猛禽的进化——从ATF到F-22（四）

　　在这些妥协还没有落地前，团队决定退后一步对设计进行更根本性的修改。穆林说：“经过一场激烈的争论后，我们认为需要扔掉现有设计重新来过。我们在那个周末启用新设计工程主管迪克•坎特雷尔，他飞过来带领大家开始了为期90天的紧急修改。工作开始于7月13日（星期一），标志的在战斗机概念设计期间最富有创造力一段日子的开始。我们研究了不同进气口、机翼、尾翼的组合，其中一个构型具有两个大蝶形尾翼，看上去有点像F-117。由于当时F-117仍然高度保密，所以人们不知道这点。构型探索范围很广，但最后带来的最大变化是菱形机翼。”

　　集中构型探索从大量可行性设计研究开始，对大量可行设计进行排列组合。在1987年夏团队对菱形机翼、双尾翼（V尾），各种形状的进气口，各种外形的前机身同时进行了反复考量。

　　具有梯形机翼和四尾翼的595-7构型成为这些研究的起点。608A构型是等效的基准设计，外形和595-7类似，只是主弹舱挂六枚而不是八枚导弹。

　　608构型具有梯形机翼和双尾翼。607-0构型引入了与通用动力ATF方案相似的菱形机翼，但配之以四尾翼而不是单垂尾。607-11A构型具有菱形机翼和双尾翼。611A构型同样具有菱形机翼和双尾翼，但大机背使人联想到090P。609A构型看起来很像波音的ATF方案，具有梯形机翼、双尾翼和单颌下进气口。

　　610A构型混合了波音和洛克希德方案的特点，具有梯形机翼、双尾翼和双侧面进气口。计算机辅助设计在这些构型的研究中起到了至关重要的作用，ATF是最早使用电脑进行辅助设计的战斗机之一。一开始团队使用的是CADAM二维绘图软件包。

　　在伯班克参加了数月ATF设计工作的通用动力构型设计师约翰•霍夫施威勒解释说：“CADAM更适合设计细节部分而不便于对设计概念进行反复修改。我们很快意识到需要ACAD和Perq电脑来加快设计进程。我们从沃斯堡调出了设备并通过了洛克希德的安检，这是个不小的壮举。我们六个来自沃斯堡的工程师有一间被称为大壁橱的小办公室。ACAD软件允许我们有更多的想法，并让每个想法更详细。”

　　ACAD是通用动力公司研制的三维软件包，可用于概念和初步设计（该软件的后续版本至今仍在使用）。该小组还把ACAD和CATIA配合使用，后者是达索开发的高保真三维软件，可以把数据直接输出给数控加工设备。ATF设计师用ACAD做出第一代线形数据库以便能够快速反复推敲修改，随后这些文件会被编译成CATIA数据库。

　　穆林补充道：“我们也通过数据链把设计数据和其他数据在三个公司中互相传输。这个网络建于1987年项目的早期，我们花了几天时间在大型机而不是工作站上搭建网络。数据链是加密的，这样沃思堡的工程师可以与伯班克或西雅图共享设计相关数据。”到1987年8月中旬，供选择的构型已经缩减至5个，分别是595-7构型（梯形翼、四尾翼、和8枚导弹基准构型）、612构型（6枚导弹的基准设计）、613构型（梯形机翼和双尾翼）、 614构型（菱形机翼和四尾翼）、615构型（菱形机翼、双尾翼和双侧面进气口）。八月下旬，菱形机翼四尾翼的614构型胜出。

　　穆林说：“采用菱形机翼的根本原因就是在获得最轻的重量和最好的结构效率时还能满足控制力要求，其中最大的因素还是重量，重量决定了一切。”

　　伦肖补充说：“菱形翼不仅有更大的面积，而且结构更高效。较长的翼根弦长提供了更加分散的机身负载路径，多舱壁设计可承受弯曲载荷。该设计为围绕内部设备布置舱壁提供了更多的空间，同时也增加了载油量。”

　　哈迪指出：“结构工程师想要菱形翼，因为可以提供较大的翼根弦长且弯曲力矩承受性能更好。 而气动专家想要梯形翼，因为该机翼可以提供更大的展弦比，空气动力学性能更好。洛克希德加州公司总裁迪克•黑珀最后拍板选择了菱形翼，他做出了正确的决定。菱形翼的气动性能也不是那么糟，而且结构和重量性能都有显著改善，所以我们选择了菱形翼。但是更大的翼根弦长把平尾后推，最后我们不得不在机翼后缘内侧开了一个缺口来容纳平尾，否则再把平尾后移，就要掉出机身了。”

尾翼探索

　　614构型确定了机翼后，后续构型就要开始研究尾翼布置了。洛克希德发动机集成总工程师娄•班格特回忆：“我们花了大量风洞时间研究尾翼。我们从1987年到1988年初都在致力于被称为‘伟大的尾翼探索’的研究。我们知道肯定会采用四尾翼，但如何布置就是个大问题了，一个细微的位置变动就能导致巨大的差异。我们必须同时考虑尾翼对性能、隐身、稳定性和操控性、阻力的影响，所以尾翼布置和机尾设计都是非常重要的研究。”

　　风洞试验结果表明，垂尾位置和前机身设计之间存在超敏感的关系，而且这种相互作用并不能通过气动分析或流体动力学计算准确预测。在某些迎角下经过前机身的气流会影响方向舵的操控力，所以让气流正确流动是至关重要的。

　　由于会增加雷达反射信号，所以垂尾的外倾角和后掠角度并不能改变太多。在寻找尾翼布置的过程中，控制系统设计师因隐身方面德尔限制只能平移或纵移尾翼，并在基本外形不变的前提下下对垂尾进行放大或缩小。在演示/验证阶段结束时，团队已经进行了约20000小时的风洞测试，其中很多专门用在了尾翼布置研究上。

　　具有梯形平尾和垂尾的614-6构型成为1987年12月开始的尾翼探索的起点。经过许多中间构型后，1988年2月的630构型的垂尾也进化成菱形，同时缩小了机翼面积。631构型每侧垂尾的面积增加了0.65平方米，方向舵尺寸也稍稍增加，垂尾倾斜角度从28度增加到30度。1988年3月原型机设计也被冻结于该构型（1131构型）。

　　美国空军取消了反推要求后，原型机设计在1988年5月的最后一分钟解冻。团队以对围绕反推设计的后机身和尾喷管的外形进行修改，结果使尾部阻力显著减小。穆林说：“直到5月我们才获得了一种具有正常超音速阻力的飞机。我们在这么晚的时候做出解冻原型机设计的决定吓坏了空军。但对于超音速巡航来说此时设计的超音速阻力仍太高，首席飞行科学工程师Ed•格拉斯哥率领一队人马重新设计了前后机身，使超音速阻力降到可以接受的水平，确保飞机能超音速巡航。”