“蓝精灵”是如何拯救T-45“苍鹰”教练机的？

万磁王

作者：Armstrong
来自空军之翼

　　如果没有一位英国航空工程师的聪明才智，美国海军的T-45“苍鹰”舰载教练机就很可能永远无法问世了。
　　今天风和日丽，海面平静无波，美国海军的一架新型喷气式教练机正在进行试飞。试飞员放下了襟翼和起落架，向前推杆——这是他在着舰中经常要做的操作：在进近中纠正下滑道，以便最后准确落在甲板上。机鼻如他所愿地低了下去，到目前为止一切正常，他这样想着。但机鼻仍在继续下坠，于是他开始拉杆，但并不能阻止机鼻下坠。很快他就把操纵杆拉到了头，飞机仍在俯冲，这让他冷汗直流，无计可施！

T-45“苍鹰”舰载教练机

万磁王

　　20世纪80年代，上面这个问题对美国麦道和英国航宇公司的T-45“苍鹰”项目构成了重大威胁，如果无法解决，项目将不可避免地被取消。此前，为了取代老旧的北美T-2C“橡树”和道格拉斯TA-4“天鹰”教练机，美国海军发起了雄心勃勃的VTX-TS舰载教练机项目，最后选中的英国航宇“鹰”式教练机的舰载改型。

BAE“鹰”式教练机的高置垂尾设计并不适合上舰，强行修改就导致的“鬼怪俯冲”问题

万磁王

鬼怪俯冲
　　“鹰”式教练机想要上舰，就必须增加一个拦阻钩，修改并强化起落架设计，增高垂尾以增强低速操控性，此外还有其他一些细节改装。这些改装不可避免地带来了一些空气动力学副作用，其中大部分问题能被轻易解决，只剩下一个最严重的问题，也就是文章开始描述的这个现象。

T-45“苍鹰”三面图，与“鹰”T.1相比改动非常大，所以也带来了很多研制难题，所以说修改原始设计要慎之又慎

万磁王

　　这个问题被称为“鬼怪俯冲”，因为麦道公司在研制F-4“鬼怪”战斗机时曾遭遇类似问题。F-4已经解决了这个问题，但解决方法却不适用于T-45“苍鹰”。那么“鬼怪俯冲”的起因到底是什么，“鬼怪”的解决方案又是什么呢？

越南上空俯冲投弹的F-4B，该机在研制早期也曾遭遇鬼怪俯冲问题

万磁王

　　或许是因为“鬼怪俯冲”这个名字听起来够惊悚，所以多年以来已经有好几个不同的空气动力学问题以此冠名了。
　　20世纪50年代末，F-4“鬼怪”战斗机在试飞中暴露出平尾会在起飞和降落进近的低速状态下失速的问题。由于“鬼怪”的平尾安装位置较高，在飞机处于低速大迎角姿态时，平尾被机翼的下洗气流遮挡，增大了平尾流场的局部迎角，再加上F-4的全动平尾的面积相对较小，翼型较薄，所以很容易发生平尾失速，于是平尾无法产生足够的向下的配平力矩，导致飞机进入“鬼怪俯冲”。

1958年4月，麦克唐纳圣路易斯工厂内已经装配完毕的首架F4H-1原型机142259

万磁王

　　虽然麦道设计师在设计该机时就意识到了平尾被主翼遮挡的问题，把平尾大幅下反，让平尾在大迎角下部分面积伸出在机翼下洗气流外，但这并不足以解决失速问题。最后设计师在平尾前缘上表面增加一条固定缝翼，正好与传统缝翼的安装方式相反，当平尾下偏时经过缝翼的气流叫加速流过平尾下表面，从而增加了平尾配平力矩，推迟了失速，完美解决了“鬼怪俯冲”问题。

广泛在机翼前缘和平尾前缘增加缝翼的F-4E被称为“缝翼狂魔”

万磁王

　　其实F-4不是第一种遭受“鬼怪俯冲”问题困扰的飞机。早在50年代初，英国格罗斯特公司的“流星”T.7战斗机在试飞中就发现了类似问题，原因是在大迎角状态下，机翼表面减速板张开时产生的湍流致使方向舵和平尾失效，导致飞机突然进入侧倾和俯冲。这个问题从未得到解决，成为该机在英国皇家空军服役期间的一个著名问题。不过这个问题是可被避免的，该机飞行员手册指出在降落高度空速低于170节（315公里/小时）以下时禁止使用减速板，也就是说在放下起落架后就不能再使用减速板了。

“流星”战斗机的减速板

万磁王

　　同样是在20世纪50年代，瑞士皮拉图斯P-3活塞式教练机也遭遇了“鬼怪俯冲”。该机在飞尾旋改出训练时会突然进入陡峭螺旋俯冲，解决方法是增加腹鳍。

皮拉图斯P-3的硕大腹鳍

　　直到20世纪80年代后期，“鬼怪俯冲”仍然在兴风作浪。1988年5月30日，皇家空军最后一架适航的“流星”T.7——WF791在考文垂航展因陷入“鬼怪俯冲”而机毁人亡。
　　几年后，新生的T-45“苍鹰”又落入“鬼怪俯冲”的魔掌，那么“苍鹰”的解决方案又是什么呢？

万磁王

“苍鹰”的问题
　　1981年11月，美国海军选中英国航宇的“鹰”式教练机的舰载型作为其新一代舰载教练机，因为该机具有卓越的飞行特性、成熟的设计和极低的耗油率。但谁知到在T-45“苍鹰”失速试飞期间，该机一片光明的前景被“鬼怪俯冲”的阴影所笼罩。

1988年麦道工厂里正在组装的第一架T-45原型机（BuNo 162787）

万磁王

　　失速试飞的标准程序是，试飞员在襟翼放下50度、起落架收起的状态下持续降低空速、增加迎角直到飞机开始失速，这是为了确定起落架引起的升力系数损失。失速发生后，试飞员要先向前推杆降低机鼻进入俯冲，然后按照标准操作改出。但此时当试飞员向后拉杆时，飞机却仍在继续俯冲，即使拉杆到底也无济于事。最后在到达襟翼极限速度200节（370公里/小时）前，试飞员收起了襟翼，飞机却自动改出了。
　　英国航宇准确判断T-45的“鬼怪俯冲”是平尾失效导致的。众所周知，常规布局静态稳定飞机在飞行过程中机翼产生升力，平尾产生向下配平力矩或负升力，如果失去了平尾的配平，那么飞机就会变得头重脚轻，一头载向地面。由于T-45的平尾高置，所以很容易受到机翼下洗气流的干扰。

在常规布局静态稳定飞机上，失去平尾的向下配平力矩，飞机就自然进入俯冲

对于静不稳定飞机来说，由于重心在升力中心之后，所以尾翼要产生升力才能配平