08.21 飛機結構漫談（十）軍事頭條網

2019-08-21 06:44:56 輕航之家

F-104，米格-21——第二代戰鬥機的代表

第一代超音速戰鬥機的性能仍然偏低，速度不夠，升限、加速性、爬升率不夠高，武器系統和機載設備相對簡單，因而作戰能力仍有很大不足。為此，50年代後期各國開始發展第二代超音速戰鬥機，強調所謂“高空高速”，在氣動設計上這一代已過渡到頭部尖銳、兩側進氣，在機翼方面，除了增加後掠翼的角度以外，還發展了後掠三角翼，為改善低速性能有的採用了可變後掠翼。這一代飛機也開始採用較薄的超音速翼型。這種翼型前緣尖銳、上下對稱，常見的有菱形翼型、六面形翼型、雙凸翼型。為了達到高空高速的目的，發動機的加力燃燒室成為戰鬥機的必要裝備，而另外一項關鍵性的突破是機身採用面積律的理論來設計。

第二代戰鬥機升限可達20000米以上，最大速度超過兩倍音速。個別的高空截擊機的升限高達30000米，速度超過3倍音速。代表機型包括美國洛克希德公司F-104“戰星”式、麥克唐納公司F-4“鬼怪”式、諾斯羅普公司F-5“自由戰士”；英國“閃電”式；法國的“幻影”Ⅲ和“幻影”F1；瑞典的薩伯-37；前蘇聯的米格-21、米格-23、米格-25和蘇-17。

1952年在NACA的研究備忘錄中，有一篇惠特科姆撰寫的《近音速時機翼/機身結合處零升力阻力特性研究》的文章，對突破音速有重大的影響。惠特科姆根據風洞測試的結果，證明了“面積律”可以降低超音速時的波阻。根據面積律，在飛機上機翼和機身相接合的位置機身的截面積應減小以適配機翼的截面積，對迎面而來的氣流而言，機翼加上機身的總面積必需維持不變，因此機身的外型變成所謂的“可口可樂瓶”的樣子。

康維爾公司的工程師根據該法則重新設計了1953年首飛但性能不佳的F-102“三角劍”戰鬥機，將平直的腰部內縮。帶有蜂腰的F-102A於1954年12月首飛，速度增加了20%，輕易地飛過音速，使得這架飛機能夠突破跨音速階段的阻力限制而擠身超音速飛機之列。“面積律”是噴氣機時代最重要的工程發展項目之一，直到今天幾乎所有的高亞音速或超音速飛機，多多少少都應用了這個法則。

理查德·惠特科姆

F-102A縮腰後大大提高了跨音速性能

1951 年 12 月，洛克希德的設計師凱利·約翰遜會見了不少 F-86“佩刀”的飛行員，聽取他們對未來戰鬥機的意見。出人意料的是，飛行員的回答驚人的一致——戰鬥機重量增大、複雜性增加的趨勢使得飛機越來越難以控制，最理想的飛機應該是比現役戰鬥機更輕、更廉價、速度更快、升限更高、爬升率更大、並具有良好機動性的飛機。由飛行員的回答不難看出米格-15 所造成的巨大沖擊，如果對米格-15 和 F-86 的性能有些瞭解，不難發現其中的微妙之處。兩種飛機性能本在伯仲之間，但米格-15 恰恰是在速度和垂直機動性方面超過了 F-86。實際上，這一衝擊影響極其深遠，幾乎整個世界的第二代超音速戰鬥機都被烙下了“高空高速”的印記。

為了追求高空高速性，洛克希德的F104機身修長，進氣道前有三維激波錐，機翼短小，機翼厚度很薄且前緣銳利，採用T形尾翼，這是第一架能持續飛行於兩倍音速的飛機，成為 60 年代和米格-21、幻影 III 齊名的世界三大標準戰鬥機之一，該機還是第一種曾經同時保持世界高度和速度紀錄的飛機。

因航程短、載彈量小該機並未成為美國空軍的主力戰鬥機。極端追求高速性能的代價就是F104的低速性能很差，由於機翼面積很小，翼載很高，犧牲了飛機的盤旋性能。如果遇到發動機空中熄火或飛機失速，別的飛機能滑翔著陸，而F-104則會馬上變成自由落體式。因為T形尾翼在大迎角失速狀態下效率極低，加上F-104的高翼載等，都將導致失速狀態下的F-104難以機動改出，因此，F104有“寡婦製造機”的別稱。

F-104的機翼前緣如此之薄以至於可以用來切菜

F-104 最重要的意義，不在於它的性能如何，事故率如何，而在於它是噴氣時代第一種“飛行員的戰鬥機”。從設計師凱利·約翰遜會見飛行員的記錄，我們可以發現，那些對尚在醞釀中的 F-104 的要求，其實和後來“戰機黑手黨”對 F-16 的要求並無二致。只是由於當時技術條件的限制，加上對未來空戰形式的判斷，使得 F-104 最終偏向了高空高速，併為此犧牲了盤旋性能。但毫無疑問，最初的 F-104A 就是按照飛行員理想的戰鬥機來設計的。但是，飛行員理想的戰鬥機，並不是軍方理想的戰鬥機。一種輕型的“純”空戰戰鬥機並不符合軍方“高效費比”的要求。

米格-21“魚窩”是前蘇聯米高揚設計局於20世紀50年代初期研製的一種單座單發超音速輕型戰鬥機，是一種設計緊湊、氣動外形良好的輕型單座戰鬥機。該機採用大後掠角切尖三角形機翼、全動後掠水平尾翼、細長機身、機頭進氣道、三維多激波系進氣錐設計,最大平飛速度超過2馬赫，實用升限超過18000米。