X-29
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| 格魯曼X-29 | |
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 飛行中的格魯曼X-29 | |
| 概况 | |
| 类型 | 試驗機 |
| 原产国 |  美国 |
| 制造商 | 格魯曼 |
| 状态 | 退役 |
| 主要用户 |  美國空軍 |
| 制造数量 | 2 |
| 历史 | |
| 首飞 | 1984年12月14日 |
格魯曼 X-29（Grumman X-29）是一架美國實驗機，旨在測試前掠翼、鴨翼控制面及其他新型航空技術。該計劃由NASA、美國空軍與DARPA資助，由格魯曼公司開發，共製造兩架，由 NASA 與美國空軍進行試飛。
X-29 機身的氣動不穩定性必須使用電腦化線傳飛控系統進行控制。複合材料則用於控制前掠翼面臨的氣動彈性發散扭轉，並用以減輕重量。該機於 1984 年首飛，兩架 X-29 進行飛行測試直至 1991 年。[1]
設計與開發
[编辑]格魯曼公司在競標中擊敗以通用動力 F-16 戰隼為基礎的競標方案後，建造了兩架 X-29A。X-29 的設計利用了兩架現有F-5A 自由鬥士機身的機首與前起落架（序號 63-8372 改為 82-0003，序號 65-10573 改為 82-0049）。
控制面致動器與主起落架則來自 F-16。使 X-29 成為可行設計的技術突破是碳纖維複合材料的使用。X-29 的機翼部分由石墨環氧樹脂製成，前掠角超過 33 度；前掠翼概念最早於 40 年前的實驗機容克斯 Ju 287與OKB-1 EF 131上進行測試。格魯曼內部對 X-29 的代號為「Grumman Model 712」或「G-712」。
Gehrs-Pahl, Andreas (编). The X-Planes: From X-1 to X-34. AIS.org. 1995 [1 September 2009]. （原始内容存档于6 May 2001）. [2] Gehrs-Pahl, Andreas (编). The X-Planes: From X-1 to X-34. AIS.org. 1995 [1 September 2009]. （原始内容存档于6 May 2001）.
三氣動力面設計與固有不穩定性
[编辑]X-29 被描述為三氣動力面飛機，配備前翼（鴨翼）、前掠翼與後部邊條翼控制面，[3] 採用三氣動力面縱向控制。 前翼與機翼的結合減少了配平阻力與波阻，而在重心偏離時使用邊條翼進行配平，比僅依賴前翼補償所產生的配平阻力更低。[3]
此佈局結合遠在氣動中心後方的重心設計，使得飛機具備高度的固有不穩定性。穩定性由電腦化飛行控制系統提供，每秒進行 40 次修正。飛行控制系統由三台餘度數位電腦組成，並由三台餘度類比電腦備援；三台中的任何一台都能獨立控制飛行，而餘度設計則用於相互比對錯誤。每台電腦會對測量數據進行「投票」，以便在任何一台故障時進行偵測。據估計，系統完全失效的機率與傳統佈局飛機發生機械故障一樣低。 Fact Sheet: X-29 Advanced Technology Demonstrator Aircraft. NASA Armstrong Flight Research Center. 28 February 2014 [24 August 2014]. 若所有飛行電腦在空中同時失效，飛機將在飛行員來得及維持穩定或彈射逃生之前，因氣動彈性力而解體。Prisco, Jacopo. X-29: NASA's ambitious 1980s fighter jet with inverted wings. CNN. CNN Style. 12 July 2019 [15 October 2024] （英语）.
機身高度的俯仰不穩定性使外界普遍預測其具有極高的機動性。即使在飛行測試結束多年後，這種觀念依然存在。然而空軍的測試並未支持這一預期。[4] 為使飛行控制系統保持整體穩定，輕易發起機動的能力必須被限制。這被寫入飛行控制系統的程式中，以保留中止俯仰旋轉並防止飛機失控的能力。因此，實際飛行的整體系統（包含迴路中的飛行控制系統）無法被歸類為具備特別增強敏捷性的飛機。結論指出，即使 X-29 具備更快響應的控制面致動器及/或更大的控制面，才可能進一步提升敏捷性。[4]
氣動彈性考量
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在前掠翼佈局中，氣動升力會產生扭轉力，使機翼前緣向上旋轉。這會導致更高的攻角，進而增加升力並使機翼進一步扭轉。這種氣動彈性發散極易迅速導致結構破壞。若採用傳統金屬結構，需要極高抗扭剛度的機翼才能抵抗扭轉，而加固機翼會增加重量，使設計難以實行。[5]
X-29 的設計利用了碳纖維複合材料在彎曲與扭轉之間的異向性彈性耦合，來解決這種氣動彈性效應。X-29 未採用過於笨重的超高剛性機翼，而是使用能產生彎曲與扭轉耦合的複合材料層壓板。當升力增加時，彎曲載荷會迫使翼尖向上彎曲。扭轉載荷試圖將機翼扭轉至更高攻角，但材料的耦合效應抵抗了此載荷，使前緣向下扭轉，從而降低機翼攻角與升力。隨著升力降低，載荷隨之減少，進而避免了發散。[5]
服役歷史
[编辑]首架 X-29 於 1984 年 12 月 14 日在愛德華空軍基地完成首飛，由格魯曼首席試飛員查克·修厄爾（Chuck Sewell）駕駛。 X-29 是第四款飛行的前掠翼噴射動力飛機設計；前三款分別為德國的容克斯 Ju 287（1944年）、蘇聯的OKB-1 EF 131（1947年）以及西德的HFB 320 漢莎噴射機（1964年）。[6] 1985 年 12 月 13 日，X-29 成為首架在平飛狀態下實現超音速飛行的前掠翼飛機。
X-29 在首飛四個月後展開 NASA 的測試計劃。X-29 表現出高度可靠性，到了 1986 年 8 月，已能執行包含多次飛行的三小時以上研究任務。首架 X-29 未裝備尾旋復原傘，因為飛行測試旨在避免可能導致失控（如尾旋）的機動動作。NASA 試飛員羅傑斯·史密斯（Rogers E. Smith）在一段影片訪談中指出，另一名試飛員在測試飛行中執行了未授權的滾轉機動，隨後被調離該計畫。第二架 X-29 配備了尾旋復原傘並參與高攻角測試。二號機在攻角達約 25 度時仍具備機動性，並在一次瞬間抬頭機動中達到了 67 度的最大攻角。[7][8]
兩架 X-29 飛機在 1984 年至 1991 年間共計飛行了 242 架次。[2][9] NASA 德萊頓飛行研究中心指出，X-29 驗證了多項新技術與新工藝，以及現有技術的新應用，包括利用「氣動彈性剪裁控制結構發散」、極度不穩定狀態下的飛機控制與操縱、三氣動力面縱向控制、超音速雙樞軸後緣襟副翼、有效的微攻角控制、渦流控制及軍事實用性驗證。
展示機
[编辑]首架 X-29（序號 82-003）現展出於俄亥俄州代頓附近威特-帕特森空軍基地的美國空軍國家博物館研發展廳。Grumman X-29A. National Museum of the U.S. Air Force. 28 May 2015 [29 August 2015]. 另一架飛機則展出於愛德華空軍基地的尼爾·阿姆斯壯飛行研究中心。1989 年至 2011 年間，一架全尺寸模型曾展出於華盛頓特區美國國家航空太空博物館的國家廣場館。該全尺寸複製品於 2011 年移至紐約州花園城的航空搖籃博物館（Cradle of Aviation Museum）。
規格
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乘員：1 人
載重能力：4,000 lb (有效載荷)
機長：53 ft 11.25 in (16.44 m)（含機鼻測試針）；僅機身為 48 ft 1 in (14.66 m)
翼展：27 ft 2.5 in (8.29 m)
機高：14 ft 3.5 in (4.36 m)
翼面積：188.84 sq ft (17.54 sq m)
展弦比：3.9
翼型：
翼根：格魯曼 K MOD 2 (6.2%)
翼尖：格魯曼 K MOD 2 (4.9%)
空重：13,800 lb
最大起飛重量：17,800 lb
油箱容量：3,978 lb（儲於兩個機身橡膠軟油箱及兩個邊條內建油箱）
動力裝置：1 具 通用電氣 (GE) F404-GE-400 後燃渦輪扇發動機
軍用推力：10,800 lbf
後燃推力：16,000 lbf
極速：956 kts (Mach 1.6，於 33,000 ft 高度)
航程：350 nmi
升限：55,000 ft
航空電子設備:
- Litton LR-80 AHRS
- Magnavox AN/ARC-164 UHF 無線電
- Teledyne Technologies RT-1063B/APX-101V IFF/SIF
- 漢威聯合 三餘度線傳飛控系統（FCS）
流行文化
[编辑]Grumman X-29 由於其獨特的前掠翼與前翼設計，即使僅生產了兩架實驗機，仍多次登場於動漫畫與電子遊戲作品中：
動畫／漫畫
[编辑]《戰區88》（エリア88）：主角風間真在漫畫後期的座機之一。作品設定其透過特殊管道取得該架實驗機，並塗裝上獨特的獨角獸標誌投入實戰。模型廠商長谷川（Hasegawa）亦曾推出過「X-29 風間真專用機」塗裝套件。
電子遊戲
[编辑]《Jane's Advanced Tactical Fighters》：由電子藝界（EA）於 1996 年發行的飛行模擬遊戲，X-29 作為可駕駛的實驗機型之一登場。
《空戰奇兵系列》（Ace Combat）：由萬代南夢宮娛樂開發的空戰遊戲，X-29 在部分系列作中作為可解鎖並駕駛的實驗機種登場。
《微軟飛行模擬》系列：社群玩家針對《FS2002》等版本製作了民間機體模組（MOD），包含 NASA 原廠塗裝與《戰區88》風間真塗裝。
參見
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类似型号
相关列表
- 相關開發
参考资料
[编辑]- ^ Prisco, Jacopo. X-29: NASA's ambitious 1980s fighter jet with inverted wings. CNN. 2019-07-12 [2024-05-30] （英语）.
- ^ 2.0 2.1 Donald 1997，第483頁.
- ^ 3.0 3.1 Roskam 1985，第85–87頁.
- ^ 4.0 4.1 Butts & Hoover 1989.
- ^ 5.0 5.1 Pamadi 2004.
- ^ Green 1970，第493–496頁.
- ^ Webster & Purifoy 1991.
- ^ Winchester 2005，第261頁.
- ^ Winchester 2005，第262頁.
參考文献
[编辑]- Butts, S.L.; Hoover, A. D. Flying Qualities Evaluation of the X-29A Research Aircraft (报告). U.S. Air Force Flight Test Center. May 1989. AFFTC-TR-89-08.
- Donald, David (编). Grumman X-29A. The Complete Encyclopedia of World Aircraft. New York: Barnes & Noble. 1997. ISBN 978-0-7607-0592-6.
- Green, William. Warplanes of the Third Reich. New York: Doubleday. 1970. ISBN 978-0-385-05782-0.
- Jenkins, Dennis R.; Landis, Tony; Miller, Jay. American X-Vehicles: An Inventory—X-1 to X-50 (PDF). Monographs in Aerospace History No. 31. NASA. June 2003. OCLC 68623213. SP-2003-4531. （原始内容存档 (PDF)于25 April 2020）.
- Pamadi, Bandu N. Performance, Stability, Dynamics, and Control of Airplanes 2nd. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2004. ISBN 978-1-56347-583-2. doi:10.2514/4.862274.
- Putnam, Terrill W. X-29 Flight-Research Program (PDF). AIAA 2nd Flight Test Conference. Las Vegas, Nevada. 16–18 November 1983. NASA. January 1984. TM-86025.
- Roskam, Jan. Airplane Design, Part II: Preliminary Configuration Design and Integration of the Propulsion System. Ottawa, Kansas: Roskam Aviation and Engineering Corporation. 1985. ISBN 978-1-88488-543-3.
- Thruelsen, Richard. The Grumman Story. New York: Praeger Publishers. 1976. ISBN 978-0-275-54260-3.
- Treadwell, Terry. Ironworks: Grumman's Fighting Aeroplanes. Shrewsbury, UK: Airlife Publishers. 1990. ISBN 978-1-85310-070-3.
- Warwick, Graham. Forward-sweep Technology. Flight International. 16 June 1984: 1563–1568.
- Webster, Frederick R.; Purifoy, Dana. X-29 High Angle-of-Attack Flying Qualities. U.S. Air Force Flight Test Center. July 1991 [24 August 2014]. AFFTC-TR-91-15. （原始内容存档于26 August 2014）.
- Winchester, Jim. Grumman X-29. X-Planes and Prototypes. London: Amber Books. 2005. ISBN 978-1-904687-40-5.
本条目引用的公有领域材料来自美国国家航空航天局的网站或文档。
外部連結
[编辑]
- X-29 fact sheet at NASA.gov
- X-29 fact sheet by the National Museum of the United States Air Force
- X-29 photos, and X-29 videos at NASA.gov
- "X-29: Aircraft with Forward Swept Wings", part 1, part 2 at Military.com
