过失速机动技术验证之后,NASA在X-31A上安装了改进的飞控软件,开始着手验证无尾飞机使用推力矢量进行稳定操作的可行性。由于并不是全部去除垂尾,而是在测试时还保留一部分垂尾,因此叫做准无尾测试。准无尾测试计划分两阶段进行,第一阶段在38 000英尺(约11 582米)高度以马赫数1.2进行飞行测试,在此阶段所做的机动动作包括滚转与偏航耦合控制、30度倾斜滚转、2g过载转弯等;第二阶段包括两个飞行任务:逼近地面目标与飞行对地攻击剖面,此时发动机所提供的推力较小,要求推力矢量能快速偏转角度,这也是在低能量状态下第一次使用推力矢量作为主要控制手段来控制飞机的飞行。准无尾测试显示了无垂尾飞机在减少重量、飞行阻力和雷达散射截面积(RCS)等方面的优越性,证明了取消垂尾、改用推力矢量控制的可行性,对现有飞机的改进与未来军民用飞机的设计具有借鉴作用。
◎极短距起降验证(ESTOL):
使用推力矢量技术的飞机不仅其机动性大大提高,而且还具有前所未有的短距起落能力,这是因为使用推力矢量技术的飞机的超环量升力和推力在升力方向的分量都有利于减小飞机的离地和接地速度,缩短飞机的滑跑距离。另外,由于推力矢量喷管很容易实现推力反向,飞机在降落之后的制动力也大幅提高,因此着陆滑跑距离更加缩短了。2000年为研究“矢量无尾”项目(VECTOR)而重新使用了X-31A飞机,并于2001年2月24日到4月6日进行了功能飞行试验。VECTOR技术计划为引导极短距起降控制无尾操作研究计划,该计划的目的就是通过利用综合推力矢量控制,探究X-31A试验机极短距起降能力。
在X-31A搁置一年之后,2002年5月,由美国海军和波音公司,和德国联邦国防科技与采购办室(BWB)、德国空军第61试验中心(WTD)、欧洲航空防御与航天集团(EADS)、德国航空研究局(DLR)飞行系统科技学院进入VECTOR技术计划测试的第二个阶段。据美《防务日报》报道,美国海军航空系统司令部(NAVAIR)声称,在11月18日的飞行试验中,X-31在空中“虚拟跑道”上分别以12°和14°攻角进近,之后在第二天的试验中,飞机以24°攻角进场着陆。X-31 VECTOR试验机将于明年年初开始实施在实际跑道上的ESTOL着陆试验,飞机进近攻角最高达24°。VECTOR项目飞行试验负责人声称,X-31装上EADS提供的高级大气数据系统(Flush Air Data System,FADS)后,进近攻角将最高可达70°。一旦完成了最后阶段的矢量无尾项目试验,X-31A飞机将用于西班牙ITP公司开发的推进矢量喷管试验(该推力矢量喷口将用于“欧洲战斗机”EF2000,有报道说瑞典也计划利用X-31A为JAS-39的改进试验推力矢量喷管)。
2010-4-21 10:35:19