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F-16XL战斗机

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F-16XL
在1984年，F-16XL與F-15E為兩款參與競逐「提升型戰術戰鬥機」（Enhanced Tactical Fighter，ETF）計畫的機型。
概觀
類型試驗機
戰鬥轟炸機
第四代多用途戰機
乘員1人/2人
首飛1982年7月3日
生產通用動力公司（General Dynamics）
主要用戶美国 美國空軍
美国 美國國家航空暨太空總署（NASA）
衍生自F-16戰隼戰鬥機
技术数据
長度16.51米（54.2英尺）
翼展10.44米（34.3英尺）
高度5.36米（17.6英尺）
翼面積60.0米2（平方米）;646英尺2（平方英尺）
空重9,980公斤（22,000磅）
正常起飛重量21,800公斤（48,100磅）
最大起飞重量21,800公斤（48,100磅）
發動機通用電氣航空 F110-GE-100渦輪扇發動機
軍用推力: 76.3千牛頓（17,200磅力）
最大推力: 125千牛頓（28,000磅力）
性能數據
最大速度2.05馬赫（1,560.47英里每小時；2,511.34公里每小時）
巡航速度600英里每小時（970公里每小時）
爬升率320米/秒 ; 62,000英呎/分鐘
實用升限15,000米（49,000英尺）
最大航程4,590公里（2,850英里）
武器装备
機炮1門M61A2火神式20毫米機炮
导弹空对空导弹：
AIM-7「麻雀」中程空对空导弹
AIM-120“AMRAAM”先进中程空对空导弹
AIM-9響尾蛇短程空對空飛彈
炸彈共17個翼下及機腹掛點，總外掛可達6,800公斤（15,000磅）

Mk 80系列低阻力自由落體航空炸彈
“JDAM”联合直接攻击弹药
GBU-39小直徑炸彈
等
其他適型油箱
LANTIRN「藍盾」夜間低空導航暨紅外線瞄準夾艙

通用動力F-16XL戰鬥機（英語：General Dynamics F-16XL）是1980年2月通用動力自資進行的「超音速巡航和機動」計劃（Supersonic Cruise and Maneuvering Program, SCAMP）改進計劃，由美國空軍提供了2架F-16 A/B作為改裝，進行了F-16 三角箭形機翼(箭簇)布局的試驗，F-16XL的機身長度較標準的F-16多了142cm，機翼面積較F-16擴大120%，淨重較F-16A增加1300kg，機身油箱容量增加了82%，外掛點增為27個，所以得到外號（炸彈卡車）。

開發經歷

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F-16XL隨後參與美國空軍的「提升型戰術戰鬥機」（Enhanced Tactical Fighter，ETF）計畫，作為強化對地攻擊能力的打擊戰鬥機候選機型，但是最後敗給了由F-15B提升的F-15E打擊鷹式戰鬥轟炸機。之後，F-16XL的發展計劃遭到擱置，已完成的原型機則被轉往美國國家航空暨太空總署進行航空學的研究。

阿拉伯聯合大公國採購F-16時，洛克希德馬丁公司曾計劃以F-16XL的設計為基礎，開發F-16 Block60，但由於設計風險過高，最後F-16 Block60還是繼續沿用F-16傳統外型設計，並搭配CFTs適型油箱延伸戰機打擊半徑。

試驗結果

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經試驗證明，三角箭形機翼的佈局能夠保持F-16原有的亞音速飛行性能，還可進一步改進超音速和低速大迎角性能的空間，並更好地兼顧了戰機的總體性能。雖然三角翼對提升F-16的高速飛行性能、增加彈藥攜帶量和延伸作戰半徑有正面作用，但在升降階段，機頭的上揚角度增大，對著陸的操作技術要求較高。 通用動力 F-16XL' 是F-16 戰隼的衍生型，採用曲箭三角翼設計。該機於1981年參與美國空軍（USAF）的增強型戰術戰鬥機（ETF）競標，但敗給F-15E 打擊鷹。兩架原型機在競標結束後被封存，直至1988年移交給NASA進行進一步的航空學研究。兩架飛機均於2009年完全退役，並存放於愛德華空軍基地；其中一架現已對外展示。

發展

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SCAMP

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在贏得輕型戰鬥機合約後不久，通用動力沃斯堡分部便開始研究可能的F-16衍生型，目標是在保持與F-16A零件共通性的同時，提升空對空與空對地任務能力。[1]在哈里·希萊克（原F-16設計師）的領導下，啟動了「超音速巡航與機動原型機」（SCAMP）計畫。團隊考慮了幾種機翼設計，包括前掠翼，但最終採用了大型「曲箭」翼（類似薩博 35 龍式戰鬥機的設計）[註 1]，因為它在超音速速度下具有更高的升阻比。[2]

該公司與NASA的蘭利研究中心密切合作，[3]並投入了大量研發資金進行風洞測試。經過數年的設計改良，最終F-16XL的設計於1980年底定型。[4]

增強型戰術戰鬥機競標

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F-16XL與傳統F-16的俯視比較

1980年，美國空軍作為合作夥伴加入，[5]提供了第三架[註 2]與第五架[註 3]生產型F-16的機身進行改裝。這兩架機身成為了F-16XL僅有的兩架實機。[6]

1981年3月，美國空軍宣布增強型戰術戰鬥機（ETF）計畫，旨在尋求F-111 土豚的替代機型。[7]該概念設想一種能夠深入敵境執行阻絕任務，且無需戰鬥機護航或電子干擾支援的飛機。通用動力提交了F-16XL，而麥道則提交了F-15 鷹式戰鬥機的衍生型。儘管兩款飛機競爭相同的任務角色，但它們的設計途徑有相當大的差異。F-15E僅需對其基礎F-15B或D型進行極少的修改，而F-16XL則與原始F-16在結構和空氣動力學上有重大差異。[8]因此，F-16XL投入量產所需的人力、時間和成本要高得多。[9]此外，F-15E擁有兩具發動機，這使其具備更高的最大起飛重量以及在發動機故障時的冗餘能力。[9][註 4]

1984年2月，美國空軍將ETF合約授予麥道。[10][11][12] 兩架F-16XL隨後歸還空軍，並存放在愛德華空軍基地。[13]若通用動力贏得競標，F-16XL將以F-16E/F（E為單座，F為雙座）的名義投入量產。[14]

設計

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F-16XL左下方視角。該機掛載了兩枚翼尖AIM-9 響尾蛇飛彈、四枚半埋入機身的AIM-120 AMRAAM飛彈，以及十二枚Mark 82 500磅炸彈。

基本F-16A的機翼和後水平控制面被替換為面積比原始機翼大115%的曲箭三角翼。[15]大量使用石墨-雙馬來醯亞胺複合材料節省了595磅（270公斤）的重量，[16]但F-16XL-1和XL-2分別比原始F-16A重了4,100磅（1,900公斤）和5,600磅（2,500公斤）。[17][註 5]

較不明顯的改變是機身在主機身次組件接合處增加了兩個截面，使機身延長了56英寸（140厘米）。[15]由於採用了新的機翼設計，尾翼組件必須上翹3.16°，[18]並移除腹鰭，以防止其在起飛和降落時觸及跑道。[19]F-16XL-2還配備了更大的進氣道，該進氣道後來也被用於後續的F-16衍生型。[20]

這些修改使得超音速飛行時的升阻比提升了25%，[21]同時在次音速飛行時表現相當，[22]並且據報導該機在高速度和低空域下操控平順。[23]這些擴增使內部燃油容量增加了4,350磅（1,970公斤），約65%。[15][註 6] F-16XL可攜帶兩倍於F-16A的彈藥，並將其投送至50%更遠的距離。[26]擴大的機翼和增強的掛架允許高度可配置的有效載荷：[27]

16個 1,000磅（450公斤） 翼下掛點

5個 2,000磅（910公斤） 翼下掛點

4個機身下半埋式AIM-120 AMRAAM掛架[註 7]

2個翼尖掛架

1個機身中線掛架[註 8]

2個機翼「重載/濕式」掛架[註 9]

2個機首下方LANTIRN莢艙掛架

NASA測試

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NASA F-16XL #2進行層流研究
NASA測試期間使用了被動與主動吸氣式氣動手套

1988年，兩架飛機被移交給NASA 艾姆斯-德萊頓飛行研究機構，用於高速民用運輸機（HSCT）計畫的超音速層流研究。[28]由於其曲箭翼以及高速、高空能力，F-16XL被認為是這些測試的理想選擇。[29]這些測試由NASA和業界團隊[註 10]進行，旨在實現機翼上的層流、驗證計算流體力學（CFD）設計方法，並測試主動吸氣系統。[30]這些測試涉及安裝被動或主動吸氣式氣動手套。主動吸氣手套旨在超音速飛行時吸除機翼上的紊流氣流，恢復層流並減少阻力。[31][32][33]NASA蘭利研究中心負責開發和協調F-16XL的實驗。[34]

F-16XL-1在左翼安裝了主動吸氣式氣動手套。[35]該手套由北美航空設計和製造，其上以每平方英寸2500個（每平方公分約388個）的均勻間距分佈著雷射切割的孔洞，孔徑標稱0.0025英寸（0.064毫米）。[35]吸氣由安裝在原本20毫米機炮彈藥艙位置的康維爾880空調渦輪壓縮機提供。[31][35]該手套覆蓋了超過5平方英尺（0.46平方米）的機翼面積。總體而言，F-16XL-1從1990年5月至1992年9月為這些測試完成了31次試飛。[32]之後，它被用於測試起飛性能、發動機噪音和音爆現象。[36]

F-16XL-2的發動機被更換為更強大的通用電氣 F110-129。[12][37]它在ETF測試中從未達成的F-16XL設計目標之一——有限超音速巡航——在換裝發動機後得以實現，該機在20,000英尺（6,100米）高度以全軍用推力達到馬赫1.1。[38]它在右翼安裝了被動氣動手套，在左翼安裝了主動吸氣式氣動手套。[32]被動手套裝有儀器，用於測量機翼上的氣流特性。[39]主動吸氣式氣動手套由波音設計和製造，採用鈦合金材料，擁有超過1200萬個雷射切割孔，每個孔徑0.0025英寸（0.064毫米），間距在0.010至0.055英寸（0.025至0.140厘米）之間。[40][31][41]吸氣由安裝在原本20毫米機炮彈藥箱位置的波音707客艙增壓渦輪壓縮機提供，排氣口位於右翼上方。[42][32][33]整體而言，F-16XL-2從1995年10月至1996年11月執行了45次試飛。[43][31]

儘管在超音速下實現層流方面取得了「重大進展」，但兩架飛機均未在預期的速度和高度達到所需的層流特性。[44][45][46]儘管如此，NASA官員認為測試計畫是成功的。[32]NASA曾短暫考慮使用圖波列夫 Tu-144以更接近高速民用運輸機來繼續超音速層流研究，但因預算有限而放棄。[47]

在1999年測試計畫結束時，兩架F-16XL都被封存在NASA德萊頓。[12]2007年，波音和NASA研究了將F-16XL-1恢復飛行狀態並升級許多美國空軍F-16 Block 40的改進項目，以進一步測試音爆緩解技術的可行性。[48] F-16XL-1在德萊頓進行了滑行測試和系統檢查。[48]然而，兩架F-16XL最終於2009年退役，並存放在愛德華空軍基地。[49]

展示機

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75-0747 – 空軍飛行測試中心博物館飛機公園，愛德華空軍基地，加州[50]

75-0749 – 存放於空軍飛行測試中心博物館，愛德華空軍基地，加州[50]

F-16XL諸元

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F-16XL 三視圖
Lasers illuminate airflow over a model F-16XL in a NASA wind tunnel


参考资料：Darling,[51] F-16.net,[52] Piccirillo[53]

基本資訊

  • 機組：One (XL #1) or Two (XL #2)
  • 長度：54英尺2英寸（16.51米）
  • 翼展：32英尺5英寸（9.88米）(34英尺3英寸（10.44米） with an AIM-9 on the wingtip mount)[54]
  • 高度：17英尺7英寸（5.36米）
  • 機翼面積：663平方英尺（61.6平方米）
  • 空重：21,157磅（9,597公斤）[17]
  • 總重：48,000磅（21,772公斤）
  • 最大起飛重量：48,000磅（21,772公斤）
  • 发动机：1台General Electric F110-GE-100turbofan，17,100磅力（76千牛頓）推力 干推力，28,900磅力（129千牛頓） 带后燃器

性能

  • 最大速度：1,346英里每小時；2,167公里每小時（1,170節）[註 11]
  • 最大速度：2.0馬赫
  • 航程：2,285英里（1,986海里；3,677公里）(longest achieved through October 1985[57])
  • 轉場行程：2,580英里（2,242海里；4,152公里）(with 2x 600美制加侖（2,300公升） drop tanks[25])
  • 升限：55,000英尺（17,000米）[55]
  • 爬升率：62,000英尺每分鐘（310米每秒）[52]

武器

  • 機槍：1 × 20 mm M61 Vulcan rotary cannon[註 12]
  • 外挂点：17 pylons 挂载能力up to 16,000磅（7,300公斤） of payload (Note: stations 2–5 and 13–16 were split into groups, similar to the F-15E)，

參考

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引用

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  1. ^ Piccirillo 2014，第7頁: "這些研究旨在延伸航程與載彈量、擴展基本任務，並開發該機的先進版本或衍生構型。重要的是，這些設計旨在同時提升空對空與空對地能力，同時盡可能保留與基本F-16設計的最大共通性。"
  2. ^ 2.0 2.1 Piccirillo 2014，第7-10頁.
  3. ^ Chambers 2000，第156-158頁.
  4. ^ Piccirillo 2014，第34-35, 69-70頁.
  5. ^ Piccirillo 2014，Chapter 3.
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Piccirillo 2014，第76–77頁
  7. ^ Piccirillo 2014，第149頁.
  8. ^ Piccirillo 2014，第159頁: "...F-16E需要對基本F-16機身進行重大修改。... 政府審計署認為F-15E所需的修改不如F-16E那般重大，主要包括機翼結構修改和加強的起落架。"
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 Piccirillo 2014，第156–157頁
  10. ^ Piccirillo 2014，第161頁.
  11. ^ February 24, 1984: F-15 Became the Air Force's New Dual-Role Fighter. www.aftc.af.mil. Air Force Flight Test Center. 24 February 2021 [8 March 2023]. （原始内容存档于8 March 2023）. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Walton, Bill. The F-16XL: This Advanced F-16 Variant Lost Out To The F-15E Strike Eagle, But Was It Better?. Avgeekery.com. 2017-11-11 [2023-02-12]. （原始内容存档于2023-02-12） （美国英语）. 
  13. ^ Piccirillo 2014，第169頁.
  14. ^ Piccirillo 2014，第143頁.
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 15.3 Piccirillo 2014，第69頁
  16. ^ Piccirillo 2014，第74頁.
  17. ^ 17.0 17.1 17.2 Piccirillo 2014，第60–61頁
  18. ^ Piccirillo 2014，第78頁.
  19. ^ Piccirillo 2014，第75頁.
  20. ^ Piccirillo 2014，第83-84頁.
  21. ^ Piccirillo 2014，第116頁: "當速度接近馬赫1.0時，F-16XL的巡航效率相對提升，在馬赫1.4時，F-16XL的升阻比比F-16C高出25%。"
  22. ^ Piccirillo 2014，第9頁: "...曲箭翼、前翼三角翼和基本F-16在次音速下的升阻比本質上相等..."
  23. ^ F. Clifton Berry Jr. The Revolutionary Evolution of the F-16XL. Air & Space Forces Magazine. [21 February 2023]. （原始内容存档于12 February 2023）. 
  24. ^ Piccirillo 2014，第84頁.
  25. ^ 25.0 25.1 Piccirillo 2014，第116頁.
  26. ^ Piccirillo 2014，第291頁.
  27. ^ 27.0 27.1 27.2 27.3 Piccirillo 2014，第85–87頁
  28. ^ Piccirillo 2014，第183-184頁.
  29. ^ Anders & Fischer 1999，第5頁.
  30. ^ 30.0 30.1 Anders & Fischer 1999，第2頁.
  31. ^ 31.0 31.1 31.2 31.3 31.4 Piccirillo 2014，第183–187頁
  32. ^ 32.0 32.1 32.2 32.3 32.4 NASA - NASA Dryden Technology Facts - F-16XL Supersonic Laminar Flow. www.nasa.gov. NASA. [4 March 2023]. （原始内容存档于4 March 2023） （英语）. 
  33. ^ 33.0 33.1 Anderson & Bohn-Meyer 1992，第2-3頁.
  34. ^ Past Projects: F-16XL Ship #2 Supersonic Laminar Flow Control. NASA. 10 May 2017 [5 March 2023]. （原始内容存档于26 November 2022）. 
  35. ^ 35.0 35.1 35.2 Piccirillo 2014，第199-202頁.
  36. ^ Piccirillo 2014，第184頁.
  37. ^ Piccirillo 2014，第202頁.
  38. ^ Piccirillo 2014，第202頁: "F-16XL-2也能展示有限的超音速巡航性能，在20,000英尺高度以全軍用推力維持馬赫1.1，無需使用後燃器。"
  39. ^ Piccirillo 2014，第206頁.
  40. ^ Piccirillo 2014，第209-210頁.
  41. ^ Anders & Fischer 1999，第12頁.
  42. ^ Piccirillo 2014，第211-214頁.
  43. ^ Anders & Fischer 1999，第23頁.
  44. ^ Piccirillo 2014，第226-227頁.
  45. ^ Anderson & Bohn-Meyer 1992，第4-5頁.
  46. ^ Anders & Fischer 1999，第40-42頁.
  47. ^ Piccirillo 2014，第227-228頁.
  48. ^ 48.0 48.1 Piccirillo 2014，第281–283頁
  49. ^ F-16XL (Ship #1). NASA Armstrong Flight Research Center. April 19, 2011 [January 31, 2021]. （原始内容存档于June 19, 2016）. 
  50. ^ 50.0 50.1 Aircraft Inventory List. The Flight Test Museum Foundation. [6 March 2023]. （原始内容存档于18 March 2023）. 
  51. ^ Darling 2003，第63, 64, 69頁.
  52. ^ 52.0 52.1 F-16 XL, Cranked-Arrow Wing, F-16, [18 April 2009], （原始内容存档于22 April 2009） .
  53. ^ Piccirillo 2014，Chapter 4: Design and Construction Details.
  54. ^ Piccirillo 2014，第71頁.
  55. ^ 55.0 55.1 Piccirillo 2014，第203頁.
  56. ^ Piccirillo 2014，第123頁.
  57. ^ Piccirillo 2014，第303頁.

註釋

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  1. ^ 「曲箭」三角翼構型起源於龍式戰鬥機，SCAMP計畫期間通用動力工程師曾對其進行研究。[2]
  2. ^ 序號75-0747；後來成為F-16XL-2；該機於1980年10月的一次航展事故中嚴重受損[6]
  3. ^ 序號75-0749；後來成為F-16XL-1[6]
  4. ^ F-16E的最大起飛重量估計為48,000磅（22,000公斤），而F-15E為80,000磅（36,000公斤）。[9]
  5. ^ 乾重：XL-1為19,690磅（8,930公斤）；XL-2為21,157磅（9,597公斤）；F-16A為15,586磅（7,070公斤）。[17]
  6. ^ 約略低於11,300磅（5,100公斤），[24][25]相比之下F-16A為6,950磅（3,150公斤）。[15]
  7. ^ 由於AIM-120飛彈尚未整合至標準F-16，F-16XL飛行展示機上的半埋式飛彈掛架安裝的是用木材和金屬板製作的假AIM-120；要整合半埋式飛彈艙及其彈射掛架需要另外的開發和整合工作。[27]
  8. ^ 用於掛載一個300加侖副油箱。[27]
  9. ^ 可掛載2個600加侖副油箱或4件空對地武器，但兩者無法同時掛載。[27]
  10. ^ NASA團隊包括艾姆斯-德萊頓飛行研究機構和蘭利研究中心；業界合作夥伴為波音、麥道和羅克韋爾國際。[30]
  11. ^ Mach 2.0 was only achieved during the supersonic laminar flow tests from around 1990–1992;[55] maximum speed prior had been limited to Mach 1.95, though faster speeds were likely possible.[56]
  12. ^ Ammunition bay was removed in 1991–1992 and replaced with a turbocompressor to provide suction for the aerodynamic glove tests[31]

參考書目

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相關條目

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