先进战机的探索：从XF-108到ATF

万磁王

本文源自1986年的空军指挥与参谋学院学生报告86-1575，原作者Robert P. Lyons
来自空翼
译：苏联主义幽灵  


序言
　　美国空军对于先进战斗机的探索始于1950年代的“百系列战斗机”家族中的XF-108以及随后在1960年代初的YF-12A三马赫截击机，并一直持续了下去，而最近的项目即是正在研发的先进战术战斗机（ATF）项目。这片文章注重于战斗机任务和采购哲学的进化，以及它们是如何影响到战机气动外形，推进系统，武装，还有航电科技的。有些“先进战机”从未飞上过蓝天，而还有一些从未达到过项目一开始的预期，更有其中的一小部分经历了激进的需求变化。但是所有这些战机以及其关联的技术项目都在空军战斗机发展上留下了不可磨灭的记号。F-15，作为新一代的真正的空中优势战机，距离它的前任——F-86已经过去了二十年；而先进战术战斗机也差不多将在F-15服役的二十年后开发完成。所以了解一下先进战术战斗机是如何从它之前的科研项目中获益的是一件很重要的事情。

第一章：迈向先进战机的第一步
　　朝鲜战争之后，战术空军司令部以及防空司令部由于国防部奉行“大规模报复战略”而被战略空军司令部抢去了所有风头。在美国还拥有核优势的年代里，美国的核投送力量让朱利奥•杜黑的战略轰炸学说大受欢迎。在五六十年代中，美国空军的人员仍然沉浸于第二次世界大战中战略轰炸的成功里，并对核武器可以造成的损伤拥有美好的预期。在这种主义的影响下，战术空军也力图“核武器化”。F-102和F-106三角翼截击机家族都装备了核武器：而它们也成为了美国空军中最早抛弃常规狗斗武器——枪炮的战斗机。而F-100超佩刀以及F-105雷公则成为了可以投掷核武器的战斗轰炸机。但是战术空军力量仍然面临一个困境：一方面执行传统任务的战斗机日渐稀少，而另一方面战术空军必须要在这个核时代找到自己的一席之地。而这个难题导致空军决定先研发一种可以以高超音速飞行并可以发射核导弹的先进战术战斗机；然后再研发一种可以执行一切传统任务的经典战术战斗机。但是由于这些飞机的失败，威胁日渐增加的苏联战斗机，以及新空优战机昂贵的造价。空军被迫把目光转向一种可以同时以低成本执行空优任务和对地任务的新型战机。这个项目虽然最终结出了果实，但是空军最后仍然决定开发一种纯粹空优战机。

AIM-26核猎鹰，世界上唯一一种空对空核导弹

AIR-2“妖怪“核空对空火箭，当时广泛装备于美国空军各型截击机上

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XF-108
　　MX-1554“终极截击机，1954”（译者注：一般称为“1954年截击机“，或者WS-201）项目的中段结果——F-102距离计划中的性能相去甚远。它只能在35000英尺高空以677节的速度飞行，升限也仅有51800英尺并只有566海里的作战半径。有鉴于此，空军决定再开发一种长程截击机。其需求在1953年成型并在1955年七月以及1956年十一月由于无法在竞标投标者中选出任何有希望的计划而重写。空军希望可以有一种截击机来对付预期中1960年的苏联两马赫轰炸机以及1963年的2.2-2.7马赫轰炸机。关于这种截击机的设计研究于1953年于空军研究与部署指挥部正式开始，最终结果是MX-1554中的一个计划达到4.5马赫飞行速度，拥有150000磅最大起飞重量的战斗机。（译者注：这里应该说的是共和XF-103雷电勇士）之后空军发起了名为1955  LRI（Long Range  Interceptor，长距离截击机）(译者注：这里应该指的是通常说的LRI-X项目)的新一次竞标。标书要求该战斗机需要有在60000英尺高空以1.7马赫巡航的能力，并在接战时可以在63000英尺达到2.5马赫，其最大起飞重量要用98500磅。这种飞机虽然已经很好了，但是仍然被认为在对付预想中的1963年轰炸机威胁时仍然不够。
　　随后在1955年，洛克希德，诺斯罗普以及北美之间展开的竞标比上次稍微好了一丁点。不过北美的方案是离预定目标最为接近的。随后在1956年六月六日，北美签订合同设计一种可以在超过60000英尺高空并以三马赫速度作战的长程截击机。这种全天候战斗机将会是双发，双座并至少可以携带两枚核或者常规空对空导弹。其武器系统-202（WS-202）项目提出了一种使用单垂尾大三角翼的布局。虽然在中间考虑过使用一种三垂尾鸭翼布局，但是最终于1958年接受的还是这种单垂尾无尾三角翼的布局。

XF-108在58年之前考虑的三垂尾鸭翼三角翼方案

XF-108的单垂尾无尾三角翼最终方案

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　　在1960年，随着世纪战斗机家族全盛期的结束。被重命名为XF-108的WS-202项目，承诺将可以在服役时达到三马赫巡航速度并具有一千海里的航程。XF-108的设计不断改进以应对所有可能出现在60年代的苏联轰炸机威胁。
　　由于铝合金无法承受高超音速飞行时带来的压力以及热量，XF-108采用了焊接的蜂窝状不锈钢作为其主要机身材料。而它所使用的两个J93-5涡轮喷气式引擎则需要使用一种新开发的特殊高能合成燃料（三乙基硼烷）。它还会装备ASG-18火控系统以及其配套的GAR-9猎鹰导弹。这些概念的结合将会是在长程截击上的一次革命，并可以应对一切预想中正在研发的苏联超音速轰炸机。F-108凭借其强大的航程和无与伦比的火控系统，甚至可以承担起一定的早期预警任务并允许SAGE对其进行导航，以及在引导下的半自动截击。
　　但是随着1960年U-2的侦查发现所谓的“轰炸机差距”根本就是子虚乌有。结果导致舆论日渐关注于高昂的国防开支并对有人驾驶飞机产生怀疑。毕竟对于1960年代来说，似乎使用各类导弹就可以安全高效的完成各种进攻或防御任务了。在1959年八月，空军取消了化学燃油项目，随后在9月23日取消了F-108项目。空军在取消时声明这个项目不存在任何技术难题并已达到所有预期目标，仅仅是由于预算不足以及项目优先级调整所以才取消的。虽然F-108取消了，但是ASG-18火控系统和GAR-9猎鹰导弹却以稍低一级的优先级被允许继续开发。F-108的采购价极为昂贵，哪怕拿出50-80亿的预算，也不足以购买可以替换全部F-106的F-108，（F-106算上教练机也仅仅生产340架）这毫无疑问使其作战效能深受怀疑。
　　随着F-108项目的终结，美国超音速飞机的开发似乎陷入了一个空白期。之后，虽然空军一直试图获得一种新的截击机，尤其是F-108。但是国防部认为除非有真正被确认的威胁，不然绝不支持新截击机的开发。不过在西海岸，洛克希德著名的“臭鼬工厂”已经开始研发新的超音速战机。

XF-108作为和XB-70同时期的项目，被航空迷们所铭记

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A-11/YF-12A
在1964年2月29日，美国总统约翰逊公开了一种可以在70000英尺高空以2000英里每小时飞行的航空器。在公开的两张侧向照片中，其尾翼编号（06934）表明它是在1960财年制造的飞机。这架飞机由两台普拉特&惠特尼  JT11D-20B涡轮喷气式引擎驱动，每台发动机可以提供最大34000磅的极致推力。A-11大量采用钛合金来作为其机身材料以降低其重量，（飞机全重大约在120000磅到150000磅之间）并承受在三马赫飞行时所带来的结构压力是气动加热。（表面温度甚至能达到1050华氏度）
　　总统宣称对于A-11的测试仍然在进行中，并且正在评估其作为一种长距离截击机的可行性，同时这也可能为未来超音速运输机打下基础。这架飞机能在媒体如此发达的时代保密五年已经十分不容易了，而其泄露出的那么一丁点诱人的信息也引起了国内外各种渠道的注意，它们在无数杂志上都发表了自己的猜测。在这些文章中，大部分都认为这种飞机不太可能是一种截击机，而是一种用来替换U-2的侦察机。直到总统直接宣布SR-71的存在并且1964年十月一号空军于爱德华空军基地开放展示YF-12A（一种A-11的升级型）后，这种猜测才偃旗息鼓。（译者注：事实上公布出的A-11就是YF-12A，这里由于原作者处于1986年，资料不完整，所以出现了很多与常识相悖的说法）

AN/ASG-18火控系统，世界上第一种脉冲多普勒火控雷达，也是第一种造出来的具有TWS功能的雷达，但是不具备多目标锁定能力

和使用IBM 704电脑的AN/APQ-81不同，休斯飞机公司使用了自己开发的数字电脑

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　　虽然SR-71和YF-12比A-11重得多，但是作为A-11的一些分支产品，它们都使用同一种发动机，并且机身都由96%到98%的钛合金构成，它们的平面图也都差不多。YF-12A使用了XF-108上开发的ASG-18火控系统，并可以携带2-6枚从GAR-9发展来的AIM-47猎鹰导弹。
　　YF-12A标志着对于传统截击概念的一次革命，它向世界表明了对于截击任务来说，机动性其实是可有可无的东西，真正重要的是更高的升限，更快的速度，更远的航程以及更强大的火控系统。而得益于这些优势，F-12A可以在获取目标位置后飞速赶去并以其长程，高性能导弹迅速截击目标。F-12A的3500-4000英里航程以及超长程导弹使得只需要一架F-12就可以看住以前需要九架F-106来巡航的区域。
　　这个一百英尺长的“战斗机”拥有50英尺长的翼展，全重在150000磅到200000磅之间（差不多是一架B-47的重量），并和其他飞行器有着很明显的区别。其60度的大三角翼在发动机喷口处进行了一定裁剪以避开发动机排气。机翼通过一个延伸至雷达罩的整流罩与机身相融合，两条垂尾向内倾斜并安置在机翼的发动机上，两个六英尺口径的进气道上都有一个可动的圆锥体。引擎舱的外部还有一个很有特色的向下翘起的翼尖。

YF-12为了超越三倍音速做出了巨大努力

SR-71，A-12，YF-12，M-21的机头外形有所不同

　　YF-12的开发一直持续到了1960年代末期，在这之中穿插着不停的关于有人驾驶截击机的辩论。空军固执的将钱投入到了1968财年预算中，并且为F-12B撰写了一个新的需求方案，方案内要求可以在70000英尺高空进行巡航，拥有1350海里的无加油航程，一个可以在125英里上侦测到小型目标的新型火控系统以及携带六枚导弹。F-12B也必须拥有比YF-12A更强的机动性。但是国防部仍然认为为一个截击机项目花费50亿美元是完全不值得的，尤其现在他们还有一种新型的多任务飞机足以承担截击超音速轰炸机的大任。

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实验型战术战斗机（TFX）与F-111
而这种飞机就是1960年代初开发的，被寄以厚望的F-111。肯尼迪总统最早在1962年递交给国会的军事预算信息中提到了这种三军通用战机。国防部长麦克纳马拉和空军参谋长托马斯•D•怀特将军向国会解释说这种飞机将会拥有在低速下优秀的机动性以进行对地和对海的近距离空中支援任务，并不需改良任何现有的机场就可以进行起降，飞机还拥有可以在低空到60000英尺全高度超音速的能力以穿透敌军防线。不过这个项目很快就出现了反对的声音。1961年，麦克纳马拉指示国防部战术空军委员会来解决目标需要研究的所有常规飞机的不同点。委员会发现陆军和陆战队需要一种近距离支援飞机，而海军则需要一种不同的飞机来进行舰队防御，空军也需要一种新飞机来进行战术阻断。

美国前国防部长罗伯特•麦克纳马拉，由于其传承自李梅将军的独裁手腕，让国防部的权力提升到了一个顶点，但也使得三军都对这位国防部长颇有微词

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　　海军和空军都希望麦克纳马拉可以将他们的计划放在第一位。在1961年6月7日的指示中，麦克纳马拉决定让空军在海军的合作下开发一种新的飞机，现在叫实验型战术战斗机或者说TFX。不过1961年10月7日，空军决定对六家气动研究厂家征求一种稍小型的海军之前设计的飞机的计划。新的飞机重量要控制在50000-70000磅之间，升限至少60000英尺，最大速度超过两马赫并在这种状态下有500海里的作战半径。而在亚音速下的空载连续航距必须超过3000海里。海军型的大小不能超过航母电梯，而空军型必须拥有在3000英尺未改良跑道上起降的能力。在竞标中，只有波音和通用动力/格鲁曼的设计被认为值得进行开发，而在之后的竞争中，麦克纳马拉决定让通用动力/格鲁曼来生产1700架F-111.参议院约翰•L.•麦克莱伦曾对这个项目进行了长达七年的调查，但他从未对麦克纳马拉在项目进行过程中的任何部分的清廉正直感到满意。
　　麦克纳马拉的目标，是要求海军型和空军型的F-111有至少85%的零件可以通用，并认为这样可以省下超过十亿美元。而在最终版的F-111里，基本结构，推进系统，逃生系统，突防用具都是一样的。只有海军型的F-111B由于航母上特殊的起降环境导致其雷达罩稍短一些，垂尾稍低一点，并且翼展比空军型的F-111A要大一点。

F-111B，F-111家族中唯一的截击型号，搭载了颇负盛名的AN/AWG-9火控系统，但是由于其糟糕的性能，并不为人所喜爱

　　F-111最大的特点就是使用了可变后掠翼，并且是世界上第一种使用可变后掠翼的生产型飞机。优秀的包线使得这种飞机可以同时满足低速下优秀的机动性以及高速时优秀的加速性能，并且可以迎合其苛刻的航程。在F-111之前，飞机都有它们所预想的最优飞行状态，并且一切设计都是为了优化在这个状态下的性能的。当飞机超出了预想状态，其翼面效果通常是以阻力增加的方式开始下降，有时甚至会直接失去所有气动升力。关于可变翼型的试验早在1951年的贝尔X-5和格鲁曼XF10F上就进行过验证了，不过它们从未投入过量产。即便F-111一直有重量问题，但是生产型F-111通过采用可变弧度的全翼展襟翼以及全翼展双襟缝翼来将升力提高了9%。F-111的可变翼可以在16度后掠到72.5度后掠间随意变换，并且在1965年1月6日的F-111首飞中就证明了这一点。

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　　F-111的引擎与它的可变翼一样先进，它的两个普惠TF-30带后燃涡轮扇叶式发动机可以提供单台20000磅的推力。其后燃器可以在20%到100%推力间进行无极变换，而不是像一般的发动机一样仅仅有一个开关来调节后燃器。在进气道上有一个可动的整流锥以调整进气口激波。TF30不光是世界上第一种具有后燃器的涡扇发动机，同时还是世界上第一种具有整体式的空气调节喷嘴，以及第一种足以进行海平面超音速工作的燃气涡轮。但是这个引擎按海平面M1.2的单一工况设计，导致进入进气道的进气流与包线不符。

从F6D“导弹手”到F-111再到F-14，海军一直对TF30涡扇发动机情有独钟

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　　虽然F-111出现过机械故障，单价增长，政治博弈，几次舰队停飞，甚至订单被砍的情况。但是它仍然被飞行员，机械师和规划师所喜爱着，毕竟他们没有什么其他的全天候战斗轰炸机可以使用….在其1964年12月首飞后它开始展现出作为一种中程战略轰炸武器的前景，并且其截击型变成了F-12A的一个潜在的强大对手（不过它的航程还需要改进）。不过最后这架飞机还是变成了执行单一任务的最佳选择，而其进行多任务的承诺变成了一纸空文，即便它试图变成一种“所有人的战机“，但是它还是没能完成这个任务。
　　为了节省资金，F-111的生产跳过了原型机阶段而直接从图纸阶段进入量产。F-111还是第一种不由军方人员而是五角大楼文职人员负责领导的项目。考虑到麦克纳马拉的人格以及对一个空海通用飞机所保持的强烈信心，还有空海人员所同样具有的反对心理，这个项目可能已经没有别的路可以走了。即便如此，海军还是在1968年国会宣布拒绝为F-111B拨款时退出了该项目，即便当时这个飞机已经在进行开发试验了。而本应该可以执行多样任务的空军型则变得太贵了，以至于根本不可能购买足够多的飞机进行地面阻断，它昂贵的价格也使得其不可能作为一种高损耗率的近距离空中支援飞机投入作战，F-111也从未具有足以进行空战的驾驶舱视野和机动性。

F-111最后变成了新一代的炸弹卡车，并在黄金峡谷行动中发挥出了自己的余热

　　事情开始有了变化，由于十年来对于先进战斗机的探索全部失败，而F-111的结果也证明了项目一开始时的批评是正确的。所以空军不得不对F-106进行延寿处理以继续应对已经存在的苏联轰炸机威胁。并继续使用老舅的F-100和F-105进行战斗轰炸任务。更让空军人员伤心的是他们甚至不得不采购海军的F-4来维持空中优势并进行地面轰炸！
　　空军部长哈罗德•布朗在1966年三月发表声明：
　　“……我们必须为未来打造一支平衡的空中力量。这应当包括一个飞机家族，家族里的每一种飞机都被设计为可以完全干好一件任务——防空，近距离支援，阻断，或者侦查以及其他的任务。这家族中最重要的飞机应当是一种可以在空空战斗中击败敌方最先进战斗机的战斗机。”
　　他还提到了，许多其他高级领导人都对美国在1960年代无力击败狐蝠表示关注。他是自TFX项目开始后，第一个敢于在公众面前跟国防部的意见对着干的美国空军领导人。但是在1965年，空军就已经很明显的很需要一种新的飞机来确保战场制空权了，空军也在要求为实验型战斗机（Fighter  Experimental  F-X）项目或者说F-15A项目拨款。但是当时在国防部内，多任务战斗机概念仍然很受欢迎，他们甚至还在考虑如果降低F-111能力会造成的后果。三年后，空军终于摸索到了他们真正想要的战斗机，而国防部也终于放下了态度，同意开发一种单任务飞机。

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实验型战斗机（FX）：F-15的前奏
美国国防部负责系统分析的副部长：阿兰•C.恩托文，在1968年仍然在为F-111辩护，宣称F-111将会比FX更为省钱，即便当时F-111的单价已经达到了1290万美元的天价。他还认为飞机只需要作为导弹平台就够了，所以就应该搞一个低成本的全平台通用飞机。但是，现在的空军正在极力避免犯下F-111项目中的过错。而1967年莫斯科航展中展出的新苏联战斗机家族更是逼得空军抛下一切关于多任务飞机的压力，而走上了单一任务飞机的不归路。美国空军参谋长J.P.麦康奈尔在参议院听证会上作证表示，FX的唯一目的是确保空中优势，如果想要给它加上任何其他功能比如对地攻击，那么就先“跨过我的尸体”。在1965-1968年三年间，空军对于各个方面的问题都进行了辩论；而最终得出的共识是：这架飞机必须是一种只为维持空中优势而设计的战斗机。
　　政府和厂家也调查了超过五百种概念方案，以确定这种新型先进战斗机到底会是个什么样子。而结论是这种飞机是单座，双发动机，可以同时装备雷达以及红外导弹，并拥有一门机炮以进行传统狗斗。（F-111也有一门机炮，但是至今都没怎么用过）这些指标在1968年9月30日对八个气动承包商进行招标时公布。费尔柴尔德共和，麦克唐纳道格拉斯以及北美的方案在第一次竞标中获胜，而在几个月的技术评估后，麦道于1969年12月23日赢得了FX，现在叫做F-15，的开发与生产合同。

北美为F-X开发的NA-335，它几乎击败了麦道的方案