飞行中的优雅 ： F - 16XL 实验原型的全面历史及其在 NASA 飞行研究中的作用

Albert C. Piccirillo Albert C. Piccirillo 国会图书馆在出版物中编目数据艾伯特 · 皮奇略飞行中的优雅 ： F - 16XL 实验原型的全面历史及其在 NASA 飞行研究中的作用 / Albert C. Piccirillo 。页面厘米包括书目参考和索引。1. F - 16 （ 喷气式战斗机 ） 2. 战斗机 - 美国。 3. 飞机 ， 军事 - 美国 - 原型。 4. 美国。美国国家航空航天局 - 研究。一。标题。UG1242. F5P53 2015 623.74 '64 -- dc232014039182美国国家航空航天局版权所有 © 2014 。本卷中表达的观点是作者的观点 ， 不一定反映美国政府或美国国家航空航天局的官方立场。本出版物可在以下网站免费下载美国国家航空航天局华盛顿特区 目录3作者奉献v前言vii第一章 ： 实验原型与超音速战斗..............................................................................................1第 2 章 ： 从 SCAMP 到 F - 16XL ： 合作Development............................................................23第 3 章飞行演示程序Planning...............................................................................................55第 4 章 ： 设计与施工详细信息................................................................................................69第 5 章第一次飞行和初次飞行Testing...................................................................................95第 6 章 ： 综合飞行测试组织 ， 目标和计划 107 第 7 章 ： 双角色战斗机Competition......149第 8 章 NASA 超音速层流Research........................................................................................179第 9 章 F - 16XL SLFC 研究的细节Effort.................................................................................193第 10 章其他 NASA F - 16XL 飞行研究努力............................................................................235第 11 章最终研究选择和退休................................................................................................281第 12 章 ： 总结和Observations...........................................................................................287附录 A ： F - 16XL 首次飞行Certificate................................................................................299附录 B ： F - 16XL 武器分离日志............................................................................................300附录 C ： 截至 10 月 1 日的 F - 16XL 飞行测试活动 ，1985...............................................303附录 D ： F - 16XL 飞行试验目标已完成..............................................................................306附录 E ： F - 16XL 试飞Logs...................................................................................................309附录 F ： F - 16XL VIP航班.....................................................................................................358 4飞行中的优雅附录 G ： NASA 技术就绪级别 362附录 H ： F - 16XL 飞行研究 ： NASA SLFC 计划和总体 365附录 I ： F - 16XL - 1 DFCS 处理质量的试点评级 375附录 J ： 首字母缩略词、缩写、命名和符号 384Acknowledgments394参考书目396关于作者431索引433 奉献5为了纪念我的母亲伊娃 · 波特 · 皮奇略 ，为了她坚定不移的爱和支持。 6由通用动力试飞员詹姆斯 · 麦金尼驾驶的第一架 F - 16XL 首次试飞在德克萨斯州乡村上空。 （ 洛克希德 · 马丁 ） 前言71982 年 7 月 3 日，美国有史以来最优雅的战斗机之一登上了德克萨斯州沃思堡的天空。基于拉伸的 F - 16 机身和高度定制的曲柄箭翼的组合，F - 16XL 最初是通用动力公司 （ GD ） 的一项举措。GD 认识到，空军越来越多地将标准 F - 16 用于执行该飞机从未打算执行的多用途任务。该飞机最初被设计为轻型空战战斗机，其任务越来越频繁地执行地面攻击任务。F - 16 远非该角色的最佳选择。空对地军械和相关瞄准传感器施加的重量和阻力惩罚严重降低了其速度和射程能力。与大型飞机相比，该飞机可携带的武器数量也受到严重限制。GD 计划最初被称为超音速巡航和机动原型 （ SCAMP ），还旨在解决空军对超音速作战能力的新兴兴趣。通过独立开发一种实验原型机，该原型机可以廉价地验证跨音速 / 超音速巡航和机动性的概念以及改进的空对地能力，GD 希望空军对支持本质上是新型飞机的开发和生产感兴趣，但与基本的 F - 16 有很多共同点。GD 非常了解美国国家航空航天局 （ NASA ） 基于使用曲柄箭翼飞机的超音速运输和战斗机研究工作。在 YF - 16 轻型战斗机技术演示程序和随后的 F - 16 全面开发计划中，GD 和 NASA 建立了高效的工作关系。事实证明，这种安排在快速有效地解决与 F - 16 有关的许多非常困难的技术问题方面非常有效。基于这些成功，GD 与 NASA 建立了 SCAMP 研究的安排，该安排非常有效，以至于可以真正说明 F - 16XL 原型配置在许多重要方面是与 NASA 联合研究工作的直接结果。同时，该公司能够获得空军的支持和飞行演示计划的部分资金。早期，这演变成与飞机的竞争性评估。 8飞行中的优雅空军高层领导真正想要的是一种空对地版本的 F - 15 鹰空中优势战斗机，称为 F - 15E 。通用动力公司试图说服空军，F - 16XL 的生产变体是标准 F - 16 的补充，不需要与更大的 F - 15 竞争。然而，国会指示，这些飞机中只有一架得到生产资金，就像空军所说的双角色战斗机 （ DRF ） 一样。其他复杂因素是 F - 117 隐形攻击机的持续和秘密开发和生产以及新兴的先进战术战斗机 （ ATF ） 计划，该计划于 1983 财政年度首次资助。ATF 专注于开发具有高机动性和全方位隐身能力的超音速巡航空中优势战斗机。F - 117 和 ATF 在空军中都享有极高的优先级。空军对 F - 16XL 的飞行测试评估是在 1982 - 1983 年期间进行的。它基于组合测试力 （ CTF ） 方法，该方法类似于在 YF - 16 评估期间非常成功地使用的方法。在这一概念下，由一个飞行测试小组进行了开发和运营公用事业类型测试的组合，该小组包括军事和承包商参与测试工作的几乎所有方面。在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的 F - 16XL 飞行测试计划进展迅速，在 1983 年 5 月 15 日第一阶段测试结束时完成了 369 次飞行。在评估过程中，F - 16XL 展示了许多出色的能力。它的射程，有效载荷和超音速性能优于标准 F - 16，但如果不使用加力燃烧机，它就无法超音速巡航。此外, 起飞和着陆距离比期望的要长, 并且尽管飞机表现出突出的自旋阻力和恢复特性, 但在测试结束时仍有大量飞行控制问题有待解决。此外，相对较低的推力重量比，再加上低纵横比高掠机翼产生的高诱导阻力，导致在持续的亚音速高加速度重力 （ g ） 机动飞行过程中空速迅速损失。空军 DRF 源选择中使用了竞争飞机和其他信息来源的飞行测试评估结果，包括计算机化战争游戏的结果。F - 15E 于 1984 年 1 月被选中生产。根据相互竞争的计划和预算选择，空军理性地选择为 F - 15E，F - 117 和 ATF 提供资金，最终在 1985 年中期终止了 F - 16XL 的开发。为有限的持续飞行测试提供了资金，其中大部分用于评估通用电气 F110 涡轮风扇发动机，该发动机一直持续到 1985 年 10 月。到那时，两个 F - 16XL 原型机都具有 - 。他们之间总共安排了近 800 架次。 9前言在 20 世纪 90 年代，NASA 正在推行一项涉及许多方面的复杂的高速研究 （ HSR ） 计划。其中之一是超音速层流控制 （ SLFC ） 功能在高度扫掠的曲柄箭翼上的潜在应用。该概念是提出一种飞行模型，以降低在高速民用运输 （ HSCT ） 的设计，开发和生产中使用 SLFC 技术的技术风险。F - 16XL 具有与 HSCT 候选人非常相似的曲柄箭翼平面形状，提供了作为 SLFC 测试台的独特机会。因此，NASA 安排将这两架飞机从德克萨斯州沃思堡的通用动力工厂的仓库转移到德莱登飞行研究中心。F - 16XL 将在 1990 年代用于一系列与 HSR 相关的测试项目，其中 SLFC 研究是最具挑战性和高可见度的。F - 16XL - 2 出于 SLFC 研究的目的进行了高度修改，在此期间，它证明了该概念在技术上是可行的。然而，在大型民用客机上使用层流技术存在技术和实际操作问题。例如, 制造包含数百万个激光钻孔的主动吸力翼面板被飞机工业认为是不切实际和经济上不可行的。NASA F - 16XL 计划甚至在整个 HSCT 计划于 1999 年终止之前就结束了。随后 NASA 对 F - 16XL 的实验产生了大量的技术数据和报告，这些数据和报告被非常有效地用于推进空气动力学，声学和音爆现象的计算机建模。特别是，F - 16XL 曲柄箭头翼空气动力学计划 （ CAWAP ） 是了解高度扫掠机翼上的涡流的主要贡献者。CAWAP 和 SLFC 项目为美国和国际航空航天界的计算流体动力学 （ CFD ） 功能以及相关设计工具和方法的开发和验证做出了重大贡献。本书的目的是全面讨论 F - 16XL开发及其飞行测试。在许多方面，F - 16XL 的发展既是美