「鷹獅」和「超級蟲」之子!詳解波音T-X教練機
今年9月13日,波音和薩博公司聯合研製的首架T-X原型機在密蘇里州波音聖路易斯工廠揭開了神秘的面紗。該機註冊號N381TX,生產序列號T1,廠家編號BTX-1。
波音和薩博公司聯合研製的首架T-X原型機
原型機看上去和波音早期公布的T-X藝術想像圖很接近,只是V尾被雙外傾垂尾和常規平尾取代。此外該機的機鼻和前座艙和波音在2015年9月公布的CG渲染圖完全一致。
波音早期公布的T-X藝術想像圖很接近
波音在2015年9月公布的CG渲染圖
波音製造了兩架BTX-1原型機,第二架(T2,N382TX)已接近完工。波音還一口氣在聯邦航空局註冊了其他5架BTX-1原型機,分別是N791TX、N792TX、N793TX、N794TX和N795TX。
T-X項目
T-38「禽爪」教練機設計於20世紀50年代,一開始被用於培訓F-105「雷公」等第三代戰鬥機的飛行員,後來成為美國空軍所有戰術飛機的教練機。雖然現役的T-38C已經歷多次航電和發動機升級來努力跟上時代,但仍無法適應今日的訓練環境,導致美國空軍不得不把2/3的高級訓練任務轉移到正式訓練部隊(FTU)和作戰中隊進行,不僅訓練成本高昂,還額外消耗了戰鬥機的寶貴飛行壽命。美國空軍於是啟動了研發未來教練機的T-X項目,意圖讓這些高級訓練任務回歸未來教練機上。
雖然現役的T-38C已經歷多次航電和發動機升級來努力跟上時代,但仍無法適應今日的訓練環境
雖然T-X項目早在2008年就啟動了,但因預算問題被一拖再拖,原定2020年形成產生初始作戰能力(IOC)的計劃也被相應推遲。
2012年10月,美國空軍發布T-X的關鍵性能參數文件草案(KPP),使各廠家能對自己的設計做針對性調整。T-X最終參數要求發佈於2015年3月,內容超過100項,其中三項變動較大:持續轉彎過載最低提高到6.5g、模擬的真實性和性能、飛機的可維持性。
其他關鍵要求還有:具備空中加油能力(套件改裝或內置)、耗油率比T-38降低10%、最大跑道長度要求2400米、至少能承受6.5g過載,最好是7.5g,確保學員可適應一線戰鬥機的9g機動環境。
美國空軍的T-X採購數量可能會超過350架,而且可能會使用該機完成所有飛行員訓練科目,這意味著T-X將同時被用於高級訓練和戰鬥機先導培訓。美國空軍也在研究把T-X作為假想敵機使用的可行性。
老邁的「禽爪」
T-38高級教練機在經過漫長時間的服役後已嚴重老化,操作和維護費用昂貴,並且不適用於培訓最新型戰鬥機的飛行員。
F-22服役後,美國空軍不得不把該機的新飛行員送到F-16訓練中隊上短期課程,以適應大過載飛行和空中加油作業。如果美國空軍具有一種現代化的高級教練機,那麼就完全可以取消這段銜接課程,大幅降低訓練成本。此外,T-X還能承擔起更多的戰鬥機換裝訓練,憑藉其真實或虛擬的感測器,可逼真模擬戰鬥機的飛行任務。
美國空軍要求T-X提高人工合成技術的使用率,這不僅能顯著降低訓練成本,還能通過虛擬僚機或敵機來提高訓練的逼真程度,
參與T-X競爭的4個團隊都提交了各自的T-X訓練系統方案,系統不僅包括T-X教練機,還包括最先進的地面訓練設施和全壽命支持承包,能在確保低成本和安全的前提下提供儘可能逼真的空中和地面訓練。
4個團隊都圍繞著訓練系統展開研發,大量採用了地面訓練設備和人工合成和模擬技術,以及機載模擬技術。
波音公司的BTX-1在設計顯然強調提供能代表第5代戰鬥機的操控性和性能,其他公司的設計在這方面或多或少都有些欠缺。
F-35的許多客戶已為該機選好了高級教練機,英國皇家空軍和義大利空軍都認為自己的「鷹」T2和T-346A教練機能同時勝任F-35和「颱風」的培訓工作,美國空軍則發現自己要依賴於一種已服役55年的古老教練機,這種教練機更適合培訓早已退役的「百系列」戰鬥機的飛行員,而不是F-15/F-16這種四代機,就更別提F-22和F-35了。
「鷹」T2
T-346A
四巨頭
參加T-X競標的有4個團隊,其中兩家的方案基於現有成熟設計,雖然這能大幅降低研發成本,但可能無法滿足美國空軍對T-X的苛刻性能要求,如持續過載和大攻角能力。不過美國國防部現在更在意「打破成本曲線」,美國空軍手頭已經有洛馬F-35、波音KC-46「飛馬」加油機和諾斯羅普·格魯曼公司B-21「入侵者」三個吞金獸,不可能再讓優先順序較低的T-X吞噬大筆預算,所以現在還很難說全新設計和現成設計誰更具競爭力。
波音-薩博團隊
T-X項目對波音公司來說很重要,如能獲勝的話,除了保持公司在高速軍用噴氣機領域的競爭力外,還能在這個客機訂單放緩的時代提高公司在軍機方面的盈利。
BYX-1是波音與薩博公司聯合設計的,兩家公司都沒有透露合作協議的細節,也沒有透露工作份額(已知後機身是薩博製造的)以及製造和總裝的地點,目前只知道該機的工程與製造發展(EMD)將在波音聖路易斯工廠進行。
薩博製造的後機身運抵美國
根據波音「鬼怪」工程隊的說法,薩博工程師給項目帶來了大量專業知識、技術細節,以及來自「鷹獅」的許多子系統。
根據波音「鬼怪」工程隊的說法,薩博工程師給項目帶來了大量專業知識、技術細節,以及來自「鷹獅」的許多子系統
諾斯羅普·格魯曼-BAE-L-3團隊
諾斯羅普·格魯曼公司與BAE系統公司和L-3通信公司合作,也提交了一個全新的T-X設計——Model 400。該機在今年8月19日的滑跑測試中首次被人在莫哈維拍到,隨後在8月26日首飛(註冊號N400NT)。Model 400原型機由諾斯羅普的子公司縮比複合材料製造,根據美國聯邦航空局的記錄,該機安裝一台非加力通用電氣F404-GE-102D渦扇發動機。
Model 400原型機由諾斯羅普的子公司縮比複合材料製造
Model 400顯示出了與T-38很強烈的繼承關係
諾斯羅普原本打算以BAE系統公司的「鷹」式教練機的改型參加競爭,不過等美國空軍公布全部參數後,公司放棄了原先的計劃轉而設計全新機型,人們認為這是因為「鷹」無法滿足T-X的關鍵性能參數的緣故。
諾斯羅普原本打算以BAE系統公司的「鷹」式教練機的改型參加競爭
實際上,即使是英國皇家空軍的「鷹」T2也能滿足T-X的大部分要求,除了在海平面4570米高度80%內油達到6.5-7.5g過載外。T2在改裝更強大的「阿杜爾」發動機和前緣縫翼也能滿足這一要求,而且這些改進都已準備就緒。諾斯羅普·格魯曼公司也許是希望通過採用非傳統的複合材料機身來達到很低的採購成本。
衍生自「鷹」的T-45艦載教練機已經採用了前緣縫翼
BAE系統公司一直是諾斯羅普·格魯曼公司競標的主要合作夥伴,公司在「鷹獅」教練機上積累的豐富經驗對新教練機很有幫助。L-3公司則負責研製地面訓練系統。
雷聲-萊昂納多-CAE團隊
雷聲、萊昂納多和CAE聯手提交了T-100教練機(M-346教練機升級版,這種教練機本身則是俄羅斯雅克-130的西方化改型)。有趣的是,之前阿萊尼亞和通用動力公司也提出以M-346參加T-X競標,但在美國空軍發布信息徵求書(RFI)後雙方解除合作,雷聲公司臨危受命出任主承包商。
雷聲、萊昂納多和CAE聯手提交了T-100教練機
洛馬-韓國航宇工業公司團隊
洛克希德·馬丁和韓國航宇工業公司(KAI)走到了一起,提出了T-50A教練機。該機是FA-50「金鷹」的升級版,性能完全滿足T-X的要求。
洛克希德·馬丁和韓國航宇工業公司(KAI)走到了一起,提出了T-50A教練機
T-50A的駝背中安裝的是空中加油插座
「鬼怪」工程隊
波音公司在分析了美國空軍對T-X的性能要求後判斷:新設計才是最佳解決方案,能以可負擔的價格向空軍提供正確的教練機。
「鬼怪」工程隊表示BTX-1在設計完全為美國空軍的T-X要求量身定做,沒有性能浪費。這是一個靈活的設計,能夠隨技術、任務和訓練需求的變化而變化。該機安裝一台加力推力8050千克的通用電氣F404-GE-402發動機(美國空軍沒有規定一定要加力發動機),還有一定程度的增推潛力。
波音公司一直在強調自己擁有豐富的降低成本的經驗,波音客機率先採用了能降低成本的製造技術和先進材料(其中包括代號為「黑鑽」的秘密製造技術),驅動現代客機的生產和經營成本不斷降低。
薩博公司的參與只會加強這些優勢,該公司在生產新一代「鷹獅」E的過程中也開發了許多能降低成本的技術。BTX-1採用了許多最先進的製造技術和工具,其中包括用3D列印技術(增材製造)來製造一些非關鍵的非金屬零件,波音公司同時也在研究3D列印金屬零件的可行性。
BTX-1組裝工時也大幅降低,完全不需要重型工裝設備。
BTX-1組裝工時也大幅降低,完全不需要重型工裝設備
飛機座艙蓋的製造周期從6個星期縮短到了8天,波音-薩博團隊還研製出一種應用了先進粘合劑技術的高效密封膠,省去了昂貴的座艙蓋組裝固定工裝。
為了提高維護性能,BTX-1的機身上開了許多可在地面直接觸及的維護口蓋,飛機能使用美國空軍的標準地面設備和供應商提供的一些標準零件進行維護。
波音T-X的設計特點
波音公司首席試飛員史蒂夫·「公牛」·施密特認為BTX-1是一個完善的高級教練機解決方案,其機動性和敏捷性足以滿足未來戰鬥機飛行員的培訓需要。
BTX-1採用單發、串列雙座、兩側進氣、寬間距雙垂尾、翼根前緣邊條、前三點式起落架的布局,具有嵌入式訓練的先進座艙。從某些角度(特別是平面圖)看該機具有明顯的F/A-18家族特徵,但也繼承了薩博「鷹獅」的特點,尤其是進氣口。從地面上看,該機在某些角度上又與德事隆雅蘭公司的「蠍子」出奇相似,當然後者採用的是大展弦比平直翼。
從某些角度(特別是平面圖)看該機具有明顯的F/A-18家族特徵
波音T-X採用單發動機並不令人意外,參加競標的三個設計都採用了通用電氣公司的F404發動機。洛馬T-50A採用加力推力8030千克的F404-GE-102發動機,諾格Model 400採用4990千克推力的非加力F404-GE-102D發動機。諾思羅普表示即使沒有加力,Model 400也能滿足美國空軍的持續轉彎速率要求,取消加力還能降低操作和支持成本。
波音T-X採用單發動機並不令人意外,參加競標的三個設計都採用了通用電氣公司的F404發動機
BTX-1是4個競標設計中唯一採用雙垂尾的,雖然結構重量高於單垂尾設計,但與前緣邊條相結合後,外傾雙垂尾能夠提供更優秀的大攻角操控性能,波音還表示雙垂尾還使空空加油作業更安全。由於第五代戰機普遍是雙垂尾設計,BTX-1能更逼真地模擬其操控特點。
由於第五代戰機普遍是雙垂尾設計,BTX-1能更逼真地模擬其操控特點
該機機背設置了空中加油插座,適合美國空軍標準的硬管式空中加油機。梯形機翼具有明顯下反角,前緣後掠角不大,平尾後掠角大幅增加,總體設計和「超級大黃蜂」如出一轍。
機翼後緣內側布置有大尺寸襟副翼,沒有外側副翼。前緣縫翼形成了一個明顯鋸齒,能夠產生渦流來改善外翼段上表面氣流動態,在高速下增強操控性和降低誘導阻力。
機翼後緣內側布置有大尺寸襟副翼,沒有外側副翼
BTX-1機身兩側有突出的邊條,作用是在大攻角下產生脫體渦對機翼上表面氣流產生有利干擾,推遲氣流分離,降低失速速度。邊條的平面外形與「超級大黃蜂」接近。
邊條上方外側安裝了兩個小尺寸擾流片,作用可能與「經典大黃蜂」的邊條擾流片一樣,用於控制渦流的方向,避免衝擊垂尾引發抖振。M-346教練機在相同位置也有兩片擾流片,作用也可能類似。
邊條上方外側安裝了兩個小尺寸擾流片,作用可能與「經典大黃蜂」的邊條擾流片一樣
固定式進氣口位於機身兩側,外形類似於「鷹獅」,內側有附面層隔板。
前三點式起落架輪距較窄但軸距合理,前後起落架可能都來自F-16。前起落架位置靠後,位於教官座椅下方,向前收入輪艙。主起落架支柱上集成了著陸燈,也向前收起,所有起落架是單輪形式,都配備了單塊式艙門。
前三點式起落架輪距較窄但軸距合理,前後起落架可能都來自F-16
波音公司稱BTX-1的座艙採用了「體育館式座椅」,其實就是后座位置高於前座以保證教官的前方視野。但這個「體育館式座椅」的前後高度差不是很突出,也許是考慮到不過分增大阻力的結果。
座艙空間寬敞,完全適合聯合初級航空訓練系統(JPATS)中規定的7級體形飛行員,身高從162-195厘米,坐高從86-101厘米,體重從72-105千克。
T-38一度被美國空軍稱為「一個通向戰鬥機的瓶頸」,因為其座艙對矮個子飛行員不友好,坐姿過低導致機鼻上方的視野受限,腳夠不到方向舵踏板,手也夠不到控制台。飛過洛馬T-50的飛行員曾抱怨過該機座艙小而局促,所以T-X的座艙適應性會成為競標獲勝的一個重要因素。
但這個「體育館式座椅」的前後高度差不是很突出,也許是考慮到不過分增大阻力的結果
BTX-1的全數字玻璃座艙是「乾淨、直觀、可重構」的,設計上類似於第五代的F-35A,同時結合了嵌入式訓練。座艙採用了類似F-35的單塊大尺寸顯示器(LAD),可設置成分區顯示不同內容來模擬F-22或其他戰鬥機的座艙,該機配備了側置操縱桿。
鉸接式座艙蓋向右開啟,右側邊沿安裝了5個鉸鏈,風擋為單塊式,前后座艙被座艙蓋內的平板玻璃隔開。
前座配備了一個小型平顯,不是現代戰鬥機常用的衍射平顯。可假設T-X機組將採用某種形式的頭盔顯示系統,至少是在最後階段的訓練中。
BTX-1的機鼻扁平,類似於F-20「虎鯊」戰鬥機和後期型F-5E「老虎」的機鼻。這種機鼻是諾斯羅普公司在研製RF-5E「虎眼」偵察機時在早期風洞測試後發明的,扁平橢圓形截面機鼻能夠解決該機在大攻角下的方向穩定性問題。
BTX-1的機鼻扁平,類似於F-20「虎鯊」戰鬥機和後期型F-5E「老虎」的機鼻
前景
波音公司表示BTX-1並不是原型機而是生產型,試圖以此來說明自己的設計是低風險的貨架產品。第一架飛機將在今年年底開始試飛,擴展飛行包線,評估關鍵性能參數,初始試飛將持續幾個月。從這點看該機執行的還是原型機任務。
然後波音會用兩架飛機向美國空軍展示BTX-1的性能、可負擔性和可維護性優勢,從這點看更像傳統的驗證機任務。所以波音現在就把它們稱為生產型似乎為時過早。繼兩架原型機之後出現的是至少3架EMD飛機。
美國空軍會在今年12月發布T-X的最終方案徵求書(RFP),在明年選出獲勝者並簽訂正式合同。T-X項目有望在2018年1月達到工程製造與發展(EMD)里程碑,在2024年實現初始作戰能力(IOC)。各競爭團隊都希望自己的T-X設計在獲得美國空軍大單後繼續獲得利潤豐厚的出口訂單。
與其他團隊相比,波音團隊的BTX-1為美國空軍的要求和任務進行了深度優化,可滿足美國空軍對未來假想敵飛機的所有要求,機腹有一個掛架可掛載行李吊艙,如有必要也可以在翼下增加武器掛點。
但波音要想獲勝,就必須證明自己的BTX-1比那些衍生自現有機型的設計更便宜才行,也就是說採購成本和全壽命成本都低於成熟設計的T-50A和T-100。如果BTX-1比這兩飛機更昂貴,那麼其性能優勢也就被抵消了。
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