在常规布局静态稳定飞机上,失去平尾的向下配平力矩,飞机就自然进入俯冲

对于静不稳定飞机来说,由于重心在升力中心之后,所以尾翼要产生升力才能配平

  流过机翼的气流会在机翼后缘向下偏转产生下洗气流,这是升力的自然副产物,也是一个众所周知的现象。在设计飞机时应该充分考虑机翼下洗气流的影响。

  在T-45的失速试飞中,襟翼全偏进一步增强了机翼下洗气流,导致平尾前缘气流等效迎角达-30度,致使平尾立即失速。此时气流与平尾下表面分离,无法产生足够的配平力矩。在这种情况下,试飞员即使全力拉杆,也不会使机鼻抬起一分。

T-45襟翼全偏后会大幅增大平尾等效迎角

  那么,当时T-45的原型“鹰”式教练机已经服役了10年,为什么没有遭遇“鬼怪俯冲”呢?

  这是因为两种教练机的设计思想不同。“鹰”式教练机为了向学员提供可以接受的失速处理训练,该机的机翼被特意降低了升力系数,机翼下洗气流强度较低,不足以导致平尾失速。如机翼前缘布置有翼刀和前缘失速条,后者是一个尖锐的金属块,用于提供失速抖振预警和帮助控制失速进展。此外机翼后缘开缝襟翼缺了一小块,能在多数襟翼重载情况下有效降低升力系数。

“鹰”式教练机的前缘失速条

双缝襟翼上缺失的一块

  而T-45为了上舰必须具有较低的着舰速度,因此必须提高机翼升力系数,于是导致了强烈的机翼下洗气流。那么怎么解决这个问题呢?

BAE/麦道经过大量风洞测试后为T-45设计了全新的全翼展缝翼。修改后的机翼取消了前缘翼刀,不过还是保留了翼面扰流器

从边条到“蓝精灵”

  解决问题的第一步是追踪问题根源。英国航宇在哈特菲尔德的风洞使用了一个9/16比例的模型进行测试,很快就发现放下襟翼和起落架后,机翼下洗气流会造成平尾下表面的气流失速。

试飞中的T-45原型机,此时还没有安装“蓝精灵”

  第二步是找到一种方法来阻止平尾失速。由于T-45的平尾下反角不大,整个平尾全部被笼罩在下洗气流中,所以F-4“鬼怪”的平尾前缘反装缝翼并不适用,这让研制团队一筹莫展。令人意想不到的是,T-45项目组隔壁的霍克项目组(他们负责“鹰”式教练机和“鹞”式垂直起降战斗机)的一位工程师成了指路明灯。

最左边这位老先生就是巴里·皮格勒姆,现在已经退休

  这位工程师名叫巴里·皮格勒姆,他一直在为“鹞”式战斗机设计前缘边条,也就是一种安装在机翼根部,能在大迎角下产生脱体涡并以此来提高机翼升力的神奇小装置。他发表意见:“为什么不把前缘边条装在T-45的平尾上来推迟失速呢?”

“鹞II”翼根边条产生的涡流

  这是一个好主意,但实施起来有点困难。因为T-45采用的是全动平尾,如果在平尾根部增加前缘边条的话,会因边条距平尾转轴过远而对致动器施加过大力矩,即使小幅偏转时,增加的气动载荷也可能损坏致动器,除非重新设计整个机构。

  但如此一来代价过大,皮格勒姆又发话了:“为什么不把边条装在机身上呢?这样子剩下的事情就是确定边条和尾翼间的相对位置了。”

“为什么不把边条装在机身上呢?这样子剩下的事情就是确定边条和尾翼间的相对位置了。”

  这是一个聪明、简单、优雅和便宜的解决方案,边条仅仅是两片简单的金属片。设计团队在风洞中对边条进行了测试和优化,结果设计出了一对尖锐的高度后掠小边条,安装在平尾前方,与垂尾完全下偏时的前缘对齐,在负迎角下能拉出完美的脱体涡,扫清流过平尾的下洗气流,恢复平尾的操控能力。