刺破青天锷未残——康维尔三角翼战机家族的发展历程

万磁王

作者：方方
来自空翼

　　曾几何时，“无尾三角翼”几乎成了法国达索公司幻影家族的标志。然而，你也许不知道，第一架实用的无尾三角翼战机并非诞生在法国，而恰恰是现在并不热衷无尾三角翼布局的美国！它就是美国第一种超音速全天候截击机——康维尔公司研制的 F-102“三角剑”。它和它的前身 XF-92 以及它的后继者 F-106“三角标枪”（实际是 F-102 的重大改进型）组成了康维尔的三角翼战机家族。F-102 和 F-106 从 50 年代末直至 70 年代，一直担负着美国国家战略防空任务，对美国国家安全起了相当重要的作用。

开创时代的三角翼
DM-1 试验机
　　说到康维尔的三角翼战机家族，就不能不提到纳粹德国的航空成就。事实上，如果追根溯源，F-102 可以看作是 40 年代研制的战斗机验证机 XF-92 的放大改进型，而 XF-92 则是在纳粹德国的三角翼技术研究和 DM-1 研究机的基础上发展而来。担负美国战略防空的截击机竟然具有纳粹德国的血统，这一点恐怕是很多人想不到的（纳粹德国虽然给人类带来了巨大灾难，但其灭亡前进行的各方面研究确实对后来的人类科技影响深远——航空领域即是其中之一）。

亚历山大•里普斯奇博士与他的 DM-1 模型

惊骇世俗的 DM-1 滑翔验证机

万磁王

　　二次大战期间，德国航空先驱亚历山大•里普斯奇博士（Alexander Lippisch）开始着手研究三角翼的气动特性——在当时，后掠翼都尚未实用化的情况下，三角翼概念的提出确实相当惊世骇俗。然而早期的概念研究已经发现，三角翼具有低阻、大内部容积和高结构强度等优点，较之当时正在逐步走向实用的后掠翼，更加适合高速飞行。为了验证三角翼的特性，在慕尼黑和达姆斯塔特航空院校师生的努力下，一架被称为 DM-1 的验证机诞生了。该机的气动布局即使在今天看来也是相当新颖的——无尾三角飞翼布局，机翼前缘后掠角达 60°，机身背部布置有一个大型垂直安定面（其根弦长度几乎相当于机身长度的90％！），飞行员座舱就设置在垂直安定面根部。在 DM-1 的基础上，里普斯奇甚至设计了一种最大速度达到 M2.6 的 Li-P.13A 高速截击机。当然 Li-P.13A 从未真正建造过，因为这种飞机已经远远超越了当时的航空技术水平。而且即使建造出来，也几乎不可能达到预想的性能——因为当时的航空研究人员对跨、超音速的情况了解甚少，以至对飞机性能过于乐观。后来康维尔 F-102 和道格拉斯 D-558-2 的遭遇充分证明了这一点。

最初 DM-1 是由 Si 204 驼载至 7,900 米高度投放的，后来改用火箭发动机爬升然后试飞

　　二战结束后，美、苏两国大肆搜罗纳粹德国的专家、技术资料。DM-1 被美国人发现，运回本土作进一步研究，由此开始了它的异乡生涯，也开启了人类三角翼飞机实用化的大门。

Li-P.13A 高速截击机，飞行员坐在垂尾中

Li-P.13A 总体布局，采用了冲压发动机

万磁王

XF-92
　　1945 年 8 月，美国空军（当时还是美国陆军航空队）公开招标研制一种超音速截击机，要求最大速度达到 1,260㎞/h，能在 4 分钟内爬升至 15,000 米。11 月，肯索里得特－伏尔梯飞机联合体（即后来著名的康维尔飞机公司）的一个设计小组在杰克•埃汶的领导下，首先提出了一个“35°后掠翼＋V 形尾翼”布局方案，该方案采用脉冲喷气发动机（而非涡轮发动机），推力达 1,675 公斤，并装有 6 枚辅助推进火箭（总推力 540 公斤）。
　　1946 年 5 月 22 日，美国空军宣布康维尔公司竞争获胜，成为 MX-813 计划的主承包商。6 月 25 日，美国空军正式与康维尔公司签订合同，分两个阶段研制 MX-813 计划中的超音速截击机。第一阶段是验证阶段，包括进行利用验证机进行概念验证并建造初步方案的全尺寸模型；第二阶段是工程发展阶段，康维尔需要制造两架原型机以及一个用于静力试验的机体，以完成相应的试飞和试验。
　　然而，在接下来的风洞试验中，康维尔方案的试验结果并不理想。风洞数据表明，该方案在迎角超过 5°后就会出现气流分离，同时横向控制也存在问题。不得已，康维尔设计小组只好转过头来专心研究里普斯奇的 DM-1。在这时，康维尔空气动力部门负责人拉斐尔•H•斯奇克发挥了重要作用。他根据 DM-1 实物和所能搜集到的关于三角翼气动特性的只言片语，对 45～70°后掠的三角翼进行了一系列研究。最终，在此基础上，康维尔设计小组重新提出了一个崭新的设计方案，公司设计代号 115：机头进气，单座单发，无尾三角翼＋单垂尾布局。事实上，115 方案看起来很象是 DM-1 的美国版，某些细节仍残留着 DM-1 的痕迹——特别是那个巨大的垂直安定面。

115 方案全尺寸模型，基本照抄了Li-P.13A，只不过将飞行员从垂尾处移到了进气锥内

万磁王

　　1946 年 11 月 7 日，康维尔 115 方案获得空军首肯，被赋予设计代号 XP-92（空军机型代码更改后，该机改称 XF-92），并签订合同，要求康维尔制造两架原型机。XP-92 被定位为一种纯粹的防空截击机。该机原定装 1 台威斯汀豪斯的 24C 型发动机（推力 1,020 公斤）和 15 台推力 22 公斤的火箭发动机，但研究人员经过计算认为，该机即使仅依赖火箭发动机，仍可以达到马赫数 1.75，因此 24C 型发动机研制计划被取消。这样 XP-92 就变成一种纯粹的火箭动力截击机，在某种意义上说，该机和纳粹德国的 Me 163 火箭动力截击机相当相似。
　　为了加速 XP-92 的研制，空军于 1946 年 11 月批准康维尔公司首先制造一架喷气动力验证机，用于三角翼概念研制飞行，该机预定采用艾利森公司的 J33-A-21 涡喷发动机。工厂称该机为 7-002 型，美国空军则赋予该机 46-682 的序列号。为了节省时间和资金，该机广泛采用已有的飞机部件，如主起落架来自北美公司 FJ-1“愤怒”，前起落架来自贝尔公司 P-63“眼睛王蛇”，发动机和液压系统采用洛克希德的 P-80“流星”，弹射座椅则是康维尔公司不久前下马的 XP-81 所采用的。
　　正当 7-002 型机正在紧密建造时，伏尔梯公司却于 1947 年夏倒闭。于是，正在制造中的机身被运往康维尔在圣地亚哥附近的工厂，继续未完的工作。同年 10 月 31 日，机体全部制造完成，并迅速送往 NACA（国家航空咨询委员会，NASA 的前身）进行风洞试验。之后，该机被送回圣地亚哥，安装 J33-A-21 发动机，准备进行验证试飞。

马洛克干湖床上的 XF-92A，布局总算正常一点了

万磁王

　　1948 年 4 月，XF-92 全尺寸原型机 7-002 型建造完成，前往马洛克干湖（后来成为爱德华兹空军基地）。为慎重起见，该机最初先进行了高速滑跑试验，随后在 1948 年 6 月 9 日进行了短暂跳跃飞行。然而就在此时，美国空军考察 XF-92 后认为，该机性能不能满足作战要求，决定取消该机的发展计划。但同时，空军对于先进的三角翼仍然十分感兴趣，决定继续进行 7-002 型的试飞工作，以便进行必要的研究。1949 年夏，7-002 型被空军正式命名为 XF-92A。

在接下来试飞中涂成白色的 XF-92A

万磁王

　　根据官方资料，XF-92A 由试飞员山姆•香农驾驶，于 1948 年 9 月 18 日完成首次试飞。随后比尔•马丁也加入试飞的行列。在试飞当中，二人均发现，XF-92A 的操纵响应相当灵敏。1949 年 7 月 26 日，康维尔公司承担的试飞任务结束，XF-92A 交付空军继续进行评估。军方试飞员之一就是后来突破音障的查尔斯•E•耶格尔，另一位是弗兰克•K•埃文斯特。根据空军的试飞结果，XF-92 相当容易操纵，但当速度达到 M0.9 时飞机极度稳定，这对于战斗机而言是不合适的。同时试飞发现，XF-92 无论如何都无法在平飞中超过音速。最初以为是发动机推力不够，于是在 1951 年，该机换装艾利森公司的 J33-A-29 加力式涡喷发动机，加力推力 3,400 公斤。同年 7 月 20 日，耶格尔驾驶改装后的 XF-92A 再次试飞，但却发现新发动机对于飞机速度提高影响甚微。更倒霉的是，J33-A-29 发动机维护性极差，使得 XF-92A 在接下来的 19 个月里只飞行了 21 次。1953 年 4 月 9 日，XF-92A 再次换装推力达 3,810 公斤的 J33-A-16 发动机。之后，该机由哈斯•斯科特•克罗斯菲尔德驾驶，为 NACA 进行三角翼气动特性的试飞。结果显示，三角翼在高速飞行时翼尖气流具有强烈的分离倾向（附面层向翼尖堆积所致）。NACA 建议加装翼刀以期部分地解决这一问题。

1963 年，XF-92A 在电影《飞行员》中曾扮演米格-23

　　1953 年 10 月 14 日，XF-92A 在着陆时失事，起落架断裂，机体严重受损。由于已无修复价值，XF-92A 就此退出现役，此时共完成 118 次试飞，计 62 小时。

1953 年 10 月 14 日，XF-92A 在着陆时失事

　　尽管 XF-92A 在航空史上籍籍无名，但在其短暂的服役生涯中，却取得了相当多的有效数据，为后来的三角翼截击机 F-102 和 F-106 奠定了坚实的基础，开创了康维尔三角翼战机的时代。

万磁王

北美空防的基石——F-102“三角剑”
顺利起步
　　40 年代末，由于错误的判断苏联的战略轰炸力量，美国空军感受到极大的本土防空压力。为了替换已经过时的 F-94、F-86D 等老一代截击机，美国空军于 1949 年提出了研制新型高空高速截击机的要求，这就是“截击机 1954”工程。这一工程的大致情况在《M4 之梦》中已有涉及，这里不复赘述。
　　作为“截击机 1954”工程的核心——研制飞机主体的 MX-1554 项目，于 1950 年 6 月 18 日正式提出招标。其基本目标是研制一种超音速全天候战略截击机，专用于本土防空，以对抗日渐壮大的苏联战略轰炸机部队。到 1951 年 1 月，空军共收到 6 家公司的 9 个投标方案，包括：共和飞机公司 3 个，北美飞机公司 2 个，钱斯•沃特、道格拉斯、洛克希德和康维尔 4 家公司各 1 个。最后只有康维尔和共和的方案进入早期发展阶段，前者被赋予 XF-102 的设计编号，共和的方案则称为 XF-103。
　　共和的 XF-103 设计极其新颖大胆，其设计平飞速度超过 M3，实用升限达到 24,384 米，期望能以此打动美国空军。然而这一指标即使在今天来看也是相当惊人的，对于在 50 年代初研制的飞机来说，已经远远超过的当时技术水平的极限，因此 XF-103 的失败在其设计之初就已经注定了。

XF-103 全尺寸模型

万磁王

　　康维尔的 XF-102 设计同样先进而不保守，但却是建立在踏实的技术基础上的——研制 XF-92 的过程，及其试飞所获得大量数据、经验，都为新一代截击机的诞生做好了准备（然而即便如此，XF-102 的发展道路依旧崎岖坎坷，以至几乎下马）。出于慎重和降低风险的考虑，康维尔采用了很多 XF-92 的原始设计。实际上，XF-102 几乎就是 XF-92 的放大版。从外观上看，两者之间的主要区别是进气道。XF-92 采用机头进气，XF-102 则采用两侧进气，留出机头安装雷达的空间。XF-102 的标准武器是挂在机腹武器舱内的 6 枚 GAR-1“猎鹰”空空导弹——值得一提的是，“猎鹰”导弹后来在越南战场上无一命中，全部报废。

万磁王

　　由于发动机研制进度跟不上，空军同意康维尔在第一架 YF-102 上装用威斯汀豪斯的 J40 发动机，而后继机则装用瑞特公司的 J67（该发动机实际是根据英国布里斯托尔公司许可证生产的“奥林巴斯”发动机）。根据当时的计算，J40 发动机可以驱动 YF-102 在 17,069 米高度达到 M1.8 的速度，而 J67 则可以令该机在 18,898 米高度达到 M1.93 的速度——就后来的事实来看，这个估算显然太乐观了。实际上 YF-102 在接近音速时阻力远远超过计算值，使得该机最后甚至连音障都无法突破。

首架 YF-102A 原型机 52-7994

万磁王

　　为了加快“截击机 1954”的进度，空军决定在 YF-102 发展阶段引入“库克•克莱治”方法（该名称取自两位发明者的姓氏：劳伦斯•C•克莱治和奥维•R•库克），即略过原型机发展阶段，一开始就以预生产型进行低速生产并投入试飞工作，由于试飞飞机数量增多，试飞进度快，发现问题早，从而大大加速了飞机研制进度。但这种方法有个严重问题，即只有对确定将要装备的飞机才有效，而那些中途下马的项目将因为生产了为数不少的预生产型而造成巨大浪费。不过，在当时的人们看来，F-102 脱胎于已经过试飞验证的 YF-92，估算性能也相当出色，其研制风险相当低，因此一开始就全力投入预生产型的制造和试飞，以节省时间。

YF-102A 8-82 型三面图