猛禽的进化——从ATF到F-22

万磁王

截止日期的再次推迟
　　和上一阶段一样，美国空军再次推迟了演示/验证阶段方案提交的截止日期，这连次原型机制造的截止日期也做了相应推迟。修订后的方案需求书要求承包商制造两架原型机：一架安装F119发动机，另一架安装F120发动机。这个变化缘起于80年代初电子行业先驱戴维•帕卡德关于五角大楼采购改革的一份国会委员会报告，报告受最近F-16项目成功的影响，赞成在新型军用飞机的研制中采用原型机竞争体制。
　　皮奇里洛解释道：“最初的方案需求书中并没有原型机要求，ATF沿用了没有原型机的F-15项目流程。美国空军五十多年以来对原型机价值的认识一直反反复复。60年代的F-15项目并没原型机时，我们也完成了研究、地面测试和风洞试验，然后就开始全面研制工作。我们的确制造了测试机，但是其规格都非常接近生产型。经修订后的方案需求书要求为演示/验证阶段获胜的方案制造验证原型机，用意是让承包商展示其ATF概念的关键技术，重中之重是超音速飞行和低可探测外形设计。”

F-15并没有原型机，测试机在其规格非常接近生产型。图为第一架F-15A 71-0280

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　　通用动力的莫兰回忆说：“我们实际上已经完成设计，当我们收到方案需求书的MR-006修改请求时只需几天就能提交方案。与原定授予4家获胜公司每家约1亿美元的合同不同，空军这次只选出两家获胜公司，每家公司会获得约7亿美元合同来制造飞行原型机。我们被要求在文档中增加一篇描述如何设计、制造和测试两架飞行原型机的章节，这两架飞机一架将安装普惠F119发动机，另一架安装通用电气F120发动机。我们还需建立一个地面航电测试实验室。如果必要我们还可以提供一个航电飞行试验平台。”公司们获得了额外的60天来修改各自的方案。
　　1985年底美国空军在修订过的演示/验证阶段方案需求书中附带了一封鼓励各竞争公司组队的信。皮奇里洛回忆：“修订后的方案需求书中带有有一封鼓励公司组队的信函。空军鼓励组队是想使项目获得最好的工业界资源。项目将变得昂贵且庞大，我们从工业界获得的承诺越多，项目就越有可能成功。”
　　承办商间立即开始跳起复杂的交谊舞，1986年6月波音、通用动力、洛克希德代表签署了一项合作协议，两个月后诺斯罗普和麦道公司宣布了组成另一个团队，剩下的两家公司没有选择组队。
　　波音、通用动力、洛克希德达成的协议：获胜公司将领导团队。组队是在“三盲”状态下进行的，没有一个参与者能在合同授予之前看到其他竞争者的设计或项目计划。波音、通用动力、洛克希德公司在结果宣布后将向获胜公司各派驻一组二十人的高层管理人员。
　　1986年10月31日美国空军宣布洛克希德和诺斯罗普成为前两名竞争者，各自获得7亿美元的合同。11月2日周日波音和通用动力公司的代表以合作伙伴身份在加州伯班克的洛克希德臭鼬工厂首次会见了洛克希德同行，该团队将和诺斯罗普和麦道公司同台竞技竞争美国空军的下一代战斗机。
　　美国空军部副部长阿尔德里奇的万圣节公告意味着洛克希德和诺斯罗普各获得一份ATF项目演示/验证阶段6.91亿美元的合同。两家获胜企业牵头组建团队，每个团队将制造两架安装不同发动机的飞行原型机，并制造地面航电原型机和一个用于演示的飞行航电实验室。演示/验证阶段的竞争将决定哪支团队能进入项目的下一阶段，最终制造出ATF的生产型。
　　在演示/验证阶段结果宣布后，ATF项目重回保密状态，其信息在1990年8月原型机下线前很少公开，这段时间将近4年。虽然这4年在保密的掩护下显得很平静，但因为ATF竞争的加剧，参加项目的人们都感到了巨大的压力。

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演示和解说
　　演示/验证阶段竞争结果是在星期五下午宣布的，在接下来的周一早上，来自洛克希德、波音和通用动力公司的代表在加州伯班克的洛克希德工厂内第一次作为一个团队开了会。大约有100名工程师和管理人员挤在360号楼的大型保密会议室里，听取三家公司代表对各自ATF概念的陈述。每家代表都获得两小时的陈述时间，洛克希德代表先开始，波音代表在午饭后开讲，最后是通用动力代表。
　　这一整天的演示和解说会议对于到场的每个人来说都是前所未有的，之前三家公司从未进行过如此彻底的交流活动，而就在一星期前，听众们还互视为竞争对手。虽然三家公司之前就有合作协议，但由于协议签署和合同授予之间的间隔很短再加上保密检查规定，所以无法交换信息，所以交流会开得非常有必要。
　　1985-1991年间通用动力公司的ATF项目主管兰迪•肯特项回忆说：“那个周一是我飞机业务生涯中最迷人的一天。通常情况下我们不知道其他公司近几个月来做了些什么，有也是在合同授予之后的事。这次为了ATF项目，每家公司都在伯班克进行了曾为空军做过的演示和解说。我们都把各自的模型、布局和图纸放在台上，每个人都能看到各公司在项目当前阶段所做的详细工作，大家都获得了惊人的体验。”
　　通用动力公司的总工程师格里•马夫补充说：“这些方案的多样性令人惊讶，深度和性能都令人印象深刻。洛克希德公司的实力表现在信号特征上，他们的工程师知道如何使用一组固定角度来设计飞机，他们了解所有相关细节和设计技术，他们的作战分析也表明为什么隐身是关键要素，这也是他们能胜出的原因。他们看重ATF的操纵品质，所以有了四尾翼设计，他们的方案非常好。”
　　洛克希德方案的重要性进一步加强。在首次团队会议后，美国空军主任技术评估师里克•阿贝尔向这三家公司汇报了各自方案在演示/验证阶段得到的评价。阿贝尔使用的评估图表系统和F-22系统项目办公室后来在二进一竞争中使用的相同，他为每种方案都列出了约七十项优点和三十项缺点。
　　洛克希德项目主管和团队领队谢尔姆•穆林回忆说：“这是我在职业生涯中唯一一次看到在同一竞争中官方对各竞争方案进行评价，而且评价直接来自一位官方权威人士而不是流言。方案书中的系统工程篇在空军做出决定时占了很大比重。大部分竞争方案受挫于崇尚目标设计和单一答案。空军官员在1986年末就明确表示希望能看到平衡各方面性能的权衡研究，希望提出的每个要求都能受到挑战。他们机会考虑了所有方面。”

洛克希德项目主管和团队领队谢尔姆•穆林

　　洛克希德的方案还有一个关键的获胜因素。后来成为ATF项目空军首席工程师的阿贝尔解释道：“演示/验证阶段的所有方案都能满足空军的要求。我们评估中最大的单一重要因素就是降低生产型的研制风险，也被称为‘首选系统概念’。我们并不关注原型机和原型航电能够做什么或能够达到怎样的性能，我们希望获得项目能沿着降低风险和充分技术开发的方向展开，这样当我们开始下一个阶段时将得到一个低风险项目。我们并没有花很多时间来浏览各方案书中原型机性能。”

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分工协作
　　加州会议后不久，三个公司的人员被分成两个基本设计组。一组负责解决原型机的接口、成本和协作问题，并且在演示/验证阶段后期负责首选系统概念。分工后，三家公司为每个小组成员都进行了困难且复杂的费用估算，计算需要考虑很多因素（例如不同的劳动力价格和各公司独特的估算流程）。
　　另一组人员致力于确定合作协议中各公司德尔工作配额，这将成为三家公司的基本关系。他们在一份五十页的文件详细规定了领队公司的任务和职责、成员公司之间的分工和任务、未来方案的预备工作、专有信息和专利的处理、争论解决程序、成本分摊、成本报告、宣传协调、以及协议本身的终止程序。
　　每家公司之前都提交了假设自己获胜成为领队公司后的任务分配清单。这些任务被分成六大类：武器系统集成、机身设计/系统、航电、系统测试、制造、保障性，在演示/验证阶段合同被授予后又增加了第七类：系统工程。
　　洛克希德作为领队公司获得了最多的工作份额：负责制造前机身和起落架、所有特殊处理边缘和低可观测性天线的集成、座舱、控制器和显示器、航电系统的核心处理部分、飞机总装和检测，并主导试飞。
　　波音公司得到了后机身和机翼、灭火系统、生命支持系统、辅助动力系统、制动装置、雷达、红外搜索和跟踪系统、任务软件、飞行航电实验室，并且作为主导公司获得了培训系统的最大份额。
　　通用动力公司获得了中段机身和其中的所有子系统、主起落架、水平和垂直尾翼、飞行控制系统、通信-导航-识别系统、电子战系统、惯性参考系统、弹药管理系统、低可观测性能的红外部分，并作为主导公司获得了支持系统的最大份额。这些基本分工经过细微修改后一直延用到F-22项目。

F-22项目的分工，表格中的玛丽埃塔、沃斯堡、西雅图分别是洛克希德、通用动力、波音的工厂所在地。在洛克希德收购通用动力飞机部门后，洛克希德的份额一家独大

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　　合作协议还规定以演示/验证阶段的获胜方案作为原型机方案的设计起点，协议中写道：“方案可经过修改后融入其他合作伙伴方案的特点，这样的修改可以在空军要求后，也可以在当事方同意并经过空军批准后进行。”简单来说，团队鼓励结合三家公司的优势来赢的ATF竞争。
　　波音ATF项目主管迪克•哈迪说：“合同被授予后我们花了两年时间进行设计。我们决定在确定生产型构型后再开始制造演示原型机。而诺斯罗普团队走的是先制造原型机再确定生产型配置之路，假如他们能进入项目的下一阶段，就不得不就行大量修改，例如重新安排弹舱的位置。而我们希望把在制造和测试演示原型机中收集的数据直接使用在生产型上。这样做的全部目的是为了让原型机为最终生产型的设计产生提供有用的数据。”
　　当团队在伯班克第一次碰面时，工程师们看到了一幅带内部布局的洛克希德方案线图，上面写着090P构型，此外还有一幅写着090P/092构型的详细三视图。090P构型就是洛克希德为ATF演示/验证阶段提交的方案，090P/092构型是洛克希德在由空军评估期间进行的改进设计，修改了进气口、小幅调整了机翼和尾翼后掠角，垂尾向外侧移动，机背稍稍收窄。

092构型与090P构型之间的区别（黑色轮廓为090P）

　　从090P向1132构型——也就是YF-22的进化过程，涉及了一些堪称飞机设计史上最密集的工作。团队成员开始了紧张的090P构型修改工作，公司们分析了各自的相对优势和劣势并对各种设计特点提出了支持或反对意见。当时担任洛克希德技术和设计副总工程师的保罗•马丁说：“那时的气氛很激烈，我们花很多时间来说服彼此，要知道在场的所有人都是强硬的工程师。”
　　所有三家公司都拿出了海量资料供人翻阅，每个公司的方案都有自身的问题和优势。但作为官方的起点方案，洛克希德的设计受到了最多的关注与批评。
　　马夫回忆说：“研究了090P构型的设计之后，我们很快意识到这架飞机根本飞不起来，巨大的前翼身融合体在俯仰轴上根本不可控。内部布置也不合理，大型旋转弹舱把发动机和进气口推向两侧，从而产生了过大的激波阻力。向后收起的起落架也不适合战斗机。”
　　通用动力构型设计主任凯文•伦肖回忆说：“通用动力团队在伯班克待了大约两个星期后向总部发回了一套洛克希德方案的设计图纸。沃思堡工程师们的第一个任务是飞机图纸输入计算机来建立分析模型。洛克希德设计的不成熟性变得显而易见，其平面图、剖面图和截面图之间只有一个粗略的相互关系。在分析了设计之后，通用动力的工程师们发现其气动和重量数据和图纸几乎没有关系，只是个‘目标’数字。该设计只是由围绕飞机各子系统的图纸组成，并且互相之间没有关联。洛克希德提交的是一个飞机的概念而不是一个目标设计，但正式这种做法赢得了竞争。”
　　090P在设计细化上可能比不上波音和通用动力提交的方案，但洛克希德辩解说这是因为其设计起步相对较晚，公司是在最后阶段才决定推翻之前设计提交新方案的。但正是这个决定使洛克希德从上阶段的最后一名一跃成为演示/验证阶段的第一名。相反，在空军对能减少演示/验证阶段风险的设计更感兴趣时，波音和通用动力公司却在目标设计上投入了太多精力。
　　肯特说：“通用动力在历史上一直专注于构型设计。我们会进行大量结构和气动细节设计，并进行风洞测试来让设计能够实现我们的承诺。我们认为空军评估师对演示/验证阶段方案的构型和概念一样重视，还认为有效的权衡研究只能以一个坚实的构型为起点。看来我们误读了空军的意图，他们更感兴趣的概念而不是具体的构型。”
　　穆林解释说：“090P构型并不是一个目标设计方案。这不是偶然的，我们的方案因为能实现客户想的和我们要做的而赢得竞争。如果客户想用两年时间好好进行系统工程而且没有规定太多目标设计的话，那么就体现出了这个方案的优点了。”
　　穆林继续说：“我们的团队在系统工程一开始就遇到了大问题，很多工程师想设计一架只能满足既定要求的飞机，而不是一种能继续让空军官员调整要求的权衡设计。1987年的研究主题之一就是让每个人都认识到空军的每条要求都不是最终要求，权衡研究和降低风险更重要。”
　　哈代回忆说：“一开始所有人都有一点抵触情绪。现在回想起来，我们的团队最终聚拢在一起，达成一项协议，完成了一项伟大的工作。其中穆林居功至伟，他让每个人都专注于项目和设计，他让争论远离个人情绪，他始终专注于对项目最有利的东西。”穆林成为洛克希德-波音-通用动力团队在演示/验证阶段的领导者，他把来自三种不同企业文化的工程师们拧成了一股绳。
　　穆林说：“我想我在所有方面都做到了合理公平。几乎每周我都被三家公司的工程师们弄得心烦意乱，每个人都认为自己的设计是圣经。我不得不说服波音和通用动力的工程师们相信我是正大光明的，并没有偏袒洛克希德公司。这很不容易，不过我与哈代、肯特还有其他许多人都建立一种富有成效的关系。我们最终成为一个有凝聚力的团队，这是赢得竞争的一个关键因素。我们并没有对彼此的企业文化做太多干涉，我们只是学会彼此接纳，携手合作。作为系统工程团队主管的AL•普鲁登为此进行了艰苦的努力。”
　　出席过1986年首次会议的比尔•莫兰说：“三家公司的项目经理——穆林、哈代和肯特组成了一个互补的班子。穆林兴奋、热情洋溢＼沉迷迷于技术；哈代在财政方面很敏感，脚踏实地，具有简单明快的幽默感，和穆林的热情形成完美互补；肯特含蓄、聪明，致力于为试飞和最终作战制造出一架真正的飞机；三人齐心协力向项目的终极目标努力——制造出真正用于作战的武器系统。这些领导人的互动总是令人兴奋并能受到启发的，学习他们如何相处，如何求同存异。与任何有着几千人的庞大集团一样，三家公司的合作总是会有些磕磕绊绊的事情，但管理层把握住了通向成功的正确方向。我没在其他团队任过职，但我听说过其他团队的一些故事，同样需要有强力领导人才能成功。”
　　莫兰补充道：“吉姆•费恩是演示/验证阶段ATF系统项目办公室的负责人，他也对团队的协作贡献良多。他比我们大多数人最初认为的更聪明，而且是位无所畏惧的创新者。他在演示/验证阶段之初加入项目是还是一名上校，他就宣布如果不能让项目按照设想的情况运转，他就永不当将军。费恩最终在演示/验证阶段中期被提升成准将，后来以中将军衔退休。他利用两支团队间的竞争而不是指手画脚来获得想要的东西。在里克•阿贝尔和汤姆•布赫尔上校的帮助下，他引入了许多年后才被国防部正式采用的采购革新。”

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设计过程
　　穆林、哈代和肯特成为设计过程的最终仲裁者，这需要克希德-波音-通用动力团队在应变力、效率和决断上达到一个新水平。
　　肯特解释道：“工程师们将通过各自公司的总工程师进行分歧沟通，总师直接对各自的项目主管负责。也就是说如果工程师们不能达成一项决议，他们就把问题推给各自的总师，如果仍不能决定，问题就会被踢给穆林、哈迪和肯特。无论多么优秀的工程师都必须学会坐下让他人说话，对他人的意见表现出尊重而不是挖苦。我们开除了无法与他人相处的家伙，一些顶尖工程师们渡过了一段学习如何与同行相处的艰难时期。最后这些有着不同行事方式和不同背景的工程师们终于能坐在一起工作。在三家公司的空气动力学专家们开始投票反对他们三家公司结构工程师们做出的决定时，我开始感到我们正成长为一个更具凝聚力的团队。”
　　整个设计过程不断受到与美国空军代表定期接触和更正式的空军评论的影响。阿贝尔解释说：“空军通过一份初始规格草案控制了ATF的研究方向。随着研究的深入和方案的评估，我们在演示/验证阶段中每年都要调整一次规格。在我们的评论中，我们根据作战分析、测试结果以及其他信息来确定要求是过高还是过低，然后进行相应调整。如果其中一个团队认为无法实现新要求时我们就不做修改，不过他们会意识到另一个团队也许能满足。所以一般在我们修改要求后两个ATF团队会全力以赴。”
　　比如空军一开始要求主武器舱可容纳8枚导弹。阿贝尔说：“一个团队认为可以实现但并不确定，我们就没有改变原先六枚导弹的要求，最后两支ATF团队都确定弹舱装不下8枚导弹。还有一个例子，我们取消了用于短距降落的喷管反推要求，因为该装置太过昂贵，费效比不佳。”
　　莫兰补充说：“构型的进化始终伴随着ATF系统项目办公室和战术空军司令部对系统要求的历年锤炼。每年的设计修改都要导致重新估算重量、成本、性能和效能，估算结果又会导致相应的规格变化，而对规格的修改又需要新的设计工作，如此反复不已。”
　　因此美国空军在演示/验证阶段对设计过程的参与是间接的。阿贝尔说：“我们对项目施加的最大影响是允许公司针对特定系统进行理论和动机研究，在技术方面更倾向于理解两支团队的设计理念和采用的方法。我们总是问‘你为什么要那样做呢？’而不是‘你为什么不这样做呢？’。我们更感兴趣的是设计过程和背后的动机而不是细节。如果在我这边里有人说‘应该这样做’，我会枪毙他，因为我们不能给研究定方向。”

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设计挑战
　　ATF在设计上的基本挑战是把隐身、超音速巡航、高度集成化航电和敏捷性都集中在一架飞机上，还要求该机的作战航程高于F-15，F-22还必须要有F-15两倍的可靠性和一半的支援要求。
　　哈迪说：“我们经常遇到的一个问题就是在尝试把部件塞进飞机时，这东西就想占据重心位置。弹药当然要位于重心，这样在投放时就不会改变飞机的稳定性。主起落架想占据紧靠重心后的位置，这样在降落时就不需要坐着尾巴上接地，起飞时也更容易抬起机头。油箱也想占据此位置，这样在油箱变空时重心就不会移动，否则因燃油消耗导致的重心移动会降低稳定性和操控性。此外出于隐身的原因我们也不得不遮掩发动机正面，所以两根巨大的进气道就必须以正确方式从上述设备中间穿过。设计的复杂性导致专门负责这一块的工程师们为空间安排争论不休，这种情况从1986年一直持续到1988年。”
　　随着设计的进展，重量变成了最困难的设计挑战。穆林承认：“我们从来没能设计出一架接近空军要求的50000磅（22680千克）起飞全重的飞机。经过两年的努力后，我们说服空军这是不可能的，于是空军修改了重量要求。”
　　穆林继续说：“进气道的匹配设计也是非常困难的，气动、结构、低可探测性和可生产性要求互相之间严重冲突。我们花了大约三年进行大量的分析和风洞测试，实现了一个完全可以接受的进气道设计，最后的性能非常好。”
　　1987年2月，洛克希德-波音-通用的构型迎来了第一个重大变化，更节省空间的扁平弹舱取代了090P上的旋转弹舱。095构型第一个采用新弹舱上，旋转弹舱的取消使两台发动机能更加靠近，减少了波阻。
　　095构型还缩窄了边条以减少重心前的投影面积，并后推了涡流分离的位置，这些改变对大迎角飞行至关重要。工程师们还重新设计了前机身以减少截面积，提高大迎角性能并减少波阻和重量，发动机进气口也经过了重新设计。095构型仍保留了090P的梯形机翼和尾翼。
　　此时构型演变为两个家族，第一个家族编号带1000前缀，代表原型机设计（也就是所谓的“原型飞行器”）。第二个家族编号带500前缀，代表首选系统概念设计——也就是最终并能进入项目下一阶段的方案（即生产型设计）。095构型因此演变为1095（原型）和595（生产型）。
　　构型经过次要修改后会在编号后加上短横和数字，例如1987年7月的首选系统概念是595-6构型。随着演示/验证阶段的进展，这两个设计家族渐行渐远，为了制造和试飞原型机，原型机设计被冻结。首选系统概念则继续为项目的下一个阶段（全面发展阶段，也就是之后的工程和制造发展阶段）继续进化。
　　1987年5月美国空军进行了第一次要求审查，前后持续了一个星期。穆林回忆说：“首次审查就是一场确保我们正沿着正确轨道前进的沟通交流会，我觉得大家在审查后都对设计感觉良好，人们的乐观情绪高涨，没人愿意承认我们的ATF达不到50000磅的重量要求。我们在详细设计和重量分析上做的还不够，还没得到一组准确的重量数据。”

1092构型的三种设计方案，其中两种具有来自通用动力ATF方案的弹舱设计

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构型进化
　　1987年6月下旬，在三公司7月10日沃思堡常务会议之前工程师们得到了重量数据。肯特回忆道：“我们几乎超重9000磅（4080千克），单价超支500万美元。但我们在所以机动性参数上仍然达标，除重量和成本外我们有了一架相当不错的飞机。我们希望能放宽最大过载时的载油量，还希望能调低其他几项总重量指标，去掉几个任务，并通过简化航电来降低成本。”
　　在这些妥协还没有落地前，团队决定退后一步对设计进行更根本性的修改。穆林说：“经过一场激烈的争论后，我们认为需要扔掉现有设计重新来过。我们在那个周末启用新设计工程主管迪克•坎特雷尔，他飞过来带领大家开始了为期90天的紧急修改。工作开始于7月13日（星期一），标志的在战斗机概念设计期间最富有创造力一段日子的开始。我们研究了不同进气口、机翼、尾翼的组合，其中一个构型具有两个大蝶形尾翼，看上去有点像F-117。由于当时F-117仍然高度保密，所以人们不知道这点。构型探索范围很广，但最后带来的最大变化是菱形机翼。”
　　集中构型探索从大量可行性设计研究开始，对大量可行设计进行排列组合。在1987年夏团队对菱形机翼、双尾翼（V尾），各种形状的进气口，各种外形的前机身同时进行了反复考量。
　　具有梯形机翼和四尾翼的595-7构型成为这些研究的起点。608A构型是等效的基准设计，外形和595-7类似，只是主弹舱挂六枚而不是八枚导弹。
　　608构型具有梯形机翼和双尾翼。607-0构型引入了与通用动力ATF方案相似的菱形机翼，但配之以四尾翼而不是单垂尾。607-11A构型具有菱形机翼和双尾翼。611A构型同样具有菱形机翼和双尾翼，但大机背使人联想到090P。609A构型看起来很像波音的ATF方案，具有梯形机翼、双尾翼和单颌下进气口。
　　610A构型混合了波音和洛克希德方案的特点，具有梯形机翼、双尾翼和双侧面进气口。计算机辅助设计在这些构型的研究中起到了至关重要的作用，ATF是最早使用电脑进行辅助设计的战斗机之一。一开始团队使用的是CADAM二维绘图软件包。
　　在伯班克参加了数月ATF设计工作的通用动力构型设计师约翰•霍夫施威勒解释说：“CADAM更适合设计细节部分而不便于对设计概念进行反复修改。我们很快意识到需要ACAD和Perq电脑来加快设计进程。我们从沃斯堡调出了设备并通过了洛克希德的安检，这是个不小的壮举。我们六个来自沃斯堡的工程师有一间被称为大壁橱的小办公室。ACAD软件允许我们有更多的想法，并让每个想法更详细。”
　　ACAD是通用动力公司研制的三维软件包，可用于概念和初步设计（该软件的后续版本至今仍在使用）。该小组还把ACAD和CATIA配合使用，后者是达索开发的高保真三维软件，可以把数据直接输出给数控加工设备。ATF设计师用ACAD做出第一代线形数据库以便能够快速反复推敲修改，随后这些文件会被编译成CATIA数据库。
　　穆林补充道：“我们也通过数据链把设计数据和其他数据在三个公司中互相传输。这个网络建于1987年项目的早期，我们花了几天时间在大型机而不是工作站上搭建网络。数据链是加密的，这样沃思堡的工程师可以与伯班克或西雅图共享设计相关数据。”到1987年8月中旬，供选择的构型已经缩减至5个，分别是595-7构型（梯形翼、四尾翼、和8枚导弹基准构型）、612构型（6枚导弹的基准设计）、613构型（梯形机翼和双尾翼）、 614构型（菱形机翼和四尾翼）、615构型（菱形机翼、双尾翼和双侧面进气口）。八月下旬，菱形机翼四尾翼的614构型胜出。
　　穆林说：“采用菱形机翼的根本原因就是在获得最轻的重量和最好的结构效率时还能满足控制力要求，其中最大的因素还是重量，重量决定了一切。”
　　伦肖补充说：“菱形翼不仅有更大的面积，而且结构更高效。较长的翼根弦长提供了更加分散的机身负载路径，多舱壁设计可承受弯曲载荷。该设计为围绕内部设备布置舱壁提供了更多的空间，同时也增加了载油量。”
　　哈迪指出：“结构工程师想要菱形翼，因为可以提供较大的翼根弦长且弯曲力矩承受性能更好。 而气动专家想要梯形翼，因为该机翼可以提供更大的展弦比，空气动力学性能更好。洛克希德加州公司总裁迪克•黑珀最后拍板选择了菱形翼，他做出了正确的决定。菱形翼的气动性能也不是那么糟，而且结构和重量性能都有显著改善，所以我们选择了菱形翼。但是更大的翼根弦长把平尾后推，最后我们不得不在机翼后缘内侧开了一个缺口来容纳平尾，否则再把平尾后移，就要掉出机身了。”

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尾翼探索
　　614构型确定了机翼后，后续构型就要开始研究尾翼布置了。洛克希德发动机集成总工程师娄•班格特回忆：“我们花了大量风洞时间研究尾翼。我们从1987年到1988年初都在致力于被称为‘伟大的尾翼探索’的研究。我们知道肯定会采用四尾翼，但如何布置就是个大问题了，一个细微的位置变动就能导致巨大的差异。我们必须同时考虑尾翼对性能、隐身、稳定性和操控性、阻力的影响，所以尾翼布置和机尾设计都是非常重要的研究。”
　　风洞试验结果表明，垂尾位置和前机身设计之间存在超敏感的关系，而且这种相互作用并不能通过气动分析或流体动力学计算准确预测。在某些迎角下经过前机身的气流会影响方向舵的操控力，所以让气流正确流动是至关重要的。
　　由于会增加雷达反射信号，所以垂尾的外倾角和后掠角度并不能改变太多。在寻找尾翼布置的过程中，控制系统设计师因隐身方面德尔限制只能平移或纵移尾翼，并在基本外形不变的前提下下对垂尾进行放大或缩小。在演示/验证阶段结束时，团队已经进行了约20000小时的风洞测试，其中很多专门用在了尾翼布置研究上。
　　具有梯形平尾和垂尾的614-6构型成为1987年12月开始的尾翼探索的起点。经过许多中间构型后，1988年2月的630构型的垂尾也进化成菱形，同时缩小了机翼面积。631构型每侧垂尾的面积增加了0.65平方米，方向舵尺寸也稍稍增加，垂尾倾斜角度从28度增加到30度。1988年3月原型机设计也被冻结于该构型（1131构型）。
　　美国空军取消了反推要求后，原型机设计在1988年5月的最后一分钟解冻。团队以对围绕反推设计的后机身和尾喷管的外形进行修改，结果使尾部阻力显著减小。穆林说：“直到5月我们才获得了一种具有正常超音速阻力的飞机。我们在这么晚的时候做出解冻原型机设计的决定吓坏了空军。但对于超音速巡航来说此时设计的超音速阻力仍太高，首席飞行科学工程师Ed•格拉斯哥率领一队人马重新设计了前后机身，使超音速阻力降到可以接受的水平，确保飞机能超音速巡航。”
　　1988年5月原型机设计被最终冻结在1132构型，除了前后机身的修改外，平尾也由1131构型的梯形改为菱形。

最终YF-22原型机被冻结在了631构型

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原型机
　　1988年4月1日YF-22的第一批生产图纸正式出图，4月27日沃斯堡工厂开始粗略切削一块中段机身的钛631壁板，标志着第一架YF-22开始动工。通用动力在沃斯堡主工厂F-16总装线的北端保密区制造了这个中段机身，很快洛克希德也在伯班克开始制造带起落架舱前舱壁的前机身。同时波音也开始在西雅图制造后机身和机翼，他们先从襟副翼扭矩臂组件着手。原型的制造将持续两年。

设计团队进行了数千小时的风洞测试，图中这个模型名为V5B，用于测量弹舱在飞行中的气动受力