AA82276761 2014-12-23 01:17
“颱風”的誕生
本文描述了歐洲戰鬥機的研製過程中所經歷的艱辛而曲折的歷程。在研製“颱風”戰鬥機的歷程中，4 個國家必須互相妥協以達成共同要求，並且4 家公司也必須尋求一種技術和商業方案，以可承受的價格來製造這種極具挑戰性的戰鬥機。他們要在極其困難的條件下研製一種飛機。
歐洲戰鬥機研製合同簽訂後不久，不料政治風雲突變，蘇聯解體，德國統一，導致各國軍隊預算嚴重削減。另外，幾乎全球範圍內出現了經濟危機，對有些國家影響到至今，結果各國國內航空市場萎縮。所有公司都面臨嚴重的經濟壓力，一些工廠減員停工，許多工廠合併，今天的公司與8 年前簽訂研製合同的公司已大不相同。1992 年，歐洲戰鬥機公司遇到更大的困難，當時德國政府極力要求退出該項目。
儘管該項目經歷了許多困難，也經過多次的檢驗，但今天我們能夠保證提供一種有前途的高性能飛機。
更令人欣喜的是，它不僅僅是一種技術產品，也是歐洲技術與歐洲合作的的里程碑。
溯源
70 年代未，幾個西歐國家建立合作，想研製一種通用戰鬥機以對付俄國第3 代和第4 代戰鬥機。到1983 年12 月，5 個國家（意大利、法國、德國、西班牙、英國）協調了他們各自的要求，推出“歐洲集團目標綱要（OEST）”。歐洲戰鬥機公司做了適當的預先可行性研究，於1984 年10 月推出了“歐洲集團目標（EST）”協議。
1985 年8 月，法國退出該方案研製他們的ACX 戰鬥機，最後成為“陣風”戰鬥機。其餘4 國以詳細的“歐洲集團要求“（ESR-European Staff Requirement）為依據，繼續進行方案研究，最後4 國集團領導於1987 年9 月簽署了“歐洲集團要求”作為“歐洲集團研製要求（ ESR-DEuropean staff requirement for development）”。1988 年1 月取得研製許可並於同年11 月簽定了有關研製合同。
歐洲戰鬥機將具備超視距（BVR）空戰性能和近距纏鬥性能。另外武器系統還可以適應大範圍的空對地任務。這種作戰的靈活性無疑使歐洲戰鬥機成為代替參與國家一些現役機種（如F-4“幽靈”、“幻象”、F-104“星”、“美洲虎”）的合適機種。
系統自動化能分擔飛行員的工作量，因而歐洲戰鬥機武器系統僅需一名飛行員操縱。少數雙座型將用作教練機，但它們同樣具備完全的單飛行員操作的能力。
歐洲戰鬥機的主要目標之一是以最小的壽命週期獲得高的可用率。“主要研製合同”（MDC）中同樣也強調作戰要求和可靠性、維修性及測試性的支持情況。
初始方案研究
為了確定研製飛機的具體規範，在提出具體要求的同時，各國國內和各國之間進行了防空研究和空中戰鬥模擬，從中得到相關的知識並確立基本原理和指導思想，研製一種高效經濟的防空和空戰戰鬥機。這種研究包括：
．進攻與防禦對抗空中系統
．地對空與空對空系統
．質量與數量
．有人飛機與遙控飛行器
戰鬥模擬包括：
．中距（超視距）
．短距（視距內）
．武器效能、航空電子持久性
得出的結果是：
．空襲不可取代防空。成功的防空系統必須由多種戰鬥機、地對空飛彈和槍砲組成。
．防空系統中，有人戰鬥機是唯一真正的靈活武器。
．數量不能取代質量並且不能產生顯著的機隊效能。
．良好的超音速飛行性能非常重要（具備4g的持續轉彎角速度），武器/航空電子可以提高飛機的性能標準。
．良好的雷達性能與低可見性同等重要。
．在未來戰場上大量使用遙控飛行器的話、地面站和作戰要求所固有的複雜性使遙控飛行器的費用至少與具有
一定靈活性的有人飛機的費用一樣。
．短距空中戰鬥的主要特點是高度的失穩機動、快速改變載荷因子、瞄準時間短、低速時有較小的包線空間。
鑑於此背景，確定了關鍵德300~400kg/m ²低翼載和0.9~1.2的高推重比。這種構形的目的在於獲得高度的靈活性和機動性，在採用矢量發動機時甚至可以超過失速攻角。
有趣的是在純三角翼或帶邊條的梯形翼的大量初始方案研究後，所有歐洲國家都建議採用三角翼鴨式佈局，該方案最初應用在瑞典Saab 公司的“雷”式戰鬥機上。雖然在翼面、進氣道位置、前翼連接和尾翼設計上存在細節上的差異，但所有公司都認為三角翼鴨式佈局可能是滿足挑戰要求的最佳選擇。
鴨式佈局
三角翼具備許多氣動、結構和佈局上的優勢。由於翼根弦長很大，提供了很大的絕對機翼厚度和長細比，從而減小了超音速時的阻力。同時機翼結構更輕且具有更高的體積效益，可以最大程度地裝載燃油，又提高了超音速任務性能和戰鬥持久性。另一方面，大機翼還減小了外掛物不良的氣動作用並方便了它們的排列。
鴨式佈局可以獲得更好的飛機機動性。英國或俄國對水平尾翼前置佈局所做的飛行表演證明：這種飛機也具有良好的機動性，是最佳的整體綜合設計方案。前翼渦流與機翼氣流的相互作用增加的總升力，比它們各自升力產生的升力之和還大。這種作用有利於提高瞬時轉彎角速度。另外同種渦流的相互作用有利於展向氣動載荷分佈，使外側機翼載荷減小，從而減小了機翼的彎曲力矩和結構質量。我們的早期研究表明：除三角翼的優勢外，三角翼鴨式佈局的飛機比帶水平尾翼的三角翼佈局的飛機更短、更緊湊、更輕。這些僅是它的一部分優勢。但是這種佈局也有不利的一面。前翼干擾了機翼氣流，增大了機翼本身的氣動非流線性特性，前翼還可能產生了其它的不利因素。這要求進行更多的氣動研究和測試以便了解複雜的氣流機理，盡可能多地保留其優點，減少其缺點。
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MBB 公司進行鴨式佈局風洞測試
飛機被設計成亞音速飛行中，相對於橫軸是氣動不穩定的，需要通過使用數字式四餘度飛行控制系統進行人工增穩。非穩定設計的基本原理是氣動中心在重心前方，這樣為了達到配平，需要襟翼下偏。與升力作用於重心之後的穩態飛機比較，這種方法顯著減小了升力引起的配平阻力。隨著升力增加，襟翼必須向更下方偏轉以便平衡抬頭力矩。前緣襟翼可進一步加大機翼彎度，也由飛行控制系統控制並隨攻角的加大而下偏。因而，持續和瞬時轉彎角速度比穩態設計的更好。
雖然超音速飛行時，飛機是氣動穩定的，但壓力中心仍比亞音速穩態設計的更靠前。從而，減小配平阻力和更好的轉彎性能的優勢在超音速飛行中仍然保持。但是，人工的穩定作用要求在飛行控制系統的設計、控制律的設計和最後的試飛方面作很大的努力。
對前翼位置和前翼機翼耦合最大的影響是進氣道佈局的選擇。1983 年到1985 年間，在與達索航空公司的聯合研究中作了許多嘗試，“陣風”上採用的肋部進氣道無法安排如歐洲戰鬥機上採用的長距離耦合前翼，因為此時的前翼會改變進氣道的氣流。而如果將陣風的短距離耦合前翼與歐洲戰鬥機的機腹進氣道相結合，則會對跨音速時和超音速時的阻力產生不利的橫截面分佈。
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達梭ACX 方案中採用了短距離耦合鴨翼佈局
為歐洲戰鬥機選擇的機腹進氣道位置是關鍵的佈局特點。從氣動的觀點來看，這種進氣道在中高攻角時甚至是帶側滑時具有優勢。在超出最大升力攻角的情況下，發動機的氣流質量仍很好。因此我們不需要再安裝導流片或採用其它的氣流修正措施。進氣道前方的機身略微下傾，可以起到預壓縮作用，與進氣道結合提供了良好的壓力恢復值，有利於高音速時獲得良好的發動機性能。
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進氣道前方的機身略微下傾，可以起到預壓縮作用
對這種進氣道佈局最初的主要顧慮是一台發動機發生故障後可能對另一台發動機產生影響。在對EAP 和EFA 進行最終試驗後，消除了顧慮，而且證明：發動機與進氣道匹配良好。
國際合作團隊
第一個3 國聯合工程隊是由“陣風”的3 個合作公司AIT（現為阿萊尼亞公司）、英國航太公司BAe 和MBB 公司（現為DASA 公司）於1979 年9 月組成的。而各家公司最初仍在作戰性能上強調的重點不同，例如，德國強調一種簡單的空戰戰鬥機，英國要求重在對地攻擊性能，研究得出ECF（European Combat Fighter），以MBB 公司推薦的TKF 為基礎，採用三角翼鴨式佈局和機腹進氣道。聯合研究後，各國又分開進行工作，英國航太公司研究了P110，而MBB 公司繼續研究TKF。
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ECF 三面圖
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BAe 的P.110 全尺寸模型
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MBB 提出的TKF90 輕型戰鬥機想像圖
1980 年到1981 年盡力把法國拉進該項目開始研究ECA（European Combat Aircraft），最後沒有得出結果構形圖，卻保留了三角翼鴨式佈局，法國也喜歡這種佈局。
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ECA 模型
雖然取得了相對高度的技術一致，法國方面卻克服不了政治上的障礙，主要因為法國要求建立一種由法國管理的方案，而其它國家都不接受。
這次合作失敗後，原3 家“狂風”合作公司重新於1982 年合作，提出了ACA（Agile Combat Aircraft）方案。該方案的特點是：曲折前緣三角翼，帶一個長距離耦合前翼、機腹進氣道和兩個垂尾。
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BAe 的ACA 全尺寸模型
此時英國航太公司BAe 及時放棄了一些應用於P110 研究中的戰鬥轟炸機特性，如短距離耦合前翼，側邊進氣道和較高的翼載。
這裡值得提及的是，方案中MBB 公司堅持一種矢量噴管選型。但是由於政府不支持，MBB 公司只得退出ACA 方案而BAe 和AIT 繼續幹他們的EAP（Experimental Aircraft Programme）。為了節省時間和費用，EAP借用了“狂風”的單垂尾，而不是原先計劃的雙垂尾。EAP 於1986 年首飛，對歐洲戰鬥機方案起到了極大作用。
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採用“狂風”垂尾的EAP 驗證機
回溯1983 年，法、德、意、英及西班牙5 國空軍聚會協調其要求。同年11 月，他們通過了“歐洲集團目標綱要（OEST）”，是1984 年形成的“歐洲集團目標”的基礎。同年，5 國開始進行首次工業研究包括新發動機的概念性研究。1985 年8 月完成了該研究，當時4 國支持一種方案，即EFA，歐洲戰鬥機。而法國喜歡以ACX 為基準的佈局。
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1983 年，OEST 效果圖
ACX 是法國國內項目，後成為“陣風”。這樣，5 國合作項目再度夭折，由於出現了與ECA 研究中相同的問題，即法國沒能領導項目組織。另一個原因是他們覺得，如果自已做會取得更好的出口機會和利益。
1985年8月，達成著名的“都靈協議”，德、意和英國的航空軍械處處長同意進行一種9.75噸、翼面積50m ²，每台發動機推力為90kN的製空戰鬥機的概念性研究。法國退出後，西班牙仍未確定是否加入。焦急地等了幾週後，他們欣喜地從報上得知：西班牙政府總理菲利普·岡薩雷斯透露他們決定加入EFA項目。
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1985 年，EFA 效果圖
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颱風戰鬥機最終外形三面圖
外形的細化和確定
都靈協議後幾年做了許多研究和權衡工作並於1988 年初確定了EF2000 的外形。嚴格的質量限制與所有其它性能要求一起使4 家公司不得不與客戶緊密聯繫，評估基本的和詳細的設計特點。這裡僅給出一些情況，以下列出的每種情況的前者是最後的選擇。
翼面、前緣為直線或曲線；
密封裝置縫翼或前緣襟翼；
機翼安裝起落架或機身安裝起落架；
單垂尾或雙垂尾（1985年前已作了基礎研究）；
固定垂尾或全動垂尾；
兩側進氣道或機頭進氣道；
曲線形或梯形進氣道；
發動機噴管，收斂發散形或收斂形噴管；
減速板位置：機身上部（駕駛艙後），翼下、後機身、翼尖吊艙裝置；
雷達罩形狀：圓形或橢圓形。
研究中包括以下方面的細節優化：
機翼襟翼形狀，尺寸和襟翼內外側展向分開的位置優化以獲得良好的氣動控制並使有關機翼氣動彈性變形的襟翼鉸鏈力矩最小。
翼身連接、機翼彎度、發動機/後機身傾斜，以獲得最佳零俯仰力矩。
發動機循環比較評定。
有時，這些研究非常乏味，因為存在大量相互作用的界面和整體的複雜性，這是整體優化“綜合”設計的典型特點。如果一種特性改變，許多其它區域會受影響，需要豐富的經驗區分重要的和不重要的因素，在時間和費用的約束下有效地獲得最佳方法。
在項目以後的進展過程中，有幾次對基本方案提出了疑問，我們還是確信外形選擇和設計是良好的，有競爭力的，而且4 家公司所做的工作是值得的。現在的飛行測試結果表明：它已經滿足甚至超過了我們開始對飛機操縱性和性能的預測。
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颱風DA1 原型機
結構與材料
EFA 的結構設計要以盡可能小的質量滿足設計要求。設計提供了足夠大的靜強度和疲勞壽命，滿足飛機飛行6000h 的壽命中由諸如機動，地面操縱和環境效應等產生的靜載荷和動載荷。設計中進行了飛機結構剛度和質量的優化，確保了氣彈穩定性（包括顫振和與FCS 的結構耦合）。另外，設計提供了防止環境影響（如鳥撞、腐蝕、雷擊）的保護措施並使戰鬥毀壞後的結構快速修復。
低質量設計法也可利用FCS（飛行控制系統）和其它飛機系統進行“無憂慮”操縱飛機，保證控制任何可能的過度操縱。這樣，對於由飛機系統控制的過載運動來說，可能使最大安全係數從1.5 降到1.4。飛機的疲勞設計可採用結構模型性能方面的重大改進，結果3 倍於飛機壽命的安全係數代替了“狂風”的4 倍於飛機壽命的安全係數。這種方法已在多數飛機疲勞測試中（MAFT）得以證實，這已表明：研究中在同一點上獲得了比“狂風”飛機更為成熟的技術。
設計中最大強度/質量比高的現代材料使全機質量最小、機身機翼和垂尾外部蒙皮大多采用碳纖維複合材料（CFC）固態壓板或蜂窩夾心板。根據EAP 項目中獲得的經驗，機翼蒙皮的粘接可減小重量，減小費用、縮短生產時間，前翼和外側襟翼是由超塑成形（SPF）鈦材料製成的，獲得了質量輕、結構完整的結構。另外，應用這種材料具有良好的抗衝擊性和抵抗由導彈噴流引起的高溫性能
起初，設計中計劃使用大量的鋁理合金，這種合金可以進行超塑成形（SPF），剛度/質量比大。但是，後來證明這些材料板不能耐受衝擊力，所以現在大多從設計中取消。
結果，研製項目〔即接近完成結構試驗項目）已表明歐洲戰鬥機項目已獲得最小質量，滿足了結構要求並為飛機的生產奠定了堅實的基礎。