短距起降黑科技,YC-14和YC-15 AMST运输机
作者:Armstrong
来自空军之翼
当洛克希德YC-130“大力神”运输机在1954年8月23日首飞时,没人会相信该机的升级型号在60多年后仍在服役。在战术空运领域,没有其他飞机可以比肩长寿的“大力神”。但很少有人知道,美国空军早在20世纪70年代初就启动了“大力神”后继机计划,意图用喷气式运输机来取代这种速度缓慢的螺旋桨运输机。
首飞中的YC-130
但是最终,C-130系列运输机还是凭借多用途性和相对低廉的价格,击败了波音YC-14和麦道YC-15(“Y”表示“服役测试原型机”)喷气式运输机,笑到了最后。
在设计上各具千秋的YC-14和YC-15
YC-14和YC-15是参加美国空军AMST(先进中型短距起降运输机)竞争的两个对手,为了满足军方的苛刻要求,两者采用了截然不同的创新气动布局和短距起降黑科技,虽然最后都没有战胜“大力神”,但为后来的运输机留下了宝贵的设计遗产。
“大力神”后继机
1972年1月24日,美国空军发布了一份方案征求书(RFP),向美国航空航天业内的精英公司征求“大力神”后继机设计。到3月31日,贝尔、波音、费尔柴尔德、洛克希德和麦道公司提交了各自的最初方案。11月10日,美国空军完成深入评估后,宣布波音和麦道的设计入围。1973年初,两家公司被授予初步设计合同,随后又各自获得了制造和试飞两架原型机的合同。虽然美国空军在合同中对性能指标的规定并不是非常具体,但非常苛刻。具体来说,两家制造商都需要制造出一种能装12.2吨货物从600米跑道起飞并飞行740公里的喷气式运输机。
洛克希德提出了LG-203X方案,通过发动机舱两侧的矢量喷管提供直接升力
贝尔提交的AMST方案,赫然就是C-130的双发喷气型
大胆创新的波音YC-14双发方案
中规中矩的麦道YC-15四发方案
麦道YC-15空射弹道导弹想象图
“大力神”在越南的实战表明该机1090米的起飞滑跑距离超出了多数前线机场跑道的长度,为了缩短起飞距离,C-130必须采用“非标准”技术(如火箭助推起飞),可能会牺牲安全性。所以,美国空军要求AMST的短距起降性能要比“大力神”大幅提高75%,最大载荷要比C-130H增加约2.7吨。航程一开始不做过高要求,但生产型的航程必须大大超过C-130。最后一点,要保证较低的研发成本,所以波音公司只获得了9520万美元,麦道是8900万美元。所有这些对两家公司来说都是一个极大挑战,公司的工程师们开始绞尽脑汁。
C-130火箭助推起飞(RATO)
1975年8月26日,麦道公司在竞争中暂时处于领先地位,涂着美国空军军事空运司令部标记的YC-15原型机72-1875首飞成功,领先波音YC-14将近12个月。1975年12月,第二架YC-15 72-1876也开始试飞。
刚出厂还未来得及涂装的YC-15
首飞中的YC-15原型机72-1875
吹气襟翼
YC-15一开始安装4台普惠JT8D-17涡扇发动机,总推力达29吨。从一开始,YC-15的发动机挂架为模块式设计,适应不同直径的涡扇发动机。这是一个很实用的设计,让麦道能在美国空军提高要求后为原型机换装推力更大的发动机。YC-15的机翼前缘后掠角5.9度,采用NASA超临界翼型,外部吹气襟翼(EBF)的长度占据机翼后缘的四分之三。吹气襟翼在展开时相当壮观,双缝襟翼能把部分发动机喷气偏折向下,从而产生直接升力。剩余喷气则通过开缝流过襟翼上表面,通过康达效应在上表面产生比飞行速度更快的气流来进一步增加升力。
YC-15的外部吹气襟翼,襟翼要直接面对高温高速气流的冲涮,对材料的要求很高。YC-15在装载150名士兵或36.7吨的货物时,能在572米长度之内的跑道上起降
在当时的宣传材料中,麦道把这种襟翼设计描述成“YC-15优秀短距起降性能的关键设计”。与“其他更复杂的推进升力概念相比,YC-15的4发EBF系统具有更少的襟翼和铰链连接部件。”麦道还称赞EBF“在大大简化气动设计的同时保持相同或更好的巡航和短距起降性能……具有优秀的单发故障手动控制裕度”,还“降低了复杂性,只需更少冗余飞控增强系统。”
外部吹气襟翼(EBF)示意图
麦道还重点宣传了C-15生产型的作战能力,特别是在简易跑道的起降能力。发动机的短距降落全反推装置不仅能用于降落滑跑减速,还能让YC-15倒退进入停机位。在野战机场快速装卸货物时,4台发动机也可开反推,在保持发动机不熄火的同时让地面作业不受发动机喷气影响,简单粗暴但的确有效。
麦道规划的C-15生产型家族
共享组件
为了控制YC-15的成本,该机采用大量现有麦道飞机组件,包括DC-10客机的驾驶舱和DC-8客机的前起落架,主起落架则来自洛克希德C-141运输机。当然,YC-15的机身是全新设计的,只有这样才能容纳当时美国陆军90%的军用作战车辆。
随后的测试验证了YC-15装载美国陆军各种地面系统的能力,包括26吨的155毫米自行榴弹炮,MICV(机械化步兵战斗车,布雷德利战车的前身)和10米长的清障车。
第二架YC-15原型机在测试装载MICV步兵战车
这是装载AH-1武装直升机
到1976年中期,YC-15已经完成了初步试飞,就在即将与YC-14展开正面交锋时,美国空军发布了修订后的AMST性能指标,要求该机有效载荷增加到17.2吨,续航力超过4800公里。为此麦道不得不对YC-15进行修改,把72-1875的翼展从33.63米增加到40.41米,并把左翼外侧发动机更换成推力更大的CFM56-2,单台推力增加到9.9吨。由于这些修改,72-1875于1977年2月16日开始重新试飞,使麦道失去了首发优势。
换装CFM56-2发动机的YC-15 72-1875
YC-15 72-1876在1976年范保罗航展上进行了精彩的飞行表演。在这次国际首秀后,该机也接受了改装,不过左翼外侧发动机换成了8.4吨推力的普惠JT8D-209。72-1876在1977年3月4日做了改装后的首飞。
与F-15和F-14一起参加1976年范保罗航展的YC-15
换装JT8D-209发动机的YC-15 72-1876
波音与康达
巧合的是,空气动力学先驱亨利·康达在1972年美国空军授予首份AMST合同的15天后逝世,他的突破性发现之一——“康达效应”正是波音YC-14使用的关键技术。出生于罗马尼亚布加勒斯特的康达发现当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时,只要物体表面曲率不是太大,流体就会顺着物体表面流动。康达发明的康达-1910双翼机在动力系统上就利用这种效应,被誉为“最早的喷气式飞机”。波音在YC-14上利用了康达效应,并获得了无可争议的成功。
亨利·康达
康达效应最直观的勺子试验
当1975年夏末YC-15试飞突飞猛进时,YC-14仍在波音发展中心内制造,这是由于美国国会减少拨款所致。最后首架YC-14原型机72-1873号裸露着金属蒙皮在1976年8月9日首飞,很快第二架涂有暗色迷彩的72-1874号原型机也开始试飞。YC-14安装两台通用电气的CF6-500涡扇发动机,总推力49.9吨。发动机舱前伸出机翼前缘,喷管置于机翼上表面,襟翼下偏时,喷流会在康达效应的作用下顺着襟翼向下流动,产生直接升力。
接近完工的YC-14原型机
首飞中的YC-14
波音在1977年5月出版的两页杂志广告中全面解释了这种“上表面吹气”(USB)技术:“上表面吹气是一种基于康达效应的技术。在波音YC-14上,发动机喷流就是流体,机翼和襟翼组件就是弯曲表面。在USB操作期间,发动机之后的襟翼下偏到接近垂直的90度,从而在康达效应的作用下把发动机喷流向下偏转产生垂直升力。这种技术能使一架波音727大小的飞机在装载12吨货物后以每小时160公里的速度降落在一条600米的跑道上。YC-14只安装两台发动机,降低了制造和运营成本。YC-14还选择了经过验证的涡扇发动机,避免产生额外的发动机研发成本。上表面吹气是一项富于创新、合乎逻辑、高效经济的短距起降技术,YC-14是世界上唯一采用该技术的飞机。”
上表面吹气技术示意图
YC-14的主襟翼可下偏到接近垂直的位置
针锋相对
1976年11月,两个竞争对手在爱德华兹空军基地开始了直接对比试飞,重型设备的运输能力是一项关键。YC-14证明了自己可以运输一辆49.5吨的M60“巴顿”主战坦克,是12.2吨有效载荷要求的四倍!但美国空军战略思想的调整对整个AMST项目产生了威胁,1976年早些时候,美国空军参谋长大卫·琼斯要求研究AMST是否可以兼顾战术和战略空运任务,如果不行,那么YC-14/YC-15能否降低短距起降能力而变身为战略运输机?由于参谋长的要求过于不切实际,所以答案都是“不能”。
与YC-15同场展示的波音YC-14
能运输一辆M60“巴顿”主战坦克的YC-14
空中加油测试中的YC-15 2号原型机
航展明星
1977年5月下旬,YC-14
72-1874和YC-15 72-1875成为米尔登霍空军基地的热门景观,两架飞机在这里进行了惊人的飞行表演。在6月4日至11日的巴黎航展上,两架飞机在表演中做了极短距离起降、陡峭爬升和低速操控性演示,波音的YC-14被评价为“对罗马尼亚航空工程师亨利·康达的理论令人信服的证明”。当年晚些时候,在美国空军结束了AMST试飞后,波音公司向军方租用了两架YC-14原型机继续试飞,民用注册号分别是N8740和N8730B。
YC-14表演极短距离起飞
开启反推后,YC-14强劲发动机形成的“龙卷风”给观众留下深刻印象
结局
由于美国空军要求未来运输机必须具备战略运输能力,所以在1979年12月10日终止了AMST项目。军方认为“大力神”在战术空运领域已经足够好,无需再画蛇添足去研制后继机的。YC-14和YC-15被送到戴维斯-蒙森空军基地的飞机坟场存放,这一停就是15年。1997年8月1日波音并购麦道前不久,麦道公司重新启用了YC-15 72-1875以支持C-17研制项目。72-1875在恢复飞行15个月后的1998年7月11日,该机在试飞中左翼外侧发动机出了故障,飞机在紧急降落中受损,由于维修费用过高,所以就此报废。
目前仅存的YC-15 72-1875
目前这架飞机收藏在爱德华兹空军基地的空军飞行试验中心博物馆内,而YC-15 72-1876于2012年3月在飞机坟场被拆除。YC-14 72-1873/N8730B保存在皮马博物馆,其姐妹机仍在坟场。
皮马博物馆的YC-14 72-1873
飞机坟场的YC-14 72-1874
遗产
1979年出现在巴黎航展的苏联安-72运输机被认为是YC-14的缩小仿制品,具有相同的高置发动机、T尾和钝机鼻。安-72已经成为全世界最让人过目不忘的飞机之一,总产量约150架,被誉为是康达效应最成功的应用。
降落后开反推的安-74,该机是安-72的改进型
在AMST接近尾声时,美国空军又启动了寻求C-141运输机的C-X项目。该项目的方案需求书发布于1980年10月,收到四份答复,其中麦道的方案基本上是YC-15的放大型,成为最后的胜利者。C-17“全球霸王III”首飞于1991年9月15日,重新定义了战略空运。
波音的方案仍采用上表面吹气技术,只是改成三发布局
麦道的方案沿用了外部吹气襟翼,与波音相比更接近传统布局,1981年8月28日美国空军宣布麦道获胜
C-17和YC-15的尺寸对比
未经允许不得转载:测试博客 » 短距起降黑科技,YC-14和YC-15 AMST运输机