谨以本文献给那些献身于F-14机翼承载贯穿结构（wing carry-through structure）制造的工程师们，没有他们WCS将不可能被制造出来。他们是Frank Drumm、Alan Lofsten、Dietrich Helms、Ken Payne。他们制造的东西可能永远无法被再重复，笔者感谢所有为此做出贡献的格鲁曼工程师。

作者简介

　　ROBERT W. MESSLER JR是纽约特洛伊（Troy, N.Y）伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的材料科学和工程教授，当F-14在1970年投产时，他在格鲁曼冶金和焊接集团（Welding and Metallurgy Group at Grumman Aerospace Corp.）工作。

译者注

　　原文被刊登于美国《焊接杂志》（WELDING JOURNAL），2007年5月号的41-47页，里面的很多信息都是在F-14退役后才第一次透露出来，首发超大。

　　设计完成近40年以来，F-14的全电子束焊接WCS结构可以说仍是最先进的批生产焊件之一。

　　如果不是身处上世纪60年代冷战高峰，Michael Pelehach这位在纽约贝斯佩奇的格鲁曼宇航集团工作的高级飞机设计师，才不会去设想一种战斗机，不仅能对抗米格-17和米格-19现有威胁，还能压制其后的两代苏制战斗机。Pelehach出生在苏联，十岁左右随父母移民美国，作为这个年纪从苏联离开的人，他能以苏联的思维方式去了解对方的设计理念。之后他成为了一名飞机设计师，最终的研究成果就是VFX，也就是F-14的前身。

F-14雄猫

　　1970年12月21日F-14原型机首飞，3个月后，笔者作为一名材料/工艺工程师加入了格鲁曼公司。从1972年10月开始，478架F-14A陆续交付海军，到1974年9月正式成为舰队的一部分进行部署。F-14A后来被改进为F-14B，后者使用F110-GE-400发动机替代了普惠TF-30，并于1987年11月开始部署。F-14D这种大幅改进的型号也于1988年投产，它在雷达、航电设备和导弹方面进行了升级。最终F-14的生产数量超过600架，2006年7月，最后一架F-14飞离航母，同年9月也就是服役35年之后“雄猫”最终退役，上述经历展现了这种世界上最强大战斗机的传奇一生。

F-14的机翼承载贯穿结构是“雄猫”战斗机的关键部件之一

战机配备

　　F-14“雄猫”是双发双座双垂尾的变后掠翼舰载超音速战斗机，可在夜间和各种气候条件下攻击并摧毁目标。它的任务包括防空、截击、攻击和侦察，凭借先进的武器系统可同时跟踪24个目标并使用AIM-54“不死鸟”导弹攻击其中6个。武器装备还包括其他类型的导弹和炸弹，以及20mm口径的M61A1加特林机炮。

结构设计

　　“雄猫”的上单翼可在飞行中自动调整后掠角度，并提供手动操作模式。机翼安装在横贯飞机主结构的机翼承载贯穿结构（WCS）上，该贯穿结构有22英尺（6.7米）长、约3英尺（1米）宽，高度大约是14至15英寸（0.35-0.4米）。它由33个精密加工的钛合金部件（锻件和板材）组成，需要进行70多次独立的电子束焊接，焊接总长度达1800英寸（46米）。WCS的重量约为2200磅（1000千克），仅相当于高强度全钢结构的60%重量，而且比使用螺栓连接组装的全钛合金结构轻200磅（约100千克）。机翼后掠角的正常调节范围是20-68度，并且提供一个75度的机库停放后掠角，机翼后掠角变化速度约为7.5度每秒。

F-14机翼中段的线图，黑点是焊缝相交孔的位置，这些由深度局部熔透（deep partial-penetration）电子束焊接引起的钉尖缺陷孔非常难消除，每一个位置都跨越了基础的梁/腹板结构而被完全的熔透

F-14机翼中段的线图，显示了电子束焊接过程中格鲁曼公司内部使用的位置编号

WCS的结构需求和功能要求

　　如果要问一架飞机的支柱结构是什么？那对于F-14来讲，毫无疑问的就是WCS了。WCS的主要功能是使机翼从一个几乎平直的后掠状态（后掠角20度）变化到和三角翼（后掠角68度）类似的后掠状态，而这种变化是通过机翼两侧WCS末端的转轴/轴承部件完成的。由于空气动力和结构上的要求，枢轴结构的中线必须精确定位，22英尺（6.7米）的部件上其枢轴到枢轴间的公差小于0.005英寸（0.125毫米）。除了为机翼提供枢轴外，正如它的名字所说，WCS还承受机翼载荷并贯穿机身。

　　但仅为变后掠翼超音速战机提供安装结构是不够的，WCS同时也提供了下面的功能：

　　•作为前机身的连接点（机头和双人座舱部分）。

　　•通过主舱壁把主起落架的载荷传输到尾部的封闭横梁。

　　•通过一个舱壁承载发动机的推力，对于F-14A来说大约是41800磅（18810千克），而对于F-14B/D来说则是54000磅（25300千克）。

　　•作为着舰钩结构的一部分，承载着舰时的惊人载荷。

　　•同时作为飞机的一个主油箱。

　　显然WCS是F-14最关键的飞行结构，如发生恶性故障将会造成飞机坠毁。F-14是第一个以断裂韧性标准（fracture toughness criteria）设计的军用飞机（至少对于美国海军来说是如此），在设计之初时某些关键飞行结构（如重负荷的舱壁、横梁、桁架等）就必须容忍或存在一些小的缺陷（如裂纹，锻造褶皱或在铸造或焊接中产生的气孔）。在利用新兴的断裂力学理论后，零件上因制造或其他原因出现的缺陷在小于一定程度时，亦可正常使用而无需维修或报废。但对于当时的工业界来说，这种做法还属未知数，把这个新标准使用在飞机制造中的新材料（钛合金）上，并作为主结构焊接的标准，用“非常大胆”来形容已经远远不够了。但事实上这么做的结果比预期的还要好很多。

机翼与WCS的对接

WCS的基本几何结构