法国冲压动力三角翼截击机—Nord 1405“矛隼”与1500“鹰狮”

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:45:31

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作者：Armstrong

　　二战后的法国航空工业自20世纪50年代开始起飞，法国空军启动了攻击机和截击机两类喷气式战斗机的研制项目，并充分引入竞争机制，调动了参与厂商的积极性。这些厂商推出了一系列新颖而激进的设计，其中最引人瞩目的就是法国特种飞机设计与制造公司（SFECMAS）的“矛隼”和“鹰狮”截击机了。
　　在飞机设计方面SFECMAS并不是家初出茅庐的公司，其前身是1936年成立的国立航空兵工厂，在二战中就研制过VG-33单发战斗机，并小批量装备法国空军。航空兵工厂在1949年开始超音速气动布局的研究，利用国家拨款设计制造了兵工厂1301和兵工厂2301两种超音速研究滑翔机，分别采用三角翼和后掠翼布局。兵工厂1301/2301由运输机拖曳升空后滑翔，用于研究超音速飞机的机翼构型和控制翼面的布置。

兵工厂1301三角翼滑翔机

　　1952年SFECMAS并购航空兵工厂，获得了后者在超音速飞机研究方面的宝贵数据。SFECMAS针对法国空军对截击机的要求，并依据兵工厂的研究数据在一开始就摈弃了时髦的后掠翼，从当时被认为是较落后的三角翼入手，在1953年提出了1400、1500和1910三种三角翼战斗机方案。
　　SFECMAS 1400最终发展成“矛隼”，1500最终发展成“鹰狮”，而安装两台大型冲压发动机的1910方案被取消。SFECMAS 1400有5个子方案，分别是：
　　1401，上单翼布局，安装一台冲压/涡喷混合发动机。
　　1402，中单翼布局，安装一台冲压/涡喷混合发动机。
　　1403，中单翼布局，安装一台冲压发动机，和一台透博梅卡的辅助涡喷发动机。
　　1404，下单翼布局，安装一台冲压/涡喷混合发动机。
　　1405，下单翼布局，安装一台阿塔101涡喷发动机。
　　SFECMAS决定以1405子方案为蓝本制造原型机，该机被命名为“矛隼”，编号为1402A。

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:46:49

“矛隼”
　　“矛隼”是法国天才设计师让•加尔捷的作品，从此加尔捷开始引领法国的三角翼布局风潮，并一直演进到现在的“幻影”2000和“阵风”。首架原型机1402A“矛隼”为单发单座的三角翼布局，全金属半硬壳结构，机身呈圆筒形，机头进气，座舱高置于进气道上方，机身上半部分外形呈楔形，加尔捷认为楔形在速度超过1马赫时更加稳定。该机安装一台法国国营航空发动机研究制造公司（SNECMA，下文称斯纳克玛）的阿塔101C涡喷发动机，最大推力2800千克。没有安装武器。
　　圆筒形机身使用铝合金制造，后机身两侧各有一片减速板。后机身安装有大型后掠垂尾，小型悬臂式三角形全动平尾安装在垂尾2/3高度，垂尾根部上下有两个鼓包，一个是减速伞舱，另一个是抗尾旋伞舱。该机的三角形机翼也使用铝合金制造，前缘后掠角58度，厚度很薄，机翼后缘从内到外布置有升降舵和副翼。“矛隼”采用前三点式起落架，当时有人质疑起落架过于纤细，可能强度不足，但试飞后这个疑虑被打消。前起落架向后收起的同时机轮旋转90度平放入进气道下方的起落架舱内，主起落架向内收入机翼。机身上方的增压座舱具有完全独立的结构，加强的座舱盖和风挡限制了飞行员的视界。座舱内配备了SFECMAS自行设计的弹射座椅，不过很快就更换成英国马丁-贝克公司为“弯刀”舰载机研制的弹射座椅。
　　1954年1月15日1402A“矛隼”首飞，同年8月3日该机成为欧洲首架不开加力和不使用火箭助推就在平飞中超过音速的飞机。这意味着“矛隼”在50年代就实现了超音速巡航！“矛隼”的成就标志着法国的航空工业已迎头赶上，还证明了三角翼战斗机的性能潜力。无独有偶，美国此时也开始了F-102截击机的研制，同样也选择了三角翼。
　　1954年SFECMAS被法国国营北方飞机制造公司（SNCAN）并购，形成国营北方航空公司（Nord，下文称诺德）。诺德继续推进“矛隼”验证项目。
　　1954年12月法国空军宣布选定达索公司的“超神秘”B2作为新一代截击机，但空军部指示SFECMAS继续“矛隼”的试飞工作，把“矛隼”改为验证项目进行超音速飞行的研究。1955年2月第二架原型机N.1402B“矛隼”1B首飞，该机增加了机翼面积，换装与“神秘”II战斗机相同的阿塔101D-2发动机，推力增加到3000千克。该机主要用于研究超音速状态下三角翼的气流流动。

N.1402B三面图

　　在1954年夏到1955年冬期间，“矛隼”进行了大量试飞，对三角翼布局的空气动力学特性和机翼气动弹性行为进行了广泛而深入的研究。

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“矛隼”II三面图

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:47:33

　　为了扩大研究成果，法国空军试飞中心又向诺德订购了第三架验证机——N.1405“矛隼”II，该机具有“矛隼”1B 的改进型机翼，但切了翼尖，并换装带加力的阿塔101F发动机。该机被用于航电试飞，也用于培训试飞员。N.1405“矛隼”II在1956年4月17日晨首飞，在试飞中把性能发挥至极限。1957年2月16日~18日该机在安德烈•蒂尔卡驾驶下5次打破爬升速度纪录：
　　爬升至3000米耗时51.12秒
　　爬升至6000米耗时17秒
　　爬升至9000米耗时34秒
　　爬升至12000米耗时18秒
　　爬升至15000米耗时56秒

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“矛隼”II的爬升速度曲线

　　蒂尔卡是个了不起的试飞员，后来担任“协和”超音速客机的主任试飞员。N.1405“矛隼”II后被用于测试汤姆逊-CSF的机载截击雷达，在机头增加了雷达设备舱。1956年6月一名美国空军的交换飞行员在维拉库布莱基地试飞了“矛隼”II，这名参加过YF-107试飞的美国飞行员对“矛隼”II评价颇高。1959年法国空军结束了“矛隼”项目。

安德烈.蒂尔卡

　　“矛隼”系列验证机的试飞结束后，斯奈克玛使用N.1405“矛隼”II进行阿塔G21涡喷发动机的试飞。阿塔G21最终发展成为“军旗”IV所使用的阿塔8B发动机。“矛隼”II在斯奈克玛一直服役到1971年。而“矛隼”获得的经验对诺德更先进的截击机——N.1500“鹰狮”助益良多。在1953~1957年期间诺德制造的3架“矛隼”无一幸存至今。

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正在测试机载雷达的N.1405“矛隼”II，在机鼻安装了雷达设备舱

　　设计简单的“矛隼”是欧洲第一种不依靠助推手段就能飞到超音速的飞机，同时也是法国设计制造的第一种三角翼飞机。诺德使用“矛隼”系列验证机对三角翼布局的空气动力学特性进行了广泛的研究，可以说“矛隼”就是“幻影”家族传奇的开始。
N.1402A“矛隼”数据
乘员：1
机长：10.98米
翼展：6.58米
高度：5.67米
空重：3900千克
总重：4750千克
发动机：1×阿塔101C涡喷发动机，最大推力2800千克
最大速度：1586千米/时
航程：201千米

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:48:34

“鹰狮”
　　诺德1500“鹰狮”是20世纪50年代诺德航空公司研制的三角翼冲压发动机截击机，用于竞争法国空军的2马赫截击机项目。
　　诺德1500“鹰狮”起源于SFECMAS.1500“猎豹”方案，1953年8月24日法国空军与SFECMAS达成购买两架“猎豹”的初步协议，但直到1955年才与诺德签订No. 2003/55合同。法国空军希望该机能发展成能在1000米长的草地跑道起飞的轻型截击机，被命名为“鹰狮”。这两架原型机没有武装，实验的性质更多一些。
　　“鹰狮”为全金属半硬壳结构，主要制造材料为AU4G-1杜拉铝，直桶状主机身全被进气道和发动机占据，前后端分别是圆形进气口与尾喷管。主机身两侧安装有中置三角翼，机翼非常薄，相对厚度只有4.5%，所以无法像“矛隼”那样将主起落架收入机翼内。机翼具有三根翼梁，两根水平翼梁与机身连接，还有一根斜翼梁，三根翼梁与翼肋一起构成机翼的承力框架。“鹰狮”的机翼没有内置油箱，机翼翼尖、后缘和升降舵为铝合金硬泡沫塑料夹层结构。

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N.1500-01“鹰狮”，只安装一台涡喷发动机，进气口要小许多

　　锥形前机身搭接在主机身前端，前机身采用铝合金硬泡沫塑料夹层蒙皮，安装有单座座舱及小型鸭翼，尖尖的鼻锥同时也是激波锥，在超音速时产生笼罩全机的伞状激波。小型鸭翼前缘后掠角65度，只有一个单翼梁，同样是铝合金硬泡沫塑料夹层结构。鸭翼可以补偿“鹰狮”在超音速时飞机的气动中心后移的现象，同时也改善了低速时的起降特性。圆形皮托进气口无需附面层分离装置，在超音速时机鼻产生的激波锥可把进入进气口的气流降为亚音速，所以也无需采用复杂的可调进气口。
　　该机的油箱布置在前机身后部和主机身中部最大直径处。垂尾前缘后掠角55度，根部有有减速伞舱。“鹰狮”的前三点式起落架分别收入进气口下方和机身两侧。在主起落架前方的机身两侧有多孔减速板。
　　“鹰狮”原计划安装一台涡喷和一台冲压发动机，在起降以及速度在1000千米/时以下时只使用涡喷发动机，在速度达到1000千米/时满足冲压发动机的点火条件后，再启动冲压发动机。为了降低风险，第一架原型机N.1500-01“鹰狮”I只安装一台加力推力3800千克的阿塔101F涡喷发动机。
　　1955年9月20日安德烈•蒂尔卡驾驶“鹰狮”I进行了首飞。尽管阿塔101F推力不足，“鹰狮”I还是飞到了1.17马赫。“鹰狮”I 在高度超过10000米时发动机出现了几次故障，除此之外该机的飞行品质极佳。1957年4月“鹰狮”I 退役，被N.1500-02“鹰狮”II接替。

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万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:49:12

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试飞中的N.1500-01“鹰狮”

　　与“鹰狮”I相比，“鹰狮”II的进气口和尾喷管明显加大，因为该机的主机身内同时安装一台推力3500千克的阿塔101E-3涡喷发动机和一台推力6940千克的诺德自研冲压发动机，为此发动机舱的直径达到了1.5米。“鹰狮”II的进气道分为内外涵道，内涵道与阿塔101E-3连接，外涵道通往诺德冲压发动机的环形燃烧室。环形燃烧室环绕着阿塔101E-3的尾喷管，避免出现涡喷发动机排气加热冲压发动机的问题。在2马赫时冲压发动机提供的推力占总推力的80%，在15000米高度冲压发动机可产生4200千克推力，在18000米推力降低到2500千克。此外“鹰狮”II还改用了带舷窗的加强座舱盖，强度更高，并能耐受高速下的气动加热。

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N.1500-02“鹰狮”II

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N.1500-02“鹰狮”II机身剖面示意图

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:53:52

　　“鹰狮”II于1957年1月23日首飞，试飞员是米歇尔•沙拉尔。1957年4月6日“鹰狮”II 进行了首次冲压动力飞行，结果显示进气口过小限制了发动机推力，仅飞到1.3马赫。所以诺德把该机的进气口截面积从0.52平方米增加到了0.68平方米，为冲压发动机提供充足的进气。改装完毕的“鹰狮”II 表现出了惊人的性能，1957年12月该机飞到了1.85马赫，最大爬升率达到150米/秒。1958年10月27日又飞出了2.05马赫的速度。1959年2月25日蒂尔卡驾驶“鹰狮”II创造了100千米闭合航线1643千米/时的速度纪录，几个月后该机又在16400米高度飞出了2.19马赫的速度，创造了欧洲飞机的最快平飞纪录。

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“鹰狮”logo

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“鹰狮”II的加强型座舱盖

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“鹰狮”II进气道内部的内外涵道

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:54:51

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“鹰狮”II前机身与进气口之间的加强连接

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“鹰狮”II侧面的100千米闭合航线速度纪录标记

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N.1500-02“鹰狮”II三面图

　　“鹰狮”II的飞行品质与“鹰狮”I一样优秀，对操纵的响应极佳，低速、跨音速和超音速性能良好，唯一需要抱怨的是在跨音速时飞机有轻微滚转趋势。“鹰狮”II还有潜力可以飞得更快，但由于皮托进气口以及机身缺乏耐热材料的限制，使该机的最大速度被定格在2.2马赫以下。另外诺德冲压发动机的稳定性不佳，也限制了飞行员探索“鹰狮”II飞行包线的极限。

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N.1500-02“鹰狮”II航空画

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:56:12

　　三角翼布局的性能潜力也解释了美国为何要在同一时期发展F-102/F-106三角翼截击机，他们需要解决气动、结构和推进系统的一系列难题。而诺德的工程师们在前两点上做得很好，但是不实用的冲压发动机却阻止了“鹰狮”发展成为实用化的截击机。此外冲压发动机的耗油率太高，使该机的航程受到了严重的限制。法国空军最终在1957年选择了达索“幻影”III作为新一代截击机，与“鹰狮”II相比该机更便宜更简单。

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“鹰狮”II粗大的尾喷管

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N.1500-02“鹰狮”II尾喷管内部，中央的是涡喷发动机尾喷管，周围的是冲压发动机的环形燃烧室

　　1957年11月法国空军咨询诺德是否可以利用“鹰狮”II经验研制一种高性能的截击机。几个月后的1958年6月法国空军调高了性能指标，要求该机能飞到3马赫。这样就需要采用新的耐热技术，并在机身结构中广泛使用不锈钢。为此诺德公司与美国巴德公司接触，想获得后者的不锈钢焊接技术专利。
　　诺德提交了两个方案，第一个是与“鹰狮”II 类似的“超级鹰狮”，采用超级阿塔涡喷发动机和更先进的冲压发动机，加长了机身，主机身直径加粗至2米，前机身鸭翼改为可收放式。第二种被称为“方程式鹰狮”，机身细长，内部只安装一台超级阿塔涡喷发动机，机头两侧进气。在矩形机翼两端安装两台直径0.9米的诺德CT-41冲压发动机。1958年末该项目被取消，诺德结束了在三角翼截击机上的努力。尽管“矛隼”和“鹰狮”两个项目都失败了，诺德却获得了三角翼、鸭式布局以及冲压发动机方面的一手资料，为法国航空工业的腾飞贡献了力量。1970年诺德与南方航空公司合并组成法国航宇，2000年法国航宇又并入EADS集团。

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“超级鹰狮”方案

万磁王 · 发表于 2013-9-1 21:57:06

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“方程式”鹰狮方案

　　N.1500-02“鹰狮”II一直服役到60年代末，最后在巴黎布尔歇机场的法国航宇博物馆展出。

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1965年在布尔歇机场露天展出的“鹰狮”II

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在巴黎布尔歇机场的法国航宇博物馆展出的N.1500-02“鹰狮”II

N.1500-02“鹰狮”II 数据
乘员：1
机长：14.54米
翼展：8.10米
高度：5.00米
翼面积：32平方米
总重：6745千克
发动机：1×阿塔101E-3涡喷发动机，最大推力3500千克。
1×诺德冲压发动机，最大推力6900千克。
最大速度：2.19马赫

liumy · 发表于 2013-11-6 17:08:30

感谢版主，這法国的冲压～渦喷试验飞行器的资料，比我收集的还多：客观的说在当初法国人作這试验時，全世界這一行的都在关注，为的是探索一种更有効的超音速战斗机的推进动力，可见试验的重要性。楼主辛苦再次感谢。

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法国冲压动力三角翼截击机—Nord 1405“矛隼”与1500“鹰狮”

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