- 刺破青天锷未残(上 F-102)——康维尔三角翼战机家族的发展历程
- 刺破青天锷未残(下 F-106)——康维尔三角翼战机家族的发展历程
曾几何时,“无尾三角翼”几乎成了法国达索公司幻影家族的标志。然而,你也许不知道,第一架实用的无尾三角翼战机并非诞生在法国,而恰恰是现在并不热衷无尾三角翼布局的美国!它就是美国第一种超音速全天候截击机——康维尔公司研制的 F-102“三角剑”。它和它的前身 XF-92 以及它的后继者 F-106“三角标枪”(实际是 F-102 的重大改进型)组成了康维尔的三角翼战机家族。F-102 和 F-106 从 50 年代末直至 70 年代,一直担负着美国国家战略防空任务,对美国国家安全起了相当重要的作用。
开创时代的三角翼
DM-1 试验机
说到康维尔的三角翼战机家族,就不能不提到纳粹德国的航空成就。事实上,如果追根溯源,F-102 可以看作是 40 年代研制的战斗机验证机 XF-92 的放大改进型,而 XF-92 则是在纳粹德国的三角翼技术研究和 DM-1 研究机的基础上发展而来。担负美国战略防空的截击机竟然具有纳粹德国的血统,这一点恐怕是很多人想不到的(纳粹德国虽然给人类带来了巨大灾难,但其灭亡前进行的各方面研究确实对后来的人类科技影响深远——航空领域即是其中之一)。

亚历山大•里普斯奇博士与他的 DM-1 模型

惊骇世俗的 DM-1 滑翔验证机
二次大战期间,德国航空先驱亚历山大•里普斯奇博士(Alexander Lippisch)开始着手研究三角翼的气动特性——在当时,后掠翼都尚未实用化的情况下,三角翼概念的提出确实相当惊世骇俗。然而早期的概念研究已经发现,三角翼具有低阻、大内部容积和高结构强度等优点,较之当时正在逐步走向实用的后掠翼,更加适合高速飞行。为了验证三角翼的特性,在慕尼黑和达姆斯塔特航空院校师生的努力下,一架被称为 DM-1 的验证机诞生了。该机的气动布局即使在今天看来也是相当新颖的——无尾三角飞翼布局,机翼前缘后掠角达 60°,机身背部布置有一个大型垂直安定面(其根弦长度几乎相当于机身长度的90%!),飞行员座舱就设置在垂直安定面根部。在 DM-1 的基础上,里普斯奇甚至设计了一种最大速度达到 M2.6 的 Li-P.13A 高速截击机。当然 Li-P.13A 从未真正建造过,因为这种飞机已经远远超越了当时的航空技术水平。而且即使建造出来,也几乎不可能达到预想的性能——因为当时的航空研究人员对跨、超音速的情况了解甚少,以至对飞机性能过于乐观。后来康维尔 F-102 和道格拉斯 D-558-2 的遭遇充分证明了这一点。

最初 DM-1 是由 Si 204 驼载至 7,900 米高度投放的,后来改用火箭发动机爬升然后试飞
二战结束后,美、苏两国大肆搜罗纳粹德国的专家、技术资料。DM-1 被美国人发现,运回本土作进一步研究,由此开始了它的异乡生涯,也开启了人类三角翼飞机实用化的大门。

Li-P.13A 高速截击机,飞行员坐在垂尾中

Li-P.13A 总体布局,采用了冲压发动机
XF-92
1945 年 8 月,美国空军(当时还是美国陆军航空队)公开招标研制一种超音速截击机,要求最大速度达到 1,260㎞/h,能在 4 分钟内爬升至 15,000 米。11 月,肯索里得特-伏尔梯飞机联合体(即后来著名的康维尔飞机公司)的一个设计小组在杰克•埃汶的领导下,首先提出了一个“35°后掠翼+V 形尾翼”布局方案,该方案采用脉冲喷气发动机(而非涡轮发动机),推力达 1,675 公斤,并装有 6 枚辅助推进火箭(总推力 540 公斤)。
1946 年 5 月 22 日,美国空军宣布康维尔公司竞争获胜,成为 MX-813 计划的主承包商。6 月 25 日,美国空军正式与康维尔公司签订合同,分两个阶段研制 MX-813 计划中的超音速截击机。第一阶段是验证阶段,包括进行利用验证机进行概念验证并建造初步方案的全尺寸模型;第二阶段是工程发展阶段,康维尔需要制造两架原型机以及一个用于静力试验的机体,以完成相应的试飞和试验。
然而,在接下来的风洞试验中,康维尔方案的试验结果并不理想。风洞数据表明,该方案在迎角超过 5°后就会出现气流分离,同时横向控制也存在问题。不得已,康维尔设计小组只好转过头来专心研究里普斯奇的 DM-1。在这时,康维尔空气动力部门负责人拉斐尔•H•斯奇克发挥了重要作用。他根据 DM-1 实物和所能搜集到的关于三角翼气动特性的只言片语,对 45~70°后掠的三角翼进行了一系列研究。最终,在此基础上,康维尔设计小组重新提出了一个崭新的设计方案,公司设计代号 115:机头进气,单座单发,无尾三角翼+单垂尾布局。事实上,115 方案看起来很象是 DM-1 的美国版,某些细节仍残留着 DM-1 的痕迹——特别是那个巨大的垂直安定面。



115 方案全尺寸模型,基本照抄了Li-P.13A,只不过将飞行员从垂尾处移到了进气锥内
1946 年 11 月 7 日,康维尔 115 方案获得空军首肯,被赋予设计代号 XP-92(空军机型代码更改后,该机改称 XF-92),并签订合同,要求康维尔制造两架原型机。XP-92 被定位为一种纯粹的防空截击机。该机原定装 1 台威斯汀豪斯的 24C 型发动机(推力 1,020 公斤)和 15 台推力 22 公斤的火箭发动机,但研究人员经过计算认为,该机即使仅依赖火箭发动机,仍可以达到马赫数 1.75,因此 24C 型发动机研制计划被取消。这样 XP-92 就变成一种纯粹的火箭动力截击机,在某种意义上说,该机和纳粹德国的 Me 163 火箭动力截击机相当相似。
为了加速 XP-92 的研制,空军于 1946 年 11 月批准康维尔公司首先制造一架喷气动力验证机,用于三角翼概念研制飞行,该机预定采用艾利森公司的 J33-A-21 涡喷发动机。工厂称该机为 7-002 型,美国空军则赋予该机 46-682 的序列号。为了节省时间和资金,该机广泛采用已有的飞机部件,如主起落架来自北美公司 FJ-1“愤怒”,前起落架来自贝尔公司 P-63“眼睛王蛇”,发动机和液压系统采用洛克希德的 P-80“流星”,弹射座椅则是康维尔公司不久前下马的 XP-81 所采用的。
