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楼主: 万磁王

最后的变后掠翼舰载机——胎死腹中的“超级雄猫”

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:32:43 | 显示全部楼层
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20151028101433.jpg
现存于纽约长岛航空博物馆的Super Tomcat 21模型。拍摄:律澪美学研究
而Super Tomcat  21在这套高升力机翼的基础之上,重新修改了机翼,增大了前缘缝翼和全展后缘襟翼的面积和展开角度,前缘缝翼和后缘缝翼的展开角度分别达到了21°和40°。甲板弹射的状态下Super  Tomcat  21的机翼升力相对于F-14提升了25%,而最大升力系数也在24°攻角的时候到了2.8,这是变后掠翼带来的最明显的收益。作为四代机气动设计代表的F-16,其在可用攻角内的升力系数也不过1.6。而修型后的机翼使Super  Tomcat 21升力斜率和升力系数明显高于F-14,这也使得Super Tomcat 21在相对于F-14空重增加了450公斤的条件下,Super  Tomcat 21的最大起飞和最大降落重量相对F-14分别提高了1.5吨和1吨。Super Tomcat 21的最大着舰重量为26吨,这样Super  Tomcat 21可以携带4枚AIM-54,2枚AIM-120和2枚AIM-9在甲板上降落。而飞机弹射时对于甲板风的要求也进一步降低,Super Tomcat  21在进行35吨弹射起飞时仅需要8节甲板风,而F-14D则需要超过22节的甲板风才能在35吨的重量下弹射起飞。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:33:09 | 显示全部楼层
129efe.jpg
在动力方面,Super Tomcat 21将会使用F110-GE-129发动机,这意味着Super Tomcat  21可以维持1.3马赫的超音速巡航。格鲁曼同时表示,如果海军需要,Super Tomcat 21可以装上矢量喷管和线传飞控系统。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:33:20 | 显示全部楼层

20160826115500.jpg
F-14这个平台本身就拥有非常好的高攻角机动和超音速机动能力,F-14的瞬态攻角可以达到50°以上。两伊战争中,伊朗的飞行员屡次做出令人瞠目结舌的高攻角机动进行攻击,而格鲁曼的风洞实验结果表明,Super  Tomcat  21在不依靠矢推的情况下,可以维持77°攻角,不发生任何非指令性的影响飞行品质和安全的偏离和失控。尽管矢推提供的俯仰控制力矩在超过70°攻角后就无法为控制飞机俯仰操控提供帮助,但是矢推对于滚转加速度的贡献是显而易见的。F-14由于采用了宽机体的升力体布局,加之主翼采用了扰流片而并非副翼进行滚转(差动平尾辅助),其滚转性能一直为人诟病,宽间距发动机局部可以最大限度的发挥差动矢推的滚转力矩。在此之外,矢推对于低速俯仰速率的改善也是显而易见的,F-22的低速俯仰速率就明显高于没有矢推的F-16。在低速时俯仰姿态的改变在格斗时是非常致命的,在头盔瞄准系统和大离轴角导弹普及的现在,低速的高俯仰速率配合大攻角稳定性,可以让Super  Tomcat 21在耗尽能量的不利态势中对敌机进行致命的攻击。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:33:39 | 显示全部楼层

grumman-f-14-tomcat.jpg
在超音速飞行中,随着速度的增加,飞机的气动中心会后移,导致飞机的配平阻力增加,超音速升阻比下降。简而言之,飞机的超音速机动性会下降,第四代战斗机普遍采用了放宽静稳定度或者抬式布局去解决这个问题,而于上世界60年代设计的F-14很显然没有采用这两项技术。但是格鲁曼的设计人员发现了通过控制边后掠翼的转轴位置,可以减小超音速时的气动中心后移,甚至在超过1.3马赫后,气动中心还会前移,最终  F-14采用了展向靠外的转轴位置,约为30%机翼半展长,巧妙的设计为F-14带来了傲视三代机的超音速机动性。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:33:54 | 显示全部楼层
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F-14可以在携带6枚AIM-54,2个270加仑副油箱和2枚AIM-9的条件下,以2.04马赫在50000英尺飞出7G的过载,高马赫数下机动性能的意义在于F-14在超视距空战中可以用高速完成各种占位、进攻和脱离机动,以自身的高能量状态压制对方导弹的攻击距离。而Super  Tomcat 21依靠放宽静稳定度和矢量推力发动机,将会拥有达到五代机标准的超音速持续机动能力,加上前文中提到的1.3马赫的超巡能力与过失速机动能力,Super  Tomcat 21拥有了满足五代机标准的全包线机动性能。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:34:11 | 显示全部楼层

HeGtlCE.jpg
在1988年,一艘航母上的舰载战斗/攻击机机由14架A-6,24架F/A-18以及24架F-14组成,而在格鲁曼公司关于Super Tomcat  21的效费比报告中,36架ST-21就可以包办总计38架A-6与F/A-18的对地攻击任务,而且在高-低-低-高作战剖面且攻击半径不变的条件下,其对地弹药的携带能力为A-6与F/A-18机队的2倍。如果Super  Tomcat  21服役,那么他与F-14的关系可能好比F-15C与F-15E,而在美国空军及国民警卫队目前的作战序列中F-15C/D与F-15E的数量已经不相上下。在海军强调对地能力同时削减开支的情况下,Super  Tomcat 21实际上完全可以看作是海军的F-15E,而相对于F-15E相对平庸的空战性能,Super Tomcat  21不仅仅增强了F-14的对地能力,对空能力也明显得到了提高。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:34:37 | 显示全部楼层
F-A-18F_Super_Hornet.jpg
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过分追求起降性能不光导致了“大黄蜂”糟糕的超音速加速性能,其还存在跨音速翼下冲问题,飞行员在跨音速飞行中需要限制飞行过载和滚转率以免发生意外
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除了过分依赖空中加油外,F-18还有个致命的弱点,对地攻击使用的红外吊舱挂在左侧进气道下,而大型挂载会遮挡吊舱的视野,所以大黄蜂的左翼内侧挂架不能使用大型挂载,也就是图中这种情况
尽管F/A-18E/F和E/A-18G在目前的表现也让人印象深刻,大黄蜂家族通过一个所谓的“80%”解决方案,在满足了海军开支削减的前提下,保证了相对的战斗力。但大黄蜂的缺点依然显而易见:飞行平台小,在执行大航程长时滞空任务时过度依赖加油机。因为强调巡航及起降性能,而导致非常差的超音速性能,极速和加速都非常慢。根据美国审计署的一篇关于FA-18E/F的使用成本报告中的图表,FA-18E/F携带60%的内油以及两枚AIM-9和两枚AIM-120高空极速居然还不到1.6马赫。而满油携带四枚AIM-9和四枚AIM-7的F-14,则可以轻轻松松的在高空飞到2马赫。当然,FA-18E/F并不是一无是处,小后掠角高展弦比机翼给大黄蜂带来了优秀的低速格斗性能,它的巡航效率和起降性能也可以满足海军的需求。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:34:57 | 显示全部楼层

20151028101444.jpg
图片来源:律澪美学研究
众多的原因导致了F-14的子孙后代们无法继续在航母甲板上出现。但最核心的一点是美国海军希望用一种可以完成所有任务的飞行平台来统治甲板。不过把一架轻型战斗机增大成中型战斗机的效果远低于预期,大平台的好处是显而易见的,百花齐放的苏-27家族就是最好的证明。Super  Tomcat 21本应该是非隐身舰载机的巅峰之作。它拥有大航程,高速度,超凡的机动性,卓越的探测能力以及强大的挂载能力。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:35:13 | 显示全部楼层
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格鲁曼对Super Tomcat  21信心满满,希望他可以统治21世纪初的航母甲板,他们确实有自信的资本,但是国际政治环境的变化却是他们无法预料的
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同Super Tomcat 21一起死去的海军第五代战机计划NATF
事实上,格鲁曼公司甚至考虑过ST-21的升级版ASF-14,这架ASF-14计划重新设计F-14的内部子系统,进一步减重并扩大油箱容积,采用F119发动机以及有源相控阵雷达,就像空军给F-15升级APG-63V3一样。但这一切只是美好的愿望。随着苏联解体,海军的战略中心转向太平洋。海军不愿意接受Super  Tomcat 21相对高昂的造价,就连Super Tomcat  21优秀的性能,对海军而言都已经过剩而显得毫无价值。所以当你下次听见有人聊起F/A-18E/F和E/A-18G的航电性能是多么优秀的时候,不要忘了,也许海军可以有一架能装下和他们一样好的电子设备,并且能以比他们快几百公里速度飞行的,真正的战斗机。

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 楼主| 发表于 2016-8-27 09:35:45 | 显示全部楼层

pic10.jpg
只生产187架的F-22同样是政治环境导致的悲剧,而最近重启F-22生产线的呼声愈演愈烈,放弃Super  Tomcat21或者更为先进的NAFT是不是也是错误的选择?

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