云资管前掠神话03——X-29验证机

以下文章来源于装甲寄居蟹云资管，作者装甲寄居蟹

自从上世纪 30 年代美国航空工业就具备极强的科技创新能力，直至冷战结束。美国在二战之前就开始了前掠翼的相关理论研究，例如位于弗吉尼亚州汉普顿的 NACA（国家航空咨询委员会）兰利纪念航空实验室（现为兰利研究中心）于 1931 年对这一概念进行了风洞研究。后来德国的设计也表明前掠翼在材料科学出现突破之前很难实现。

从这个角度看，X-29 和普通飞机差别不大

1970 年代复合材料的引入开辟了飞机制造的新领域，使设计出比传统材料制成的机身和结构更坚固的机身和结构成为可能。1977 年，美国国防高级研究计划局（DARPA）和位于俄亥俄州赖特 - 帕特森空军基地的美国空军飞行动力学实验室（现为空军研究实验室）发布了新的技术招标书，旨在探索前掠翼在现代的可行性以及该类型飞机在极端机动中更好的机动性和飞行控制的研究。

1981 年 12 月，格鲁曼公司中标，合同价值 8700 万美元，建造两架 X-29 原型机。这是冷战后期第一种新型 X 系列飞机。一号原型机 1984 年 12 月 14 日首飞，二号原型机 1989 年 5 月 23 日首飞。

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X-29 采用鸭翼布局和前掠翼设计

不过 X-29 机身是 F-5 的

X-29 全长 14.6 米，翼展 8.3 米，动力装置为一台通用电气 F404-GE-400 发动机，推力近 7300 公斤，飞机空重 6168 公斤，最大起飞重量 7983 公斤。升限 15200 米，最大飞行速度 1.6 马赫。该机机翼前缘的后掠角为 -30 °，基于后缘为 -45 °，翼盒由钛合金制成，机翼则由碳纤维制成，这些新材料大幅提升了机翼强度，足以抵抗扭扭转变形。为了降低成本，X29 使用了罗斯波普 F5a 的机身，F16 的主起落架和其他设备以及 F/A-18 的发动机。作为一架美国飞机，X-29 罕见的采用了鸭翼设计，机翼前方安装有全动鸭翼，翼根末端还有一套可偏转的精密控制气流，各控制面以电子方式连接到一个三重冗余数字电传纵飞行控制系统。由于在 X-29 上使用的特殊前掠翼、紧密耦合鸭翼设计使得飞机飞行姿态非常不稳定。X-29 飞行控制系统通过感应姿态和速度等飞行条件并通过计算机处理以每秒多达 40 个命令不断调整控制面来补偿这种不稳定性。

数字电传系统的使用才能保证飞机的操控性能

三台数字飞行控制计算机中的每台都有一个模拟备份。如果其中一台数字计算机出现故障，其余两台计算机将接管。如果其中两台数字计算机出现故障，飞行控制系统将切换到模拟模式。如果其中一台模拟计算机出现故障，则其余两台模拟计算机将接管。X-29 中系统整体故障的风险与传统系统中的机械故障风险相当。

相关测试显示了前掠翼飞机的优劣特性

一号原型机主要测试常规飞行能力。二号原型机主要测试超机动能力。两架原型机的测试结果都为飞控软件的编写提供了足够的数据。当然这里面数据很多，我们不是专门介绍 X-29 的专题，因此不再详述，如果过有兴趣的朋友们多，我再单独开一篇来说一下。1992 年 X-29 项目进行了详细的涡流控制研究，取得了丰硕成果。总体来说，X-29 表明前掠翼飞机在亚音速范围内机动性能够大大增加，飞机在高空角状态下的可控性，从而能够增加飞行的航程和载荷，一个大幅减少起降时的滑跑距离。同时也暴露出许多缺点，其中最重要的是在飞行时机翼前面的气流可以和机身延伸出的气流相撞，从而产生出难以忍受的气流斗志，这个问题始终无法得到解决。