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為何YF-23至今令人難以忘懷?設計獨特布局科幻

雖然諾斯羅普/麥道公司的YF-23在先進戰術戰鬥機(ATF)競爭中落敗,但這種外形優美的戰鬥機原型機至今仍被航空迷津津樂道......


諾斯羅普/麥道團隊的YF-23A的體形比F-15大,這是因為更大航程要求帶來的大內油設計。機身融合了隱身外形和氣動效率,希望能在降低雷達反射面積的同時不影響性能。YF-23A比洛克希德的YF-22A更修長,從尾翼到座艙前部的主承重機身結構比YF-22A長了2.13米。從側面看,YF-23A的輪廓讓人想起了洛克希德的SR-71,從其他角度看,給人的總體印象是設計師把又長又高的前機身裝在了兩個間距很大的發動機艙之間。機身縱向截面積變化非常平滑,最大限度降低了跨音速和超音速阻力。前機身是修形雙梯形截面,一個倒扣在另一個之上,後部融入一個圓形截面並消失在後機身。兩個平行發動機艙上半部分突出於機身表面,截面呈梯形並平滑融入機翼。前機身布置了座艙、前起落架、航電艙和彈艙。YF-23的發動機艙明顯大於計劃中的F-23生產型,這是因為在設計時考慮了安裝反推裝置。


梯形進氣口位於兩側機翼下方,機翼前緣形成進氣口的上唇。這是一個簡單的固定幾何形狀二波系進氣口,把進氣口布置在機翼下方而不是機身兩側的優點是可以取消附面層隔板設計,只使用多孔面板就行吸除機翼下表面形成的薄附面層,再從機翼上方排出。吸入式輔助進氣門設置在發動機艙頂部,用於在起飛或低速飛行時向發動機提供額外空氣。進氣道不僅向上彎曲,還向內彎曲,對於入射雷達波完全屏蔽了發動機壓氣機正面。


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前機身是修形雙梯形截面,一個倒扣在另一個之上,後部融入一個圓形截面並消失在後機身



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有了設計B-2的經驗,諾斯羅普在YF-23A的隱身設計上駕輕就熟



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從其他角度看,給人的總體印象是設計師把又長又高的前機身裝在了兩個間距很大的發動機艙之間


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只使用多孔面板就行吸除機翼下表面形成的薄附面層,再從機翼上方排出



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YF-23A頂視圖上的所有主要邊緣都互相平行,這已經成為隱身設計的指導原則之一


YF-23A的機翼前緣後掠40度,後緣前掠40度,從頂部看機翼呈菱形。YF-23A頂視圖上的所有主要邊緣都互相平行,這已經成為隱身設計的指導原則之一。機翼結構厚度大,翼盒內有足夠空間用於裝油,相對厚度較薄,無上下反角。


機翼前緣襟翼的長度大約佔展長的三分之二,後緣內側是襟翼,外側是副翼。YF-23A與YF-22A一樣沒有減速板。


後機身全動V尾間隔距離很遠,V尾外傾50度以避免在前視圖和頂視圖上形成銳角或直角。全動尾翼繞著一根軸轉動,前後緣在頂視圖上平行於主翼。全動外傾平尾能在除正上方和後方的其他角度上屏蔽發動機排氣。

諾斯洛普沒有為YF-23A安裝推力矢量噴管,這不僅是為了降低重量,還有助於實現更好的全向隱身性能,特別是後半球。YF-23的所有操控都通過氣動控制面進行,V尾同時提供俯仰、滾轉和偏航控制,機翼後緣的襟翼和副翼提供滾轉和增升控制,也可作為減速板和方向舵使用。在直線減速時,飛控系統會讓副翼向上偏轉襟翼向下偏轉,產生阻力的同時不會導致姿態變化,一側機翼減速則可提供偏航控制。



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在直線減速時,飛控系統會讓副翼向上偏轉襟翼向下偏轉,產生阻力的同時不會導致姿態變化



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YF119發動機,這是YF-22A安裝的型號,因而具有矢量噴管



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YF-23A安裝的YF120發動機



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YF-23A沒有推力矢量噴管,單膨脹斜坡噴管位於後機身上方很靠前的位置。噴管頂部是一個可動折板,底部是彎曲的固定斜坡



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F-23生產型的尾噴管結構


前機身兩側的折邊能在大攻角中保持飛機的俯仰和偏航穩定性,折邊還能在大攻角中拉出的脫體渦流過機翼上表面,不僅能增加升力,也能作為虛擬翼刀穩定機翼表面氣流。計算機研究表明YF-23A的轉彎性能會比三代機好,而且沒有操縱限制。


YF-23A的座艙後方有一個空中加油插座。YF-23A和YF-22A一樣也採用線傳飛控系統,飛行計算機根據飛行員的操縱輸入來控制控制翼面的偏轉。


主起落架向後收入發動機旁的翼根處,前起落架向前收入前機身下方。


座艙配備了ACES II彈射座椅,蛤殼式座艙蓋向後方打開,採用單片式無框風擋,風擋後有一個寬視場平顯。


第一架YF-23A安裝兩台普惠YF119發動機,第二架安裝兩台通用電氣YF120發動機。YF119和YF120都採用反向旋轉的低涵道比雙轉子結構,高低壓壓氣機都是整體葉盤結構。


通用電氣的YF120發動機是一種變循環發動機,在亞音速時以渦扇模式運行,在超音速時以渦噴模式運行。低壓轉子由兩級風扇和一級低壓渦輪組成,發動機本身配備有三重數字控制單元。YF120的零件數量比F110少了40%。


普惠的YF119是一種具有先進燃油控制和管理系統的傳統渦扇發動機,低壓轉子由三級風扇和一級低壓渦輪組成,高壓轉子由六級高壓壓氣機和一級高壓渦輪組成。風扇出口導向葉片被鑄造無支架導向葉片的一個整體組成部分,在二元收斂擴散噴管之前還有一排可變距冷卻導向葉片。


機身後緣同樣遵循對齊原則,一個具有鋸齒後緣的船尾甲板結構不僅填補了V尾之間的空間,還把發動機排氣系統融入低雷達反射面積外形結構中。與YF-22A不同的是,YF-23A沒有推力矢量噴管,單膨脹斜坡噴管位於後機身上方很靠前的位置。噴管頂部是一個可動折板,底部是彎曲的固定斜坡。發動機排氣通過後機身船尾甲板的「隧道」或「壕溝」排出,這些溝槽表面貼有耐熱材料,可快速冷卻發動機排氣,降低紅外輻射。



為何YF-23至今令人難以忘懷?設計獨特布局科幻



一個具有鋸齒後緣的船尾甲板結構不僅填補了V尾之間的空間,還把發動機排氣系統融入低雷達反射面積外形結構中



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這些溝槽表面貼有耐熱材料,可快速冷卻發動機排氣,降低紅外輻射



為何YF-23至今令人難以忘懷?設計獨特布局科幻



在前起落架艙後方布置了寬敞的彈艙,可容納4枚AIM-120先進中程空空導彈



為何YF-23至今令人難以忘懷?設計獨特布局科幻



生產型F-23會加長前機身,在主彈艙前方再增加一個用於容納兩枚AIM-9「響尾蛇」或先進近距空空導彈(ASRAAM)的小彈艙



為何YF-23至今令人難以忘懷?設計獨特布局科幻



生產型F-23(紅線)的外形變化



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YF-23的座艙


為了追求隱身性能,YF-23A把所有武器都內置。前機身底部平坦,在前起落架艙後方布置了寬敞的彈艙,可容納4枚AIM-120先進中程空空導彈。彈艙門打開後,掛在伸縮掛架上的導彈伸出到氣流中,然後導彈下落點火,艙門立即關閉,最大限度縮短暴露時間,降低被敵人發現的可能性。生產型F-23會加長前機身,在主彈艙前方再增加一個用於容納兩枚AIM-9「響尾蛇」或先進近距空空導彈(ASRAAM)的小彈艙。此外,F-23還會再主彈艙上方的機身右上方安裝一門20毫米M61「火神」機炮。


兩架YF-23A更像是驗證機而不是原型機。為了省錢,主起落架組件修改自F-18「大黃蜂」戰鬥機,前起落架和座艙來自F-15,座艙沒有安裝大屏幕顯示器。美國空軍放棄反推裝置後,諾斯羅普也沒有重新設計後機身,使原型機的後機身比生產型更寬更深。原型機也沒有安裝雷達,沒有生產型飛機的任何複雜航電。不過諾斯羅普/麥道團隊使用威斯汀豪斯公司的BAC-111試飛了一套完整原型航電系統。雖然諾斯羅普不打算用YF-23A做大攻角試飛,也不會發射任何導彈,但NASA蘭利風洞的試驗表明這架飛機可以做尾沖機動,不存在攻角限制,除彈倉門開啟狀態下,能在任何尾旋中自行改出。


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