最美黑蝙蝠，YF-23的氣動布局解析，兼談ATF之敗

儘管是個失敗者，沒有那架飛機象YF23這樣還留有殘念，世界各地的YF 23粉絲非常多，很多人至今仍然固執的認為YF23比F22更漂亮，每當美國空軍有新的飛機設想時，總有不少人倡議復活YF23或者在其基礎上繼續發展。到底是什麼特質讓這麼多人念念不忘？

YF23外號黑寡婦，從這個角度看，很像地獄出來的魔鬼黑蝙蝠，銳利冷酷兇殘，讓人望而生畏

ATF（先進戰術戰鬥機）的空氣動力學基礎研究始於1976年，在結合前期DRAPA的研究基礎上，美國7家飛機公司參與了AIAA組織的未來戰鬥機的氣動布局研究工作，由AIAA牽頭，發布設計階段性目標，投標公司送報研究計劃和具體的方案布局，以及實體的模型。

名詞解釋：DARPA：美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency），簡稱DARPA，是美國國防部屬下的一個行政機構，負責研發用于軍事用途的高新科技，不折不扣美國高精尖軍事黑科技的搖籃，提供各種前沿的無敵腦洞，奇思構想，當然，大部分項目都是失敗的，偶爾成功的幾個就震動世界，比如互聯網就是這個夥計的傑作之一。

AIAA：美國航空航天學會 American Institute of Aeronautics and Astronautics（AIAA），全球最大的致力於航空、航天、國防領域的科學和技術進步和發展的專業性的非政府、非贏利的學會，簡單點說，就是歐美航空航天牛人協會，所有先進的航空航天技術都在裡面有研究報告，定期解密一批絕密的航空航空技術報告出爐，精品無數，事故教訓無數，全世界航空航天領域專業人士人人拜讀。

AIAA評議出較有希望或者希望搞清楚優劣的飛機方案分別進行風洞實驗，研發費用由美國空軍授予。這一研究計劃持續了大約10年，有5家公司在計劃中堅持到最後，這是首次從頂向下的設計研究計劃，也是全球首次在相同的研究條件，參數設定，相同的研究設定點等條件下的定量，定性研究，它為美國的飛機公司帶來了大約400個不同的飛機構型的詳細空氣動力學數據，也同時收穫了這些數據的橫向對比體系，這是美國經過50年代航空大躍進以後第一次進行規模化的科研活動，它有力的將美國飛機公司的科研水平和原來那些失敗的開始逐漸遠離國防的飛機公司重新拉回競爭第一線。

諾思羅普從1978年開始同時參與美國空軍最重要的三個絕密項目，B2，F117，ATF，這三個計劃都和隱身技術有關，很顯然，在電子技術領域領先的諾思羅普在這個領域有獨特的優勢，因此，諾思羅普設計了具有其公司典型發展特點的基礎研究平台Tacit blue默示藍驗證機，這是一個非常重要的飛機，它是諾思羅普設計思想的主要架構，默示藍顯示了一系列特徵，這些特徵在後來諾思羅普的產品中幾乎是完全得到發揮，比如接近六邊形截面的連續弧形曲面設計的機身，梯形機翼，機翼上有複雜的飛行控制翼面，V形尾，U型發動機噴流槽，這些技術特徵在B2，YF23，全球鷹，乃至於最近試飛的Model 401驗證機都清晰可見。

默示藍驗證機，長相怪異，就像玩具，進氣道都埋在脊背幾乎看不見，機頭胖嘟嘟，嘴巴崛起

默示藍為ATF項目驗證了低可探測性加入到戰鬥機設計的可能性，同時也驗證了諾思羅普的梯形翼+V尾的設計相關的飛行控制邏輯和飛行穩定性，可靠性等等。1985年美國空軍正式進行技術展示和驗證階段工作，這階段將從紙面的設計方案中選出兩種進行工程建造，最後形成兩架相互競爭的驗證機。經過激烈的競爭，最後諾思羅普和洛克希德各自贏得這項6000萬的合同。

YF23首次展示在1990年6月30日，黑色的飛機，流暢的曲線，不同常規的布局和設計，宛如外星來的神秘產物，一下就抓住了全世界的心。

YF23一出場，就是一副狂拽酷炫吊炸天的彪悍姿態，震驚了全世界吃瓜群眾

YF23氣動布局既簡單，又不簡單。它採用了無尾結構，但是卻又不是常見的無尾三角翼的結構，YF23的機翼是一對梯形翼，只是這對梯形翼有很大的前緣後掠角和後緣前掠角，這就很有趣了，從飛機的飛行力學特徵上來說，這屬於典型的小展弦比平直翼，和F104，F/A-18屬於同一類，但是又因為前緣後掠角達到40度，在大迎角時，它又表現出一些中等後掠角的三角翼的特徵。平直翼通常很難有機會作為無尾布局出現，因為其根弦一般都較小，襟翼所在位置距離飛機重心太近，而YF23的後緣前掠角也達到40度，機翼根部弦長很大，襟翼位置足夠靠後，所以也能象大後掠的三角翼那樣提供足夠的操縱力矩。

從腹部看，YF23很像一隻肥肥的花蝴蝶，肚皮很寬，機翼很大

YF23機頭提供了狹長的邊條，機翼屬於中等後掠角小展弦比梯形翼，升力斜率，升力係數等都和典型三代機F16，F18相似，但是YF23採用了超低的機翼載荷的飛翼一體化升力體設計，在升力係數和升力斜率相似的情況下，翼載荷僅有三代機的2/3，這意味著飛機會在比三代機小的多的迎角下機動，這時的阻力更小，剩餘的推力更大。

從做個角度看，可以看到銳利無比的機頭邊條

YF23的總體設計都體現出為了減小阻力的極度優化，為了換取高的超音速升阻比，飛機採用機翼一體化的升力體設計，機翼很薄，相對厚度小於3.5%，機身和發動機都類似於蘇27那樣以短艙形式附加在機翼上。

YF23為了盡量減小飛機的截面積，採用串列彈艙，利用拉長的機身，將主彈艙和格鬥彈艙串列在機身上，它截面積最大的地方僅有進氣道進口的一部分和主彈艙，以及少量機身結構，而F22則是整個主次彈艙，整個進氣道，還加上部分油箱都堆積在機身中部，YF23的機身截面積分布比F22要好，再加上本身長細比更高，超音速時阻力係數小20%以上，超音速升阻比大15%以上。

YF23彈倉串聯起來，機身顯得比較細長，阻力相對較小，超音速性能嚴重加分

YF23有一對巨大的全動V尾，它外傾斜角度較大，是能同時提供方向和俯仰兩個方向配平的，它可以給飛機提供額外的俯仰控制力矩，有利於進一步提高飛機的控制能力和機動性，但是V尾的存在本身是讓飛行控制系統變得更加複雜化，V尾的方向動作是需要副翼進行姿態補償的，不能完全獨立發揮作用，而俯仰控制又需要和襟翼進行許可權分配，YF23的飛行控制系統相當的複雜，這種複雜到大迎角階段襟翼的控制失速以後，V尾又處於機身的強下洗流和部分機翼下洗流中，控制的非線性很厲害，所以，儘管飛機在風洞中表現出了60度以上迎角飛行能力，但是在YF23整個試飛的過程，沒有展示任何大迎角飛行能力。

超大型的全動V尾，隱身加分，但是機動性大大減分，操縱過於複雜，負擔太重，這是最大的隱患

整體上來說，YF23的氣動布局是基於優化超音速阻力和超音速機動性作為設計點的，其本身的氣動技術依靠參數也能完全碾壓三代機的性能，飛行測試中發現，儘管沒有採用推力矢量控制，YF23在亞音速機動中無論是加速，爬升，還是盤旋，滾轉，機頭指向等等指標，都全面優於伴飛的F15，F16.

YF23的超音速性能特別出色，在驗證飛行中，僅有YF23在安裝兩種發動機的情況下全部超過了設計的超巡速度指標，安裝YF120的YF23在未達到設計推力時就甚至飛到了馬赫1.6以上（交付YF23的YF120推力較小），在美國空軍模擬測試的空戰環節中，YF23的隱身特性和超音速特性結合表現異常出色，YF23還表現出很強的超音速機動性。

YF23：隱身無敵，超巡無敵，真是選美比賽的頭號大熱門，顏值爆表，學歷高，脾氣好

但是，YF23畢竟失敗了，它敗在哪裡？

首先是原型機設計的制導思想出了偏差，雖然美國空軍是給了6000萬，但是洛克希德根本沒打算用這個錢來限制自己，YF22的研製和製造花了接近2億。諾思羅普雖然也自己投入了一部分資金，但是為了降低成本大量使用了現有的貨架產品來組裝飛機，比如F15的起落架等等，YF23原型機出來時飛機的優化程度是低於洛克西德的。

另外諾思羅普的設計面對空軍要求的變化反應速度比較慢，空軍取消了反推力的要求後，YF23仍然決定不考慮這個變更，繼續按照老要求製造，以至於無法安裝有推力矢量控制的噴管，不僅在飛機機動性得分上影響了分數，還在飛機大迎角表現時因為沒有推力矢量控制，怕進入螺旋無法改出，不敢演示飛機的大迎角性能。

反應慢了半拍，沒有取消碩大的反推器，造成嚴重的機動性損失，客戶的要求就是聖旨呀！千萬拖不得！

最嚴重的問題主要出現在彈艙的設計和演示上，YF23隻設計了一個真實的彈艙，但這個彈艙僅僅只能開門關門，沒有實際的掛載，另一個彈艙沒有具體做出來，僅僅在飛機示意圖上有所表示，而競爭對手在演示飛行中表演了發射AIM9和AIM120，顯示飛機的設計研發進度和速度遠超諾思羅普。

儘管YF22沒有和YF23進行過任何模擬空戰，也沒有真正意義上的比較極限性能，但是，美國空軍確實將兩者進行了橫向的直接比較，YF22的控制成熟度的優勢讓飛機在試飛過程的機動性壓倒了YF23，YF22表現出了能力，而YF23表現出的僅僅是潛力。

而極限性能方面，因為氣動布局的關係，YF22在低速端有相當大的優勢，而YF23則在高速端優勢明顯，美國空軍經歷了2代機的冒進後對飛機亞音速機動性是近乎頑固的檢查，儘管YF23也完全超越空軍的設計要求，但是被對手PK下去了也是事實。

YF22短粗顏值較差，但是亞音速機動性超好，嚴重打動了越戰時期慘遭敵機追殺的老飛行員的玻璃心

壓倒YF23的最後一根稻草是諾思羅普的項目管理能力，在B2項目中，諾思羅普屢屢拖延，超期，費用惡性膨脹。ATF驗證機中，諾思羅普又表現出計劃管理的弱點，YF23的技術成熟度低，整機方案造價比YF22高20-30%，進一步發展需要更多的時間和發展費用，還有很多方面的性能未經驗證，尚存在相當大的風險。於是，YF23遺憾的敗北了。

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在美國的競爭體系下，非常規的布局在最近30年中很難獲得成功，常規布局的低風險總是獲得利益的那一個，YF23和YF22的故事最後在X35與X32間又重演了一次。

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