F-35减肥大作战

万磁王

作者：Armstrong
来自空军之翼

　　一次减肥行动拯救了整个F-35项目。
　　2004年4月7日，史上最昂贵，最雄心勃勃的战斗机项目戛然而止。参与制造F-35联合打击战斗机（JSF）的洛克希德·马丁公司上千名员工发现自己的日常工作已经被一场重大危机打乱。尽管洛马工程师已经在JSF的三种机型特别是短距离起飞/垂直降落型号的重量预测上持谨慎态度，但几个月来，这场危机仍在悄然发酵。随着每次审查的进行，问题变得越来越明显：处于全尺寸工程发展与制造阶段的F-35B，其重量已经超出预计近3000磅（1360千克）。

F-35B对超重尤为敏感

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危机袭来
　　与F-35A常规起降型和F-35C舰载型相比，F-35B短距起飞/垂直降落型（STOVL）对超重更加敏感，因为空重每增加一千克就意味着该机垂直降落时的最大允许载荷减少了一千克，超重1.36吨将严重影响该机的带弹垂直降落能力，这是军方无法接受的。如果不能解决F-35B的超重问题，整个F-35B项目甚至可能会功亏一篑。
　　面对重大危机，洛克希德宣布2004年4月7日为“停摆日”（Stand Down  Day），这是一个军事术语，代表整个机队停飞进行紧急安全审查。该公司所有参与F-35三种型号研制的工程师都被召集起来开会，得知了项目面临的严峻形势：预计历时12年总耗资2760亿美元的F-35研发项目刚刚进行了四年，所有工作都将停止，直到该机减肥成功。
　　外界普遍仍为F-35B的减肥难度很高，一支独立评论团队预计，充其量只有三分之二的超重可以通过重新设计来解决。
　　德克萨斯州沃斯堡洛克希德马丁公司工厂成立了一支由550名工程师组成的减肥团队进行重量公关。F-35B的大部分超重都集中在机身上，但考虑到1.36吨的额外重量，该机内部也必须进行重新设计，这是事关所有三种型号的问题。整个团队由大约12名负责人指导，每人负责自己的专业领域（机身、任务系统、发动机等），工程师们称自己为“STOVL重量攻关团队”，缩写为SWAT。阿特·谢里丹被任命为SWAT团队领导人，F-35项目和洛马公司的未来都压在他稍微有些驼的背上，他在2003年就对F-35的重量问题直言不讳。

F-35A/B/C三种型号的主要区别

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　　4月7日早上8点15分，车辆和人员涌入洛克希德·马丁航空工厂，该厂位于沃斯堡郊外的怀特塞特门，大约有16000名雇员在此设计和组装先进战斗机。人群中蓝色牛仔裤的数量远多于西装白领，他们是工厂的一线装配工人。这座工厂始建于第二次世界大战之前，最初是美国陆军航空队四号工厂，曾制造出成千上万架著名军机，从B-24到F-16。该工厂还见证了不少代价昂贵的夭折项目，如A-12“复仇者”舰载隐身攻击机。SWAT的任务是不让F-35B变成后面一类反面例子。

沃斯堡工厂F-16生产线

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　　作为洛马公司未来军事航空业务的基石，F-35项目是一项复杂的工作，合作伙伴承包商和分包商遍布全球，他们生产的组件最终会集中在德克萨斯州这座1.6公里长的建筑物中。共享的三维电子设计文件每天都会更新​​以确保每位工程师都能根据最新版本展开工作。仅在德克萨斯州的这座工厂，就有大约4500名员工参与了F-35型号的研制，每种型号都有自己独特的要求和能力，以满足挑剔的美国三军和几个国际合作伙伴提出的各种要求。不过出于可负担性的考虑，F-35A/B/C之间的通用性必须达到80％左右。由于这种高度的通用性，对其中一种型号进行修改势必会影响其他两个型号。
　　设计隐身战斗机的一大挑战是所有载荷——额外的传感器、油箱和武器都必须内置。因为悬挂在飞机外面的任何东西都会增加雷达截面积，降低隐身性能。

F-35B复杂的机身内部结构

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肥胖儿童
　　F-35B超重的原因主要有三点。首先是该机结构的复杂性，F-35B与其他两种型号相比为垂直降落增加了升力风扇、三轴承矢量尾喷管、腋下姿态控制喷管等额外设备，该机的弹舱必须要与巨大的升力风扇和更复杂的进气道争夺内部空间。这些部件所需要巨大内部空间是造成F-35B超重的罪魁祸首，使飞机承重结构无法以最佳布局进行设计。围绕升力系统设计F-35B就好比在安装器官后再去设计人体骨骼，迫使机身设计团队采用更重的结构设计。

F-35B具有更复杂的动力系统和进气道设计

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　　其次在F-35项目早期，可负担性的重要性被置于重量之上，因此该机为了降低成本而大量采用现成可替换零件，但这些零件由于没有针对该机进行优化设计，所以重量会大一些。此外为了降低成本并简化未来维护需求，F-35三种型号被要求使用通用组件，这种策略也增加了F-35的重量。
　　最后在初始研制阶段，F-35的设计师们只能根据零件的体积和材料来估算其重量，但这只是估计而已，实际成品往往管线更粗、螺丝更大、面板更厚，都使该机实际重量在稳定增加。即便F-35已经计入全数字化设计时代，但重量估估算仍只能根据以往战斗机的数据进行，该机更加拥挤的内部空间和更复杂的设计最后都转化为增加的重量，这成了一个大问题。

组装中的F-35B

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　　无论什么原因，当重量成为F-35项目最大的敌人时，SWAT团队的任务就是集中力量进行减重。为了提高效率，SWAT并没有采用常规的成立一系列委员会来审查设计变更的做法，而是将所有权力都集中到一个审核小组，一次就能决定是否采纳工程师提出的减重建议。
　　此外为了充分调动工程师们的积极性，所有减重建议都受到了足够重视，无论能减1磅还是十多磅。最后SWAT数据库显示平均每个建议仅能减重6磅（2.72千克），充分显示出整个减肥计划“蚊子再小也是肉”的死缠烂打精神。谢里丹在设计修改上也充分放权，工程师们可以为了减重自由进行重新设计，他们被告知：“忘掉那些拦路的设备吧，按照你想要的方式去绘图。”

F-35B各组件来源

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奖金刺激
　　为了拯救肥胖的F-35B，谢里丹还祭出金钱刺激法，宣布每提出一个减重好建议都能获得50美元现金奖励，每实际减重一磅（0.45千克）再奖励50美元，后来这个悬赏更是增加到一个建议100美元和一磅500美元。
　　在压力、鼓励和奖励的综合刺激下，SWAT的减肥大作战立即获得回报，仅仅停摆日当天，工程师们就提出了超过2000个包罗万象的减重建议。为了理顺重新设计的过程，审核小组创建了一套永久性减重计划以评估建议和支付奖金。每位工程师都成了F-35的“营养师”，研究飞机上每一个具有减重潜力的部分。
　　一位电气系统工程师提出了把电源面板从右侧武器舱移除的建议，能减重超过20磅（9.07千克），建议被采纳后他在4个月后获得了13000美元的奖金，因为重新布置的电源面板已经被应用在F-35所有三种型号的设计中，获得了良好的减重效果，除此之外他还提出了另外三个建议，每个各减重1磅。

F-35B的钛合金主起落架

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　　一位材料工程师提出使用高强度粘合剂来取代数千个蒙皮紧固件的建议，最后获得了21.5磅（9.75千克）的减重效果和相应奖金。一位飞机性能高级工程师提出把F-35B的主起落架支柱从原先的高强度合金钢更换为更轻的钛合金，并把前起落架舱门从单块式改为两块式，后面这个建议并无法减重，甚至重量有所增加，但新舱门能在起降中降低横风产生的偏移力矩，允许缩小两个垂尾的尺寸，所以总体上还是起到了减重效果。这两个建议让他获得了15000美元奖金。

F-35A AA-1的单块式前起落架舱门

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　　还有人提出要求供应商对零件进一步铣削和磨削减重的建议，甚至不放过各个细微零件，在紧固件与配线上大做减重文章。洛马公司向各供应商派出经验丰富的结构工程师，了解如何改变零件设计以减轻重量，最后在SWAT期间，分包商们在各种零件上共削减了586磅重量（267千克），非常可观。

F-35的机翼整体复材蒙皮

　　为了减重大约1000磅（454千克），所有F-35三种型号都放弃了“快速配合接头”，这是一种能降低生产成本的互锁部件，将使F-35机身机翼的最终组装能和安装发动机一样简单，对齐并锁紧就行了。但为了减重，只能牺牲这些能提高生产效率的设计，改为传统更为耗时的紧固系统。
　　最后在持续8个月的减肥大作战中，F-35B共减重2700磅（1.22吨），SWAT共实施500减重建议。F-35B的减重成果也被应用于F-35A和C型上，使两者都成功减轻了1300磅（590千克）重量。洛克希德高度评价了这次减肥大作战，宣称SWAT的努力力挽F-35项目于狂澜。
　　截至2006年2月底，洛克希德·马丁公司已经向员工支付了超过120万美元的减重奖金，但与获得了减肥收益相比，奖金支出被认为是微不足道的。