传统的航空航天智慧认为隐形和高性能如物质和反物质不能成为朋友

传统的航空航天智慧认为，隐形和高性能 - 如物质和反物质 - 不能成为朋友。一个地区的收益通常会导致另一个地区的牺牲。以海湾战争成名的F-117隐形战斗机为例。其锋利的边缘，突然的角度和平坦的表面使雷达波偏转，从而提供令人印象深刻的隐身 - 同时藐视空气动力学定律。虽然它的时间令人惊叹，但F-117的亚音速，非特技飞行能力强调了灵活性而不是敏捷性。相比之下，F-16是一款性感时尚，超音速的空中优势战斗机，具有出色的机动性 - 以及非常引人注目的雷达特征。今年4月，来自美国宇航局和麦克唐纳道格拉斯的工程师推出了一种旨在证明传统智慧错误的飞机：X-36，一种非常灵活，非常隐身的战斗机的子级远程驾驶示范。它以2800万美元的甩卖价格开发，其工作是证明几种基本但高风险的技术 - 在过去五年中，NASA和工业的工程师都在开发这些技术。这些技术包括：

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“这些都是全新的技术，”美国宇航局X-36项目经理Larry Birckelbaw表示，“我们认识到任何潜在客户都会犹豫不决，将它们融入先进的飞机设计中，而不必充分证明它们。这就是X-36。“

X-36是假想的40,000磅级飞机的28%级模型，实际上在其结构中不使用雷达吸收材料。然而，基本配置将是一个隐形的车辆全尺寸。除了隐身之外，该设计还探索了重量和阻力的减少，以及范围，机动性和生存能力的改进，以便可能应用于未来的设计。

除了它在空中的职责外，X-36还为McDonnell Douglas提供了一个试验台，用于展示几种创新的工程和精密制造技术(参见“幻影工程”侧栏)，例如：

的战斗机设计是缺乏尾翼。“除去尾巴有一些明显的好处，”麦克唐纳道格拉斯项目经理戴夫曼利说。“一个是较小的雷达标志;另一个是减少阻力和重量。”切断尾部可立即节省10%的质量，并在RCS(雷达截面)中产生“相当显着”的下降。但最重要的是，消除了尾部的阻力。

当然，在传统的飞机上，尾部提供重要的稳定性和控制力。这些必须以另一种方式在X-36上生成。另一种方式需要各种空气动力学表面。这包括两个用于俯仰控制的大型前叉，以及主翼每侧的外侧后缘，两对分开的副翼。副翼的上下表面可以单独或一起移动，以作为拖舵(用于偏航控制)和同时作为副翼。副翼的内侧是实心(非分裂)升降机，

“这一突破确实是鸭翼和分离副翼在空气动力学方面协同工作以产生所需的偏航，滚转和俯仰速率的方式，”Birckelbaw说。“许多新技术都在控制法的发展中。”这些控制法则是单通道，全数字，电传操纵飞行控制系统的核心。它重新出现在由德克萨斯州德州仪器公司(德克萨斯州奥斯汀市)三位数字信号处理器驱动的麦克唐纳道格拉斯开发的特殊计算机上，据称可生产117 MIPS。船上需要这种实质性的处理以保持车辆'检查中固有的不稳定性并考虑到扩展规律。飞机的响应随着比例因子的倒数平方而变化 - 这意味着X-36比全尺寸响应快1.89倍。

“我们相信这是任何控制系统必须运行的最快速度，”Birckelbaw说。“如果不是最近用于车载计算机系统和数字飞行控制法的硬件方面的进展，你将无法驾驶这样的车辆。”

最初，飞行控制软件将基于从风洞和CFD分析计算的值。但是工程师打算在试飞期间测量车辆的动态，然后用飞行之间的实际值更新控制律。

推力矢量优势。尽管该车代表了一种假想的全尺寸超音速战斗机，但X-36本身并不是超音速战斗机。工程师既不优化发动机进气口，也不优化高速飞行的机翼面积比。这远远不是一个障碍，因为飞行包线中最具挑战性的部分发生在慢速端。“对于没有尾部的车辆，超音速控制特性并不像低速，高攻角处理质量那么困难，”Birckelbaw说。在这些条件下，机翼上的流动会破坏，降低控制面效果。维持飞行控制是仍然分类的推力矢量系统的一项工作。

然而令人惊讶的是，X-36仅仅依赖于矢量推力来满足其大部分处理需求。推力矢量对飞行不是必不可少的 - 这是一种有意识的安全功能。如果它失败了，即使在一个坚硬的位置，飞机也只能从控制面上获得足够的权力来压制倾斜的推力并使其回家。“使用喷嘴，飞机的灵活性等于或优于现有战斗机，”曼利说。“没有它，它可能是当前战士的85-90%。”

似乎是一项技术投资，可以提高灵敏度10%。这是因为推力矢量系统的主要优点在巡航期间出乎意料地发生。通过允许X-36在不偏转任何拖曳引起的空气动力学表面的情况下以高速操纵，推力矢量大大改善了范围。在巡航期间保持干净，扣紧的配置也不会损害飞机的隐身性。

品脱表演者。X-36的大部分故事都围绕着车辆的大小。作为美国宇航局“更好，更便宜，更快”理念的受益者，该计划希望表明，以更少的资金获得有用的结果是可能的。“官方的说法是，我们以三分之一的成本完成了它，成本的五分之一，”Birckelbaw说，“但我认为它甚至比那个便宜。”

Lilliputian飞机命令Lilliputian价格也就不足为奇了。但“五分之一的成本”的数字比较其他量表过去的程序，如HIMAT，20世纪70年代的时代遥控试验飞机。在今天的美元中，曼利估计Himat将花费7500万美元。“我们真正追求的是空气动力学和控制一体化，”他说。“如果你把一名飞行员放进去，并且全力以赴，你就要花费数亿美元来做这件事。”

令人惊讶的是，政府和行业团队可以在如此短的时间内一起工作，资金和人员的方式很少。共识是该计划是这种节俭的受益者，而不是受害者。在鼎盛时期，工作人员约有40人，各组织之间有很多共享。“如果你在这个计划中最多随时都进入，你无法分辨出谁是承包商，谁是公务员，”Birckelbaw说。

麦克唐纳道格拉斯的幻影工程，车辆的设计和制造，采用了许多低成本的制造方法 - 由必要性和测试新技术的愿望驱动。低预算也导致政府对失败的关注减少，从而减少了不必要的疏忽。“即使我们失去了两个X-36示威者，我们仍然会从这个项目中学到很多东西，”Birckelbaw解释道。“对于1700万美元，你甚至可能会失去更多，但仍然领先一步。”

测试从今年秋季开始，由爱德华兹空军基地进行一系列25次飞行。地面飞行员将从移动数据采集车的驾驶舱站控制飞机。飞行员从嵌入通常为飞机顶篷的摄像机中获取飞机前方的视图。

起落架允许X-36自行起降 - 这是Himat无人机不存在的特征，必须从B-52上掉落。Goodyear(俄亥俄州阿克伦城)设计并生产了一套特殊的飞机轮胎，以承受X-36将产生的高轮胎转速。在紧急情况下，可以部署位于模拟驾驶舱后面的降落伞，使飞机在起落架的最大垂直速率限制为14英尺/秒时漂浮到地面。

未来的计划是否会采用X-36等项目铺设的低预算道路，降低风险，并可能以更少的资金研究更多的设计?只有时间会给出答案。然而，对于Birckelbaw来说，这种方法的证明已经存在：“这是展示这类新技术的最具成本效益的方式。”

幻影在作品中

位于麦克唐纳道格拉斯先进系统和技术幻影工程部门核心深处的胶合板支架是一个开放式玻璃纤维模具，工人在其上切割并铺设复合材料以风干并形成美国下一代战斗机的机身-demonstrator，X-36。并不是每个人都想象的成本是无对象制造的刻板印象。然而，这种方法代表了精益工程和生产方法，使得这种复杂，廉价的车辆的制造成为可能。

Phantom Works成立于1991年5月，是该公司新的高端前端。其作用：缩短技术和流程从研发到生产的过渡。怎么样?证明X-36等程序的技术可以在将它们带到主车间之前降低风险。

与洛克希德 - 马丁传奇的臭鼬作品的比较是不可避免的。Phantom Works原型中心副总裁Gerry Ennis说，不同之处在于，“我们不仅开发新技术和新工艺，还展示它们，然后将其转移到生产中。”麦克唐纳道格拉斯总裁兼首席执行官哈里斯通斯彻(Harry Stonecipher)指责恩尼斯完成了一个艰巨的任务，即组建一个不会隐藏在秘密外衣之下的组织，而是将工程思想培养在公司范围内。人们定期进出该部门，遵循从设计到生产的程序。“那样，”恩尼斯说，“他们的态度和想法可以感染整个组织。”

成为幽灵工作者需要什么?恩尼斯寻找通才，具有设计，分析和制造经验的工程师，以及对飞机的热情。“了解大局的人会产生更好的设计，”他说。

该部门始终关注成本。通过关注关键流程，Ennis认为可以实现卓越的品质和更低的成本。“就像劳斯莱斯和雷克萨斯一样。通过专注于这个过程并取出手工劳动，雷克萨斯以一定比例的成本推出了一款质量相同或更好的汽车，”他解释道。

以幻影作品为灵感的例子是关于C-17的2005制造业计划。工程师完全重新设计了尾部，将零件数量减少了85%，紧固件减少了82%。高速加工 - 几年前就无法使用 - 将许多独立的部件组合成一个机加工结构。成本下降了50%，尾巴重量下降了五分之一。

Phantom Works中正在研究的其他技术和流程包括：

- 室温固化复合材料，消除了在高压灭菌器中烘烤零件所需的昂贵工具和时间

- 预涂层紧固件，简化安装，提供防腐蚀保护，每台C-17可节省200万美元的人工。

- 自动纤维放置，可以更快地生产大型复合结构

- 先进的实体模型CAD(来自EDS的Unigraphics II)，允许工程师在设计和生产的各个方面使用单一模型。

控制在狭窄的地方

X-36面临的一个更困难的挑战涉及由Moog Inc.(East Aurora，NY)提供的控制表面致动器的设计。为了保持飞机的隐身性，该车辆的工程师坚持认为没有颠簸损坏其外观。然而机翼太薄，无法容纳传统的执行器。

穆格的设计工程师John Kopp说：“我们能够让所有东西都适合的唯一方法是将控制模块或阀门逻辑与活塞分开，并用硬线连接它。”通常，歧管和致动器仅相隔几英寸。在X-36中，该距离延伸到大约10英尺，由于油量过剩而产生负载共振问题。工程师通过调整控制电子元件并添加特殊阻尼电路来解决这个问题。

总之，Kopp将17个通道的控制模块功能重新定位到飞机的腹部 - 包括所有机翼执行器，鸭式执行器，推力矢量和起落架门的功能。它们由三个歧管供给，两个有六个通道，一个有五个。每个歧管挤压成大约2乘8乘11英寸的空间。

六英寸长的执行器的活塞太小，无法在中心线上接受LDVT位置传感器 - 通常的位置 - 因此Kopp将它们移动到主要活塞旁边的活塞上。穆格将执行器的生产归于Emco Fluid Systems(瓦伦西亚，加利福尼亚州)。每个产品在3,000 psi时产生约1,200-lbf，除活塞外全部由铝制成，以降低成本;整个系统，执行器和所有，重52磅。

通过使用Unigraphics II，Kopp可以轻松改变内部钻孔，以在单一设计中适应不同的冲程。到目前为止，该公司已经收到了其他需要微型执行器的客户的电话。而Kopp正在忙于将设计转变为参数化模型，以便即时生成快速，定制的设计。