YF-17

YF-17,擁有兩台通用電氣 YJ101-GE-100 渦輪噴氣發動機,單台加力推力 15,000 磅。

基本信息

P-530的動力裝置將是兩台 13,000 磅的通用電氣 GE15/J1A5 渦輪風扇發動機。GE15 是一種雙轉子發動機,其核心機是由 B-1轟炸機所使用的 F101 渦扇發動機縮小而來。它的十級壓氣機可以產生高達 25:1 的增壓比。GE15 是一種小涵道比渦扇發動機,涵道比僅為0.25,外涵氣流起的主要作用在於降低尾噴管的溫度,因此經常被戲稱為“漏氣的渦噴發動機”。不過正是因為外涵氣流的存在,發動機尾噴管對冷卻性能的要求就比較低,可以使用輕型低價的材料製造。GE15 的加力推力為 14,300 磅,與 J79 渦噴發動機的推力相仿,但重量只及後者的一半。
機翼形狀與 F-5 非常相似,1/4 弦線處後掠角為 20°,後緣無後掠。機翼最初是帶 5°下反角的上單翼,但在之後幾年裡,安裝位置逐漸下移,最後定為中單翼。翼面積 400 平方英尺,比 F-5E 的 186平方英尺要大得多。機翼採用了可變彎度技術,呈直線形的前緣和後緣內側都鉸接有襟翼,只有在略小於一半翼展的後緣外側安裝了傳統的副翼。1968年,前緣襟翼被分割成了前後兩段,以提高其在安裝位置降低後的升力係數。機翼前緣安裝有邊條(“前緣翼根延伸段”,Leading Edge RootExtension,LERX),邊條從翼根向前逐漸變窄,在座艙位置融入機身。邊條使飛機獲得了在迎角超過 30°(後來甚至達到40°)時的超失速機動性能;在高迎角情況下,它增加的升力約為機翼升力的50%。而將邊條延伸到發動機進氣口之前,也可以使進入進氣道的氣流更加順暢,並在高迎角情況下,保證發動機獲得相對穩定的充足氣流,以避免熄火。此外,兩側邊條在進氣口之前、靠近機身處,都挖有很長的縱向狹縫,可以防止超音速飛行時,空氣在進氣口前堆積;而在低速和高迎角情況下,它們又可以防止進氣口前、流過機身的附面層氣流發生分離。1968 年,邊條被進一步加大,向前一直延伸到機頭附近。
最初的設計中,發動機前有很長的進氣道,位於機翼前方的進氣口呈半圓形,中間有可調式激波錐。然而到 1971 年,由於認識到 2馬赫的飛行速度並不是一項重要的設計指標,激波錐就被取消了。大約在同時,進氣道也做了縮短,被重新置於邊條翼下。由於此時大面積的邊條翼看起來就象是眼鏡蛇頭,諾斯羅普就給 P-530 取名為“眼鏡蛇”(Cobra)。1970-1971年間,對進氣道設計做了進一步修改,最終確定的形狀為斜橢圓形,邊緣固定,並略帶圓弧。進氣口上緣與邊條下表面之間相隔 4英寸,與機身之間則隔有一塊大面積的矩形隔離板。
P-530的尾翼設計起初非常傳統,採用了安裝位置居中、略微靠下的整體式水平尾翼。最初只設計有一片垂直安定面,但由於 P-530具有高迎角飛行能力,一片垂直尾翼就略顯不足,因為它在高迎角條件下會被機翼遮擋。為了解決這個問題,後來改用了雙垂尾設計,每片面積大約相當於原先單片垂尾的一半;並且向外傾斜近 45°,以保證它們被置於自由氣流之中。為減少飛機橫滾過程中的相互干擾,方向舵高度只及垂直安定面的一半。1969年,垂直安定面的面積被放大了將近一倍,位置也向前挪動,使得垂尾與機翼有部分重疊。1970 年末,垂尾被進一步放大,外傾角也減小到了僅18°。同時,平尾也被放大,並儘可能地向機尾後移。
P530 早期構型模型,雙垂尾向外傾斜近 45°,具有進氣激波錐,整體式座艙蓋
設計過程中採用了放寬靜穩定度技術,飛機在縱向上並不穩定,機頭有上仰傾向。空戰機動性能因此而得到了大幅度的提高,現在,制約因素只剩下了飛行員自身。然而,諾斯羅普對 1960 年代的線傳操縱系統的可靠性存有疑問,因此仍然沿用了傳統的機械操縱系統。
P-530 的座艙蓋為氣泡式無框結構,從而為飛行員提供了 360° 方向上的開闊視野;從機頭或機身兩側向下看的視野也十分良好。
P-530的最大起飛重量估計在 40,600 磅左右,最大速度預期可以達到 2 馬赫。機載武器包括布置在機頭下方中心線上的一門 20 毫米 m61轉管式機炮,和兩側翼尖的“響尾蛇”空-空飛彈。此外,七個武器外掛架(每側翼下三個,機腹中心線一個)還可以掛載多種飛彈和炸彈。
P-530“眼鏡蛇”的潛在用戶,是那些需要並且有能力承受一種性能優於 F-5A/B 的西方國家,首選的對象是那些洛克希德F-104“星戰士”的用戶;此外還有包括伊朗在內的一些中東國家。據估計,P-530 項目的發展費用在三億五千萬到四億美元之間,如果總計採購量與F-5 持平,單機價格將在二百萬左右。1971 年 1 月 28 日,諾斯羅普向全世界公布了它的 P-530 項目,它還製造了一架 P-530的模型,並且進行了 5,000 小時的風洞試驗。然而,這個項目最終也沒能招攬到買主。
早在 1965 年,美國空軍就開始了新一代高性能戰鬥機的方案論證,這其中包括重型截擊/空優戰鬥機 F-X和輕型“先進晝間戰鬥機”(Advanced Day Fighter,ADF)。F-X 為 40,000磅重量級,將裝備先進的精密雷達設備和遠程雷達制導空-空飛彈;而 ADF 則為 25 ,000 磅重量級,其推重比和翼載荷與米格-21相比,至少應勝出 25%。ADF 的總體構想與韓戰後導致 F-104A 出現的指導思想十分相近。
1967年,2.8馬赫的米格-25“狐蝠”的出現給五角大樓的分析家們帶來了恐慌,並且促使美國空軍戰鬥機計畫進行重新定位,而其中高性能再次成為首要的考慮因素。F-X日後發展成為裝備先進電子設備和遠程飛彈的 F-15“鷹”戰鬥機,而 ADF 卻被暫時擱置起來。
ADF的構想得以生存下來,得益於前戰鬥機教官約翰.博伊德(JohnBoyd)少校,以及在負責系統分析的助理國防部長辦公室任職的文官皮埃爾.M.斯佩(Pierre M. Sprey)。他們兩人都不喜歡現有的F-X 構想,而傾向於一種相對簡單的設計方案。1960 年代末,他們提出了 25,000 磅重量級的 F-XX構想,這是一架具有高續航力的專門的空優戰鬥機,只裝備最低限度的電子設備,也沒有遠程飛彈。後來的研究把重量進一步減到 17,000磅。這項構想遭到了眾多反對意見,因為有些人把它看作是對現存的 F-X 計畫的威脅。然而,五角大樓決定在較低的層次上繼續 F-XX 項目,以備F-X(即 F-15)項目出現延誤。
1969 年,五角大樓在一份備忘錄中建議空軍和海軍接受 F-XX,以分別取代 F-15 和 F-14,因為後兩種飛機正變得日益昂貴。但兩個軍種都強烈反對這一提議,F-14 和 F-15 項目也依舊照常進行。
當時的國防部副部長戴維.A.帕卡德(David A. Packard,他於 1969年隨尼克森新政府上台)堅決主張恢復原型機競爭的做法,認為這是遏止新型武器系統費用持續上漲的出路所在。1960年代,在國防部長羅伯特.麥克納馬拉(Robert MacNamara)的領導下,奉行的是“一攬子採購”(Total ProcurementPackage)的指導思想,一種飛機甚至在首架原型機試飛之前,就已經被批准投產,更不用進行設計方案的競爭性試飛。這導致了洛克希德C-5A“銀河”和通用動力 F-111等頗具爭議的飛機的產生。——這兩種飛機的研製都遇到了耗資巨大、曠日持久等問題,而且一再地要求追加經費。而根據新的原型機競爭的指導思想,空軍部長羅伯特.C.西曼斯(Robert C.Seamans)制定了一系列基本原則,以限制對每個新型武器項目的初始投入,並將初始性能指標和軍用設計說明書都保持在較低的水平。1971年之前,博伊德一直在空軍原型機研究大隊(Air Force Prototype StudyGroup)工作,從而得以在原型機競爭的思想重新開始時興的時候,推廣他的想法。
一個名為“輕型戰鬥機”(Light Weight Fighter,lwf)的項目此時進入了帕卡德的視線。1971 年 1 月 16 日,五角大樓向工業界公布了一項方案徵集書(Request For Proposals,RFP),要求研製一種具有高推重比和高機動性能,總重不超過20,000 磅的戰鬥機。設計並不追求與米格-25 相當的性能,而是把重點放在那些被認為是未來空戰最有可能出現的情況:高度30,000-40,000 英尺,速度 0.6-1.6馬赫。重點是轉彎率、加速性和航程,而不是高速度。小尺寸被加以強調,因為在越南上空的戰鬥表明,僅僅依靠目視,要發現小尺寸的米格-17/21十分困難。這份方案徵集書確定了三個主要目標:飛機應當充分利用各項新興技術;減少全尺寸發展和生產過程中的風險和不確定因素;提供較廣泛的技術選擇,以滿足未來軍用硬體方面的需要。

P-600 和 YF-17

諾斯羅普相信,它的 P-530“眼鏡蛇”計畫可以作為參與 LWF 競爭的基礎,儘管前者迄今也未能吸引到任何顧客。參與競爭的方案公司編號P-600。在外形上,P-600 與 1971 年時的 P-530 幾乎一模一樣,不同的是,P-530根據構想是一種具有出色對地攻擊能力的多用途戰鬥機,而 P-600則是一種純粹著眼於空戰的驗證機,除了一門機炮和翼尖的“響尾蛇”飛彈外,沒有其它武器。
P-600將安裝兩台通用電氣 YJ101-GE-100 渦扇發動機,單台加力推力 15,000 磅。J101 是 P-530 計畫使用的 GE15發動機的發展型。並列安裝的兩台發動機彼此挨得很近,從而可以減輕在一台發動機失效情況下的推力不對稱問題。P-600 的最大起飛重量最初只有21,000 磅,但很快就增加到了 23,000 磅。為了減輕重量,起落架和 P-530相比要簡單得多。同時,機體結構的很大一部分採用了石墨纖維材料,其中包括邊條、副翼、襟翼、減速板、垂直安定面前後緣、方向舵和許多機身艙門。
由於此時諾斯羅普管理層對線傳操縱系統的可靠性有了足夠的信心,這項技術就在 P-600 上得到了套用。
P-600的座艙和 P-530 大體相同。它安裝有一套利頓 LN-33慣性導航系統。根據美國空軍的要求,諾斯羅普不打算使用昂貴的多模式雷達,因此機頭被設計成狹小的尖銳圓錐形狀。不過 1974 年 4月,諾斯羅普與羅克韋爾公司簽訂了一項契約,由後者負責提供一種緊湊型雷達,其相控陣天線可以安裝在狹窄的機頭空間內。
其它還有四家公司提交了設計方案:波音、通用動力、凌-特姆科-沃特和洛克希德。1972 年 3 月,空軍參謀部判定波音的 908-909型為首選方案,通用動力的 401 型和諾斯羅普的 P-600 為其次,而沃特 V-1100 和洛克希德CL-1200“槍騎兵”(Lancer)則被淘汰。在進一步研究之後,資源選擇管理局(Source SelectionAuthority)對通用動力和諾斯羅普方案的評價超過了波音方案,於是 1972 年 4 月 13 日,通用動力 401-16B 型和諾斯羅普P-600 被選中進行進一步發展,同時簽訂了採購兩架 YF-16 和兩架 YF-17的契約。編號前綴使用“Y”(發展)而不是“X”(實驗),表明它套用的技術既包括成熟的,也有試驗性的。YF-16 將裝一台普拉特.惠特尼F100 渦扇發動機,而 YF-17 則裝兩台通用電氣 YJ101-GE-100發動機。根據“成本+固定費用”原則簽訂的契約涵蓋了原型機的設計、製造和試驗,以及為期一年的試飛,——美國空軍此時仍然對 F-15戰鬥機一往情深,把 LWF看成只是一個技術驗證項目,而不是以批量生產為目的。空軍同時還與普.惠和通用電氣簽訂了契約,由前者負責研製一種適合單發戰鬥機使用的 F100渦扇發動機的專門型號;後者則負責研製較小的 YJ101 發動機。
第一架 YF-17(72-1569)於1974 年 4 月 4 日在加利福尼亞州霍索恩(Hawthorne)出廠,隨後被送往愛德華茲空軍基地(Edwards AFB)。6 月 9日,漢克.舒托(Hank Chouteau)駕駛它從愛德華茲空軍基地起飛,完成了首次飛行。6 月 11 日,YF-17成為了第一架不使用加力便在平飛中超過音速的美國戰鬥機。8 月 21 日,第二架原型機(72-1570)也進行了首飛。兩架原型機先後共完成了288 架次、345.5 小時的試飛。
試飛一啟動,YF-16 與 YF-17 之間的競爭也開始了。空軍努力使儘可能多的飛行員獲得駕駛兩種飛機的體驗。儘管 LWF的原型機之間從未直接對壘,但它們分別與美國空軍的現役戰鬥機、以及米格-17/21交過手。(美國空軍通過各種渠道獲得的米格戰鬥機都在內利斯空軍基地[Nellis AFB]供研究用。)

AWF 時來運轉,但好運不屬於“眼鏡蛇”

就在此時,比利時、荷蘭、丹麥和挪威等四國政府開始考慮更換 F-104G,它們組成了“多國戰鬥機項目組”(MultinationalFighter Program Group,MFPG)來選擇替代者,並且商定四國將採購同一種飛機。當時主要的候選機型有諾斯羅普YF-17、達索“幻影”F.1、薩伯 JA37“雷”和通用動力 YF-16。由於美國 ACF 競爭的獲勝者將最有希望獲選,MFPG希望在向美國獲選者做出任何承諾之前,先看看美國自己是否會購買這種飛機。
在美國空軍內部,對 LWF存在著強烈的偏見,因為他們始終把它看作是對 F-15 項目的威脅。然而 LWF有可能獲得歐洲大筆訂單的前景吊起了某些空軍高級軍官的胃口,他們現在終於不再把這個計畫看成是純粹的技術驗證項目了。為了試圖說服 F-15的支持者(這個目的最後也的確達到了),說明 LWF 項目不是針對他們的威脅,國防部把它的名字改成了“空戰戰鬥機”(Air CombatFighter,ACF)。
1974 年 9 月,國防部長詹姆斯.R.施萊辛格(James R. Schlesinger)宣布,他正考慮將 LWF競爭的獲勝者投入批量生產,以滿足美國空軍、海軍和出口的需要。在此之前,LWF/ACF項目在很大程度上被看作是美國空軍進行的一項學術性試驗,但歐洲大筆訂單的前景促使空軍改變了主意,開始考慮將這個飛機大規模地投入現役。然而,設計的著重點也由一種單純的空優戰鬥機轉到了一種多用途飛機。各方商定,ACF 將對在美國空軍服役的 F-15起補充,而不是替代作用,從而多少減輕了空軍關於它可能排擠“鷹”項目的擔憂。LWF(現在,在國防部的新聞材料里嚴格地稱其為ACF)的生產型將裝備較大的雷達天線,從而具備一定的超視距空戰能力。1974 年 9 月 11 日,美國空軍宣布採購 650 架ACF,並有可能將總採購量增加到 1,400 架,甚至更多。這一舉動向那些潛在的北約客戶表明,美國空軍將堅定地支持這一新型戰鬥機。
儘管諾斯羅普的競爭方案顯示出出色的操縱品質,在某些方面也的確十分優秀,但 1975 年 1 月 13 日,空軍部長約翰.麥克盧卡斯(JohnMcLucas)還是宣布 YF-16 在 ACF 競爭中獲勝。YF-16 比 YF-17 略快一些。F100發動機已經在其它一些現役軍用飛機上使用,經歷過考驗;而 J101卻是一種新型的、相對缺乏使用經歷的發動機,在設備、零配件供應和材料編寫方面還需要有大量的投入。而且,J101 被認為推力稍顯不足,不象YF-16 的 F100 那樣是真正的渦扇發動機,還受到套用範圍有限的困擾。此外,YF-16 有著比 YF-17更大的任務彈性,而且價格也比後者略低一些。
如果不是美國海軍期望得到一種新型戰鬥機,這本來會成為諾斯羅普方案的最終結局。1974 年 8 月,美國海軍的 VFAX 項目被國會取消,代之以 NACF。後者要求海軍從 ACF的兩個競爭方案中選出它自己的戰鬥機。諾斯羅普決定聯合麥克唐納-道格拉斯公司推出一種 YF-17 的改進型參與競爭。這項設計最終演變為F/A-18“大黃蜂”(海軍於 1975 年 5 月 2 日訂購)。第二架 YF-17 作為“F-18 的原型機”(真正的 F/A-18 要到1978 年 11 月才試飛)被用作發展工作。
在 LWF/ACF 項目期間,兩架 YF-17 共進行了 354.5 飛行小時的試驗(包括 13 小時的超音速試飛)。試飛中達到的最大持續迎角為 63°。1976 年,70-1569 號 YF-17 被送往國家航空航天局(NASA)位於愛德華茲空軍基地的德萊頓飛行研究中心(Dryden Flight Research Facility),為美國海軍進行基本阻力研究。
70-1569 號機現在陳列在加州霍索恩的西部飛行博物館(Western Museum of Flight)。70-1570 號機則陳列在佛羅里達州彭薩克拉(Pensacola)的美國海軍航空博物館(US Naval Aviation Museum)。

性能數據

兩台通用電氣 YJ101-GE-100 渦輪噴氣發動機,單台加力推力 15,000 磅
最大速度:2.0 馬赫(1,320 英里/小時,高度 40,000 英尺)
實用升限:60,000 英尺
最大航程:2,800 英里
空重:21,000 磅
總重:23,000 磅
最大起飛重量:30,630 磅
翼展:35 英尺
機長:55 英尺 6 英寸
翼面積:350 平方英尺
武器:1 門 20 毫米 M61A1 機炮。兩側翼尖各可攜帶 1 枚 AIM-9“響尾蛇”空-空飛彈。4 個翼下掛架和一個機腹中心線掛架

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