空战新潮流的引领者,X系列验证机对未来空中战争的影响

工作，其中的X-36便是这一时期的重要项目之一。上世纪80年代，NASA下属的埃姆斯研究中心的军事技术分部开始研究低可探测性战斗机，目的是为国防部主持的量产型战斗机计划提供低可探测性方面的准绳。该部研究了不同的气动布局、材料、动力装置及其他与隐身战机有关的技术，并从中得出结论认为，应该制造缩比验证机对当中的部分技术进行验证。

在上述工作进行的过程中，NASA与几家对该计划感兴趣的飞机制造商开展了合作。其中麦克唐纳一道格拉斯(现在的波音公司)公司提出了一些值得称道的设计，并在技术上取得了重大突破。至1989年，麦道已经与NASA建立起了十分紧密的合作关系，在其后的5年时间里(直至1994年2月)，项目的研究领域被集中少数领域。麦道最后得出结论认为，制造和试飞一架缩比验证机是进行技术探索的最为快捷，同时也是最为经济的途经。

根据麦道取得的研究成果，NASA于1994年决定向其拨款制造代号X-36的验证机。依照最初的研究结果，X-36应是一种相当于全尺寸飞机28％比例的无人验证机，用途是试验无平尾或垂尾飞机的低可探测性。在实机开造之前，NASA和麦道进行了大量风洞实验，对尺寸比例在3％-15％之间的多个模型进行了吹风实验，并对飞机的外形进行了不少的修改，以尽可能的减少飞机的雷达反射截面。

X-16采用了非常规的鸭式布局，机尾没有安装常见的垂直安定面。取消垂尾使飞机的阻力和重量相比常规布局分别下降10％和5％，雷达反射信号也因此缩减不少。机体框架由传统的铝合金材料制作，外部被石墨复合材料制成的蒙皮包裹，发动机尾喷口附近使用了耐高温的钛合金材料。

X-36的机翼相对厚度7％，前后缘的后掠角均为40度。机翼的上反角为5度，机翼有着2.5度的负扭曲角，以避免出现翼尖失速现象，并抵消鸭翼产生的下洗气流。全机共有6个后缘气动控制面和2个前缘襟翼，翼尖处装有阻力式方向舵，以补偿缺少垂直安定面在空气动力学方面产生的不利影响。由于机身采用了边条翼设计，而且会伴随产生涡流，因此设计人员决定为飞机配备鸭翼，以减小飞机在高攻角时的低头力矩不足的缺陷。在飞机每侧机翼后缘安装的3个气动控制面中，外侧的分裂式副翼被分为内外两个部分，以减轻致动器的工作负担，它们在使用中联动，内侧的副翼同时还发挥备份系统的作用。副翼分为kT两个独立部分，它们能同时发挥阻力方向舵和副翼的作用。上下两片翼面分别可在+60－30度和－30－60度的范围内扭转。机翼内侧的气动控制面为负责滚转和俯仰的升降舵，它的扭转角度为－30-+30度。为了在起降时向飞机提供最大升力，所有的后缘气动控制面会在此时向下扭转，鸭翼则会向上扭转，以保持配平和增加升力。

X-36配备了一套先进的数字电传飞控系统，这套系统由现成的货架产品构成。进行飞行测试时，位于地面实验站内的试飞员通过飞机机鼻处的摄像头和一部经过改装的货车对飞机实施遥控。实验站内的设有一个完整的飞机座舱，飞机座舱内的设备6俱全，因此试飞员可以像平时驾驶飞机那样控制X-36。X-36只有一套数据链和高度参考系统，必要时，飞机的自动驾驶仪可以在全球定位系统的导航下自动飞行。

飞机的动力装置是一台威廉姆斯公司制造的F112涡扇发动机，其涵道比为0.8，额定推力700磅。发动机的空气由机体腹部两侧的矩形进气口吸入。麦道在尾喷口处设置了1个空气混合气，以便将发动机的废气温度控制在426-482度间，从而降低飞机红外信号特征。为增强飞机的机动性，埃姆斯研究中心专门为X-36研制了只能向下扭转的推力矢量喷口。

X-36的首机于1995年6月开工制造，次年3月9日正式对外公开亮相。1996年10月27日，X-36开始在爱德华兹的第23号跑道上以86节的速度进行高速滑行测试。在滑行测试顺利结束后，X-36于1997年5月17日在罗杰斯于湖实现首飞。在5月17日至7月29日的第1阶段试飞中，制造商对飞机的飞控软件、地面控制站及数据系统进行了测试。在共计4个飞行小时的8次试飞中，X-36录得2G的机动过载和20度的攻角。

8月6日试飞进入第2阶段，X-36按计划进行了低和高过载机动性测试，飞机要在15度攻角下完成360度滚转及在35度攻角下进行快速翻滚机动。X-36在这一阶段同样表现出色，在22次、10.9小时的试飞中，取得了1级操纵品质、4.8G过载及40度攻角的良好成绩。接下来的第3阶段试飞共完成了31次飞行，目的是让X-36演示低速和高攻角下的机动动作。至1997年11月12日第3阶段试飞告一段落，X－36在给该阶段累计飞行15小时38分钟，最大飞行高度达6156米，过载仍为4G。

在NASA的试飞结束后，美国空军研究实验室与波音签约，决定用两架X-36参加无尾飞机可重组控制(RESTORE)项目。该项目的主旨是利用电脑软件使无人机具备一定的应对突发事件的能力，能在飞行中发生机体或气动控制面受损时，自行根据实际情况作出调整，确保飞机能够继续飞行。RESTORE项目在1998年12月14日和12月18日进行了2次飞行，证明了该软件项目的价值，这两次飞行也是X-36的最后试飞。截至整个x－36项目完结，整个计划共计耗资2000万美元，其中1000万美元由麦道出资。

X-36的试验时间虽然颇为短暂，但却在不多的试飞中完全达到了当初的设计要求，为隐身战斗机的气动设计和机动性设计提供了极有参考价值的数据。而在REsTORE项目中的试飞更具历史意义，它初步验证了无人机的自主飞行控制能力，在这一技术基础上继续研究，日后必将研制出具有完全自主作战能力的智能化无人战斗机。

超高速空天打击平台

前文曾经介绍过，美国很早就开始研究空天飞机技术，并在上世纪80年代和90年代先后提出了X-30和X-33计划，但这两个计划均因技术跨度过大而夭折。1996年10月3日，NAsA公布了旨在探索高超音速飞行和超燃冲压发动机的“超级－X”计划。这是一个为期5年的第1阶段计划，内容是测试一种速度可达马赫5的高超音速飞行器，项目的管理由NASA兰利研究中心负责，测试则在

NASA德莱顿测试中心进行。

项目公布近半年后的1997年3月24日，微型飞机公司被NAsA选中，成为“超级－X”项目承包商，波音及通用应用实验室等公司扮演次级承包商的角色。次年8月27日，NASA将“超级-X”项目正式命名为X-43A。NAsA计划在X-43A基础上，研发一系列高超音速验证机，其中的X-43D预计能达到马赫15这一令人咋舌的速度。2003年2月1日“哥伦比亚”号航天飞机失事后，NAsA对X-43给予了更大的希望，并加快项目的进展速度。2003年秋季，美国空军和国防部先进研究计划局(DARPA)开始以X-43计划的相关资料为基础，接受NAsA提出的建议，打算在2025年左右研制出首架实用化的空天飞机，从而使美国空军获得一种高超音速空天打击平台。

X-43A为全长3.65米、翼展1.52米、重997公斤的无人验证机。飞机的外形呈楔形，发动机位于机体的腹部，由于机体在高速飞行时便能产生足够的升力，X-43A身上几乎看不到明显的机翼，有着浓厚的升力体色彩。X-43A的机体由波音设计，具体制造工作由微型飞行器公司负责，动力装置则是GASL和精准自动仪器公司的产品。

按照NAsA的设想，高超音速飞行器应充分利用大气层中的氧气，减少飞行器的氧化剂携带量，尽最大可能减轻飞行器的起飞重量。同时由于空天飞机作战时要在大气层内外穿梭，飞行速度也在0-马赫25之间，现有的喷气发动机根本无法胜任这样的飞行速度，只有使用先进的超燃冲压发动机加火箭发动机的方式方能满足在大气层内实现如此高速度的飞行，而这种发动机也是X-43计划的重心所在。超然冲压发动机是利用气流进入发动机后减速，使气流提高静压力的一种喷气发动机。这种发动机的运作方式，是利用飞行器在超音速飞行时，气流进入发动机进气道中扩张减速，让气流自行压缩提高压力。气流在压力和温度提升后进入燃烧室与燃料混合燃烧，高温燃气随后经尾喷管膨胀加速，经喷口高速喷出产生巨大的推力。不过，冲压发动机只有达到一定速度后方可启动，因此X-43试飞时被装在一具“飞马”火箭的前段，先在火箭的助推下达到超燃冲压发动机启动速度后再与火箭分离。按NASA设定的试飞程序，X-43A将由NB-52轰炸机携带升空，在预定高度将飞机投下后，助推火箭随即点火，将X-43A送至28500米高空。X-43A将在此高度启动发动机，然后以自身动力达到马赫7的速度。

X-43A的首次试飞于2001年6月2日进行，1号机由NB-52轰炸机携带升空，在澳大利亚附近的太平洋上空7300米高度发射，但飞机刚刚脱离挂架便偏离了预定飞行轨道，操控人员只得下达指令，将X-43A和助推火箭销毁。2004年3月27日，X-43A的2号机由NB-52搭载升空，从加利福尼亚州的爱德华兹空军基地起飞，轰炸机在13752米高度投下飞机。脱离轰炸机5秒后，“飞马座”火箭顺利点火，随后火箭的第二级和第三级也相继点燃，将X-43送至34380米高空，燃料耗尽的助推火箭随即与X-43A分离。X－43A立即启动发动机，仅仅过了10秒，X-43A便到达了马赫7的惊人速度。最后X-43A在高空进行无动力滑翔飞行，并完成了一连串的机动动作以降低飞行速度，最后飞机在6分钟后坠入太平洋，整个试飞过程约10分钟。

X-43A的第三次，也就是最后一次的飞行，在2004年11月16日进行。当天由加州爱德华兹空军基地起飞的NB－52B母机携带着“飞马座”火箭与X-43A升空后，在12192米的高空中点燃火箭，X-43A随后在短暂的冲刺之后达到马赫9.8的飞行速度，飞行高度同时达到35公里远的高空。至此，开局不利的X-43A完成了其历史使命，在高超音速飞行历史上写下了重要一页。

在X-43A进行的同时，NAsA还打算在其基础上研制更为先进的X-43B、C和D型机。其中X-43B是A型的全尺寸版本，它计划采用一台常规喷气发动机或组合循环推进系统作为飞机在中低速飞行时的动力，待飞机速度达到马赫2.5后再启动超燃冲压发动机；X-43C的尺寸稍大于X-43A，主要用途是试验新的燃料；X-43D的构型与X-43A基本相同，但飞行包线拓展至马赫15。按照原定计划X-43C本应在2008年实现首飞，但因预算和技术问题，其首飞的具体时间现在也还没有最后敲定。X-43B和X-43D目前仍处于设计阶段，还未开始实机制造，试飞时间也就无从谈起了。

X-43A的试飞在航空史上占有重要地位，它的成功可以说打开了通向未来空天飞机的大门。它对超燃冲压发动机的验证为未来空天飞机发展指明了发展方向，而该技术在军事上也有着广阔的应用前景。利用X-43A验证的技术，美国未来有望研制出高超音速的空天轰炸机、空天运输机，从而能在极短时间内实现火力和兵力的投放，届时美军的快速反应能力将达到当今人们难以想象的地步。

第六代战斗机的前奏

F-22A“猛禽”战斗机服役后，美国空军的下一代主力战斗机逐渐成为人们的关注重点。而今年公布的《2011-2040财年飞机采购计划》更是明确提出F-22A将在2025年开始退役，并被新一代战斗机取代。研制第六代战斗机已经成为板上钉钉的事情。但实际上早在10年之前，美国就提出过代号X-44的未来战斗机验证机计划，它可以算作是第六代战斗机的一个雏形。

1999年10月，NASA在一次会议上提出在F-22战斗机基础上应用当时最先进的推力矢量技术，研制一种新的验证机。NAsA随后以X-44A的名义将计划向公众披露。该项目得到了NASA的多轴无尾飞机(MANTA)和空军的未来航空技术提升(FATE)项目的资助。按照当时的构想，X-44将完全依靠全向推力矢量喷口来对飞机实施控制，从而将飞机的垂尾、平尾，以及机翼上的所有气动控制面统统取消，将飞机的隐身性能推向极限。

除减小飞机的雷达反射截面外，X-44还将研究如何减轻飞机的重量、提升内载油量、降低飞机的复杂程度、提升航程和机动性，以及降低飞机的购置和使用成本等一系列现代作战飞机研制所急待解决的难题。X-44还准备应用低成本低可探测性数据系统、主动气动弹性机翼、经久耐用的复合材料结构、先进的“小型”进气口、光导管理系统、自适应飞控系统等大量尖端技术。

X-44的机体直接沿用自F-22A“猛禽”战斗机，但将原来的机翼换为大面积三角翼，F-22的平尾和垂尾被取消，而且宽大的机翼上没有任何可动气动控制面。X-44的动力装置为两台F-22上的F119的衍生型，发动机尾部安装了全向推力矢量喷口。

早在1994年，洛克希德一马丁公司就

曾获得空军创新控制致动器(ICE)项目的资助，制造并测试了一具3英尺长的风洞模型。X-44的不少基本特征便是来自这具模型。洛一马还曾设法筹资，以动用F-16XL来充当ICE的全尺寸实验平台，但没能获得成功。按计划，该机将使用一台附有推力矢量喷口的F110-PW-229发动机，飞机的机翼前缘将得到修改，并装上主动前缘襟翼，方向舵和垂尾则将被拆除。此外，飞机的飞控系统及其相关软件也将得到改进。

X-44项目，出台后，并未引起各方太大的兴趣，也没能获得政府方面的大力支持，因而到2000年初便黯然下马，成为纯粹的“纸上飞机”。X-44虽然半途夭折，但它却指出了不少关于未来战斗机设计的思路，而这些设计思想必将在日后第六代战斗机上得到体现，单就这一点来看，X-44项目理应在航空史上占有自身的一席之地。

开启无人攻击机新时代

无人攻击机可以说是当今最为热门的武器之一，其最初的研制工作可以追溯到上世纪50、60年代。但直到最近十多年，随着信息技术和自动控制技术的日臻成熟，无人攻击机才开始走上战争的舞台。上世纪90年代中期，美国的飞机制造商开始进行隐身无人作战飞机的概念研究工作，并在随后数年内取得了不少突破，到2000年时已经完全可以进行验证机的制造工作。随后美国海军开始正式介入无人作战飞机的研制，在2000年年中与波音和诺斯罗普一格鲁曼各签订了一份为期15个月的概念研究合约。然而，就在概念研究合约进行的同时，波音和诺一格就开始以自费方式制造各自的无人作战飞机验证机。波音于2000年9月就完成了两架X-45A首机的制造工作，诺一格则在差不多同一时间开始制造X-45A。

两架X-45A均属于缩比概念验证机，其设计源自波音先前的“扑食鸟”验证机，主要设计用途是验证无人作战飞机的对地攻击和空战防御能力。X-45A机身平面形状呈六边形，后掠主翼位于机身的后部，飞机没有安装平尾和垂尾，机动动作依靠机翼上下表面的扰流片完成。X-45A的动力为一台霍尼维尔F124-G A-100涡扇喷气发动机，其进气口置于飞机的上方。X-45A机身内部有两个武器弹舱，其中一个携带试验设备，另一个则可挂载1枚450公斤的JDAM炸弹或6枚113公斤炸弹。

2002年5月22日，X-45A在爱德华兹空军基地完成了历时14分钟的首飞，X-45A在首飞中达到360公里／小时的飞行速度，飞行高度为2280米。第二架飞机在同年11月完成首飞。2004年4月18日，X-45A在爱德华兹完成首次轰炸试验，8月1日两架X-45A首次同时在同一名地面控制员的操纵下进行了飞行试验。在2005年2月4日的第50次试飞中，地面向X-45A发出实施攻击的指令，飞机随即自行向目标发动攻击，这次攻击刚刚结束后，另一架X-45A又将另外一个带有伪装的模拟目标成功摧毁，初步验证了飞机的自主作战能力。X-45A在历时3年的试飞中取得了很大成功，波音随后在其基础上设计了X-45C。

X-45C的基本布局与X-45A大相径庭，变成典型的飞翼布局。2004年10月国防部高级研究计划局与波音签约，决定制造3架X-45C，其中首机计划在2006年完工。此后的两年时间里，波音曾多次在各大航展上展出X-45c的全尺寸模型。2006年J-UCAS项目因预算问题被取消，X-45c也随之下马，但波音随即在其基础上开发了专供海军使用的X-45N。

至于波音的竞争对手诺一格，它拿出来的X-47A则沿用了公司所擅长的飞翼布局，机身由伯特·鲁坦公司制造的复合材料制成，机腹设有两个弹舱。动力装置是一台普一惠加拿大公司制造的JT15D-5c小型涡扇发动机，其进气口设在机身的前上方。X－47A于2003年2月23日在加州的中国湖海军试验中心首飞成功，后续的试飞主要验证无人机的航母甲板适用性。X-47A的测试在2006年告一段落，诺一格随后在其基础上推出了更好的X-47B无人机。

2003年4月美国国防部发起了“联合无人作战飞机系统”(J－UCAS)项目，试图研制一种能同时满足海空要求的无人作战飞机。此后，由于未被列入2007财年预算，J-UCAS项目被迫在2006年下马。接着美国海军白行提出了海军“无人作战飞机系统”(N-UCAS)计划。这次波音和诺一格在先前设计基础上推出了X-45N和X-47B。

X-45N的设计与前身X-45C大同小异，原计划在2008年11月实现首飞，波音为此做了不少工作。但在2007年8月1日，美国海军宣布X-47B在竞标中获胜，赢得为期6年、价值6.36亿美元的合同，X-45N项目宣告夭折，整个X-45项目也就此划上了休止符。但波音并没有在X-45之后放弃无人作战飞机的研制，先前在X-45上取得的成果也没有白费。波音随后在X-45N基础上以自筹资金方式展开的新式无人作战飞机的研制，成果便是不久前推出的“幻影光”，但这已经是另外一个故事了。

在竞标中获胜的X－47B于2008年12月16日在诺一格公司帕姆戴尔工厂下线。X-47B沿用了当年X－47A的整体气动布局，但外段机翼的设计有所变化，在外形上与X-47A还是存在显著的差别。为节约航母上宝贵的空间，X-47B的机翼外翼段可以向上折起，这样一来，现有航母的升降机可以同时运载3架X-47B，这时其他飞机所做不到的。X-47B没有安装垂尾，滚转和偏航控制依靠机翼外侧上表面的扰流板实现。X-47B的外形尺寸与F／A-18战斗机相仿，其机腹设有两个弹舱，能携带4500磅炸弹。

由于取消了无法长时间执勤的飞行员，X-47B获得了有超长的留空时间。诺一格表示，X-45B可以深入敌方领空1603公里的地区进行长达10小时的盘旋，如果有必要，X-47B还可以通过空中加油将在战场上空巡逻的时间延长至50－100小时。目前无人机连续飞行50小时后就必须接受例行检查，但只需增加滑油携带量，再对飞机稍作改进，就能轻松的实现更长的滞空时间。由于不存在飞行员疲劳问题，在装备X-47B后，美国航母舰载机部队的出击频率有望得到大幅度的提高。

首架X-47B于2009年3-5月开始地面结构静力测试，6月进行了发动机启动和地面滑行测试。按计划，X-47B将在今年12月实现首飞，飞行试验将持续到2013年，航母着舰试验将在2011年年末开始进行。如果试飞能够取得令人满意的结果，在X-47B基础上研制的新一代无人攻击机将在不远的未来翱翔在天空中。

结束语

美国X系列飞行器连载到这一期就要告一段落了，虽然短短五期的内容远远无法概括x系列

验证机60多年的成就，但是即使是从这些有限的内容中，我们仍然能看到战后美国航空技术发展的一些片段，并从中得到不少有益的经验。就笔者看来，美国人在X系列验证机的研制中有以下几点非常值得我们学习和借鉴。

重视技术储备美国之所以能在战后成为世界航空工业的领导者，与其长期重视基础技术的开发有着密不可分的关系。美国历来重视基础领域的研究，航空工业方面也不例外。整个美国拥有大量与航空航天技术有关的科研机构，它们的研究工作往往与具体项目无关，而只是进行短时间内无法看到实际应用成果的基础性研究工作。而以x系列飞行器为代表的试验机承担这着验证这些研究工作成果的任务。经过这些有益的研究，美国不仅积累了丰厚的航空技术储备，更拉大了与其他国家在相关领域的差距。从最近40年的作战飞机研制中看，我们就会发现在研制同一技术水准先进战机时，美国不仅动手比其他国家同行早得多，而且花费的时间要短得多，遇到的困难要少得多，这正是美国具有丰厚技术储备的体现。

政策具有很强的持续性美国在航空技术基础领域的研究很少受政局变动的影响，无论政府如何更替、研究部门的人事发生怎样的变化，研究工作都不会受到太大的影响，从而保证研究不至于半途而废。

严格而有效的管理管理是一个在武器发展中常常被人遗忘的重要因素，但其重要性一点也不亚于技术研究。美国的管理虽然远远算不上完美，但仍不失当今最为出色的管理方式，这一点在x系列飞行器中体现的尤为明显。在验证机的研制过程中，有关方面和承包商对项目管理的严格和细致达到了令人叹为观止的地步，其中尤为值得称道的是对资金使用的管理。美国虽然财大气粗，但对项目资金的使用却有着非常严格而细致的规定。国会下属的责任办公室(GAO，原名总审计署)可以随时对项目资金使用进行审查，并对相关人员展开调查。如果发现重大问题，相关人员不仅将应国会的传唤到国会山接受质询，甚至有可能面临法庭的审判而锒铛入狱，高昂的犯罪成本令相关人员不敢轻易以身试法。在这样的管理体制下，项目负责人想通过巧立开支名目的方式将项目资金中饱私囊是几乎不可能的。

勇敢的献身精神谈到美国在航空航天领域的巨大成就时，人们往往将其简单的归结于雄厚的技术和庞大的资金投入。但实际上，美国航空业能取得今天的成就，与相关人员的献身精神是分不开的。以X系列飞行器为例，这类试验机的产量往往每种只有两三架，但即使是这样，60多年下来，仍有10多名优秀的试飞员在试飞中丧生，如果没有这样的大无畏精神，很难想象美国会长期保持世界头号航空强国的地位。

X系列验证机数十年的发展历程，已经充分证明了试验机在航空技术发展中的重要作用。对于目前正在大力发展航空工业的我国来说，大力研制试验机是成为未来航空强国的必经之路，希望以后我们能尽早见到属于中国的x系列飞行器。

(全文完)

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