百变“星”君前传——F-104 CCV.doc

F-104 CCV静不稳定先进电传试验机F-104“StarFighter”，大陆称为“星”式战斗机，港台称为“星战士”，鉴于美国的月亮特别圆，战斗机特别给力，所以F-104堪称是少见的毁誉参半的美制主力战斗机。一方面，2倍音速的F-104创造着飞行高度和速度的记录，另一方面，事故频发，既有“人操导弹”之美誉，也有“寡妇制造者”之佳名。无论如何，F-104却装备了15个国家，除美国自用之外，不乏德国、意大利等航空强国，且服役长达50年之久，其过人之处，自见分晓。由于F-104装备国家众多，且服役期限较长，所以出现了不少改型，常见的A、B、C、D、G、S什么的弱爆了，不在本文讨论之列，本文着重探讨一些比较少见，比较有趣的改型。F-104 CCV一口吃不成个胖子，F-104 CCV开始是没有鸭翼的首先，F-104 CCV并不是亲生的，而是德国这个后妈带大的。其次，它也不是直接用于作战的改型，而是研究用机。1970年代中期，在德国国防部的英明领导下，MBB集团发展了在F-104的基础上发展了CCV(control configured vehicle)，意为控制配置机。主要目的是研究四重余度电传飞控系统，并将其应用于高度静不稳定战斗机。F-104 CCV项目亦称为CCV-F104G。德国人自己对该项目评价极高，称之为世界上第一种纵向高度静不稳定战斗机。静稳定度是指气动中心到飞机重心的距离，气动中心在重心之后静稳定度为正，飞机是静稳定的；气动中心在重心之前静稳定度为负，飞机是静不稳定的。越稳定的飞机对于提高安全性越有利，但是对于操纵性来说却越来越不利。因为越稳定的飞机，要改变它的状态就越困难，也就是说，飞机的机动性越差。为了提高飞机的机动性，势必得放宽飞机的静稳定度。然而静不稳定的飞机，即使是在平飞状态，驾驶员也得时刻调整飞机舵面才能使飞机保持飞行姿态，不致于平空掉下来，而在战斗时想要随心驾驭这种高度敏捷的战斗机，不亚于天方夜谈。很典型的一个例子：一代神机“震电”，从理论上说有着傲视同侪的机动性，但其试飞员的评价却是：坑爹！试飞员表示：只有八爪鱼才能保持“震电”的正常飞行。常规的静稳定布局，机翼提供正升力，产生抬头力矩，气动焦点位于重点之后，而水平尾翼则提供负升力，形成低头力矩，两者配平保持飞机的水平状态。这种布局显然浪费了总体升力，增加了全机阻力。如果将飞机的气动焦点调整到重心之前，形成静不稳定布局，则水平尾翼也提供的是正的升力，而不会形成低头力矩。这样就大大提高了飞机总体升力，降低了全机阻力。然而说起来容易做起来难，这种静不稳定布局必须要配合先进可靠的主动控制系统，这就是CCV项目要解决的主要问题。因此，为了发挥这种静不稳定战斗机高超的机动性，或者退一步说，保持飞机能够正常飞行，就需要发展先进的电传飞行控制系统，使之主动控制飞机的状态。这就是德国发展CCV的初衷。开发先进飞控系统的难度非常大，不光要巨额的资金投入，还需要经验的积累，甚至还有血的教训，地球上能独立发展先进飞控系统的国家不算多，也就美、苏、英、法、德，至于中国，那是后话。瑞典即使拉出“鹰狮”也不行，因为瑞典自己搞不定，最后还是请美国人出马。用于发展CCV的F-104G是先天的纵向高度静稳定机。德国凭借数十年内的深厚功力，头次出手就将F-104的静不稳定度定为20%，胆色可谓豪壮。具体实现手段就是为F-104加上鸭翼，并在机身后部配置可抛弃的压舱物。安定性当然是用数字电传搞定，三重余度自监测的动作器控制液压动作器。MBB集团为此改造了一架福克公司生产的F-104G，编号为23+91，后来重编为98+36。改造工作充满了风险，是分阶段进行的。首先就是调校这架F-104，并加装必备的传感器，下一步是加上600千克（1323磅）的配重，这样就使重力中心位于空气动力焦点之前，形成静不稳定。后部配重随后取消，改为在前机身配重240千克（529磅），并在前机身装上附加燃油。此后，直到1980年，才copy了F-104的尾翼，将之加装到前机身上，形成鸭翼，用于将空气动力焦点移到重心上，机身上的“鼓包”容纳动作器。静不稳定试验始于为鸭翼机加装400千克（882磅）的配重，相对于空气动力弦长，将重心移动于空气动力焦点10%之后。通过抛弃配重，可将飞机转换回静安定状态。高度静不稳定状态则是通过增加660千克(1445磅)的配重，和调整机载燃油分配实现。翼尖副油箱的燃油用于在紧急情况下向飞机主油箱注油，恢复飞机的稳定度。鸭翼其实就是copy的尾翼，试飞经理埃尔温昆兹在20年后表示那时实在太穷了，而且这项光荣的政治任务时间表非常紧1980年12月，装了鸭翼的F-104 CCV，称之为E1构型，成功地从德国Mancihng首飞。在45分钟的试飞中，试飞员尼尔斯梅斯特（Nils Meister）控制着这架修改过的CCV。尽管新增的鸭翼显著地改变了飞机的飞行动力品质，但是CCV的飞控系统表现极为出色，在任何状态下保持了飞行的稳定。F-104 CCV的项目经理杰哈德鲁伯特表示：试飞的目的不仅在于获得数据，更重要的在于验证CCV系统的有效性。F-104 CCV研发团队由于工作成绩突出被全行业通令嘉奖，并被授予德国航空航天协会奖章。1977年12月到1981年12月，MBB一共完成了120次试飞。到1984年，F-104 CCV完成了176次试飞。试飞涵盖了飞机的全包线，包括超音速状态、静稳定状态和高度静不稳定状态。MBB的研究表明：较之常规的静稳定布局，采用纵向高度静不稳定布局，可以减少20%30%的阻力，还可以提升总升力，并可减少15%以上的起飞重量。主动飞行控制系统的优点包括：直接升力控制和侧向控制增进了武器投放精度；飞行包线内抑制振颤；缓和突发阵风使飞行员备感安心舒适；延长机身寿