F／A-18E／F机翼突然失速问题能调查经过和解决方案

在F／A-18E／F的试飞中暴露出来的“掉翼尖”（机翼突然失速）问题，一度使得F／A-18E／F项目发展陷于停顿。为此，美国军方协调多方研究力量对F／A-18E／F的机翼突然失速问题进行了详细的调查，并最终在实际试飞过程中找出了最佳解决方案。     

急剧机翼失速计划介绍

急剧机翼失速（AWS）计划已经用实验、计算和仿真工具研究了无指令跨声速的横向运动问题，比如自动倾斜问题。同时给出了制定AWS计划的背景以及计划的目标。为了了解导致预生产型F／A-18E不希望的运动的基本流动机制，从专用跨音速风洞试验和计算研究中搜集了定常和非定常流场详细数据。AWS计划也已经为跨音速流状态修改了自由滚转（FTR）风洞试验技术，该技术传统上用于低速横向动态稳定性的研究。这个FTR的能力首先在概念证明研究中被验证，然后应用于四个不同飞机结构的评定。对于两种已经被证实在全尺寸飞行状态（预生产型F／A-18E和AV-8B在极端飞行包线下）时容易发生自动倾斜的结构和两种没有表现出自动倾斜的结构（F／A-18C和F-16C）评估了静态试验和FTR试验的品质因素图形。已经从那四个飞机结构的气动力计算研究和F／A-18C与F／A-18E机翼之间的种种外形的影响计算量化中获得了正确的设计思想。最后，AWS计划在飞行之前对在模拟器中评定实验发现的横向动作对飞行性能的影响提供指导。     

F-35解决跨声速机翼突然失速问题

美国国防部曾协调动员各方研究力量和资源组成“国家队”来研究F／A-18E／F的跨声速机翼突然失速（AWS）问题，研究了一整套预测、模拟和解决战斗机跨声速AWS问题的重要方法和工具，这项研究成果，对预测和解决F-35的跨声速AWS问题发挥了重要作用。     

关于预测急剧机翼失速的CFD的建议

文章叙述了由NASA／Navy／Air Force共同参与的急剧机翼失速项目计算流体力学（CFD）成就，论述了计算结果，提出了用于确定未来飞机研制早期设计阶段非指令性横向运动特性的方法和建议，提出了用于预测和定量表示急速、剧烈机翼失速趋势的程序和品质因数，以及计划方案的缺陷。还包括用于确定跨音速流区域非指令性横向运动临界参数以及影响预生产型F／A-18E／F飞机有害横向运动的主要几何参数。另外，分析了F／A-18E在急剧机翼失速区域稳态CFD和平均时间精确计算法的区别，并与用来测定非稳态方法的应用与准确性的非稳态试验数据进行了比较。最后，对提出的可能作为急剧分离趋势因数的计算品质因数做了精确地评估，并提出了确定这种趋势的筛选程序。     

跨音速条件下非指令性横侧运动的历史回顾

文章论述了特定的军用飞机项目中跨音速条件下出现的非指令性横侧运动的研究结果。为NASA／海军／空军共同参与的急剧机翼失速项目研制计划提供了有用的定性资料和定量资料。由于在F／A-18E／F飞机计划研制过程中，其预生产型飞机在跨音速条件下出现了意外的、剧烈的机翼下倾运动，所以开展了急剧机翼失速程序的研究。这些非指令性横侧运动降低了飞机主要任务技术要求。虽然后来F／A-18E／F批生产型的上述问题得到了解决，但是，一个专门的高级考察小组强调，对上述现象还缺乏清醒的认识，并建议：“启动国家研究计划，以彻底、系统地研究机翼下倾现象。”由NASA／海军／空军广泛合作的急剧机翼失速项目的目的是提供所需要的技术要求。研究工作是对过去飞机研制计划中高亚音速和跨音速条件下出现的机翼下倾的历史回顾。需要特别留意的资料包括：出现非指令性运动和运动特性的特种飞机构型；飞机的几何特征；出现问题时的飞行状态；有关数据，包括风洞试验数据、计算数据和飞行试验数据；用于分析的品质因数；以及用于避免出现上述问题的方法。总结了过去经验教训，并提出了以后的研制计划。     

自由滚转跨音速试验能力的发展状况

作为NASA／海军急剧机翼失速项目的一部分，开发了一套相对廉价的、迅速使用的自由滚转试验装置。在这套装置上，可使用传统的高强度风洞实验模型进入风洞中一次就可以评估跨音速性能和机翼下垂／摇摆行为。总体目标是验证自由滚转试验技术的两个作用，即在地面试验期间鉴定重大的无指令横向行为的区域的作用，以及在跨音速状态洞察军用飞机机翼下垂／摇摆行为的作用。描述了试验硬设备和实验程序。已经成功地使用自由滚转试验装置评估了4种不同构型的静态和动态特性，两种在空中表现出无指令横向运动（预生产型F／A-18E和AV-8B），而另两种没有（F／A-18C，G-16C）。对于这些构型所获得的可用数据，自由滚转实验结果和实际飞行情况非常的一致。     

F／A-18E和F-16C急剧机翼失速特性的计算研究

运用静态计算流体力学（CFD）模拟，了解急剧机翼失速（AWS）现象的物理过程，确定静态品质因数（figures of merit），利用NASA兰利研究中心研制的TetrUSS模拟装置得到的纳维-斯托克斯算法是以四面非结构网格为基础的。通过在两种飞机上比较CFD模拟结果了解急剧机翼失速现象的物理过程。预生产型F／A-18E飞机构型在某些几何形状和气流状态下会出现急剧机翼失速，而F-16C飞机构型不存在这种现象。通过比较不同气流状态下两种飞机构型之间的详细流场，运用计算结果认识引起急剧机翼失速的原因。以这些方法为基础，开发了许多用来预测急剧机翼失速的静态品质因数。潜在品质因数包括升力的突然下降、翼根弯矩对迎角α的变化以及翼型升力随α的变化率。     

F／A-18E／F飞机的红外搜索与跟踪（IRST）系统完成试飞

美国《波音公司网站》2009年3月11日报道：波音公司F／A-18E／F“超级大黄蜂”红外搜索与跟踪（IRST）项目已成功完成了一系列风险降低试飞,验证了该IRST系统在F／A-18E／F飞机上的兼容性和效能。IRST是一个无源的、远距离传感器系统,它能够搜索并探测在其视场内的红外辐射。     

F／A-18E模型机翼急剧失速的跨音速实验观察

为了研究失速期间翼面上的流动原理，一个8％的F／A-18E模型在NASA兰利中心16英尺跨音速风洞中进行了跨音速风洞试验。使用的技术方法集中在力、力矩、压力以及压力敏感测量相关的静态（或时间平均）和不稳定风洞数据与不稳定风洞失速事件上。文章集中在F／A-18E飞机的试制批构型在M数0．90时获得的数据上。通过天平随时间的变化过程和压力测量以及通过对大量仪表信号的均方根（rms）计算，获得了机翼在失速过程中发生在机翼上的动态不稳定性。其次是概括了整个有关影响机翼失速过程的压力透视。通过分离迅速前移触发的不稳定事件观察8％F／A-18E模型感受的机翼急剧失速，在一个非常小的攻角增量范围内就能迅速地使分离从后缘前移到前缘襟翼铰链线。发生分离的攻角因试验而不同，攻角增量大于1。。使用压力敏感涂料观察了同时发生在两个翼段或不对称翼段上的机翼急剧失速。在深入了解发生在机翼上表面的流动结构和这些结构可能的不对称时，压力敏感涂料数据和机翼根部弯矩数据是必不可少的。8项静态数据试验进行的重复性分析为机翼急剧失速不稳定气动特性提供了一种快速、价廉的检验。重复性分析结果与用不稳定测量技术捕获的数据非常符合，该方法必将用于确定用专用仪表测量的、更复杂的不稳定数据的试验环境。     

海湾上空“杀人蜂”

F／A-18E／F“超级大黄蜂”是美国海军最新型战斗机，其中F／A-18E为单座型，F／A-18F为双座型。这种飞机可以执行侦察、对地攻击、空战等多种任务。2002年才开始部署在航母上，今年年初又随美军航母进驻海湾地区，为可能爆发的战争做准备。在美伊战争中，“超级大黄蜂”不仅首次执行了攻击任务，还在后来每天的战斗中，成为美军对伊拉克进行空中打击的必然选择。     

横向不稳定性的试飞评估

在研发F／A-18E／F“超级大黄蜂”的一次飞行试验过程中，当进行跨音速机动时飞机遇到了非指令滚转运动。被称为“翼下冲”的急剧大幅度横向不稳定现象削弱了飞行员在此飞行条件下有效执行空一空跟踪任务的能力。对前缘襟翼的一系列修改和在机翼折叠区域增加透气量解决了该问题。然而，由于缺乏与计算流体力学、风洞和试飞分析有关的确认品质因数，获得该答案是缓慢的。目前已经开发了一种利用试飞数据评估横向不稳定性的方法。横向不稳定性评估包括定性和定量两个方面的评价。飞行员进行定性评价，而定量评价是基于对滚转速度、滚转加速度、横向驾驶杆位置和倾斜角的分析。这项技术提供一种根据飞行试验可靠评估横向不稳定性程度的途径。在飞行员定性评价和定量的试飞数据评估之间取得了极好的相关性。     

用计算流体力学解读急剧机翼失速

文章描述了在为期4年的急剧机翼失速（AWS）国家研究计划中用计算流体动力学所做的工作及获得的经验；详细论述了在跨音速机动状态现代美国战斗机和强击机遭遇到的跨音速流的复杂特性，内容包括针对这种高度复杂、有激波诱导的大分离粘性流动的网格处理、计算存储器和处理器要求、湍流模型、定常和非定常计算以及高度复杂的雷诺平均NS方程解与脱体涡模拟方法的比较。对F／A-18C飞机、AV-8B飞机、预生产F／A-18E飞机和F-16C飞机的跨音速机动状态进行了CFD模拟。模拟了各种襟翼位置，并将计算结果与大规模的风洞数据进行了比较；将结构与非结构网格获得的结果进行了对比；通过对模型在风洞中获得的表面油流和压敏涂层（psp）试验结果的定性比较以及有试验结果的详细定量压力系数数据来评估不同CFD方程式的适用性和计算精度。对比了这些计算软件和在这次研究中涉及的每种飞机的试验数据之间的静升力系数。     

美国对F-35C跨声速非定常气动特性的研究

有些翼展较大并采用薄翼型的现代战斗机,在跨声速机动飞行时有可能会发生一侧机翼突然失速（AWS）的非定常气动现象,即所谓“掉翼尖”,严重影响飞行安全。F／A-18E／F就曾一度受困于这一问题。目前,技术人员担心采用了更大机翼的F-35C可能会面临同样的问题。由于现有的计算机流体动力学（CFD）和风洞试验技术手段很难精确模拟和预测“掉翼尖”现象,还需要通过实际的飞行试验进行验证。     

军用航空

波音公司和美国海军正在试验用于解决F/A-18E/F试飞中遇到的机翼下垂问题的三种途径.现在美海军深信,耗巨资重新设计机翼将不再需要.F/A-18E/F在高亚音速机动飞行过程中,机翼下垂达30度,造成驾驶员在空对空机炮作战过程中难以跟踪目标.流过机翼折叠处铰链整流罩的气流被认为是引起机翼不对称失速从而导致机翼下垂的罪魁祸首.     

F/A-18E/F机翼突然失速问题的调查经过和解决方案

在F/A—18E/F的试飞中暴露出来的"掉翼尖"(机翼突然失速)问题,一度使得F/A—18E/F项目发展陷于停顿。为此,美国军方协调多方研究力量对F/A—18E/F的机翼突然失速问题进行了详细的调查,并最终在实际试飞过程中找出了最佳解决方案。     

AIM-120D导弹研制中出现的问题

AIM-120D是雷神公司最新研发的先进中程空空导弹,也是AIM--120导弹家族中的最新型号。该导弹在研制过程中出现了导弹锁死、机内自检失效、与飞机的集成等问题,使得项目进度出现延迟。未来,该导弹将成为F-35、F-22A、F-18C／D、F／A-18E／F、F-15E等提高作战效能的有力武器。     

美国海军“超大黄蜂”最新改进等

美国海军对F-35的服役时间持怀疑态度，因而决定加快F／A-18E／F机队的更新速度。从今年夏季开始他们将测试计划于2013年装备的“分布式瞄准系统”（DTS）,将在2016年年底之前为F／A-18E／F装备波音公司正在研制的一种新型“红外搜索与跟踪”（IRST）吊舱，以减少因为需要安装内置式IRST系统的机身改装成本。     

军用航空

F/A-18F/F的机翼下垂问题F/A—18E/F在试飞中产生了严重的“机翼下垂”问题,美国空军承诺要在年前攻克这一问题.机翼下垂现象是在飞机大迎角机动期间,机翼失去升力时,产生30～40度的非指令滚转.通过.每个前缘襟翼内侧增加45.7厘米的长度,沿1.22米的其余前缘贴上40号砂纸,以及改变这些襟翼的交互作用方式,研究人员已把下垂降至5～10度.他们希望再作小量修改就可完全消除这种现象.官员们要求在签订第三个低速率生产30架飞机的合同前解决这个问题.这些修改要涉及62架飞机,有7架目前正在进行试飞.     

F／A—18E／F“超级大黄蜂”侧风起飞着陆包线扩展试验

F／A－18E／F“超级大黄蜂”的起飞着陆能力验证，是工程、生产和研究（EMD）计划要求的内容之一。在对称和非对称装载下，人们希望飞机有最大侧风起飞着陆能力（直到30kn)，以使舰载用户具有最大的灵活性。在试飞计划中，最富技术挑战性的科目之一是研究将要推荐给舰载飞行员的着陆技术。这项技术必须保障在飞行员可接受的工作量内有令人满意的进场操纵品质。此外，若在甲板上着舰，其接舰时的着陆载荷和着陆滑跑特性对确定这项最佳技术都是至关重要的。本试验对几种侧风着陆技术进行了评价，其中包括侧滑法（WDTR）、侧航及侧航进场着陆；在接地前瞬间蹬满舵或半蹬舵。本文讨论了F／A－18E／F“超级大黄蜂”的侧风起飞着陆包线扩展试验的试验方案、试验技术、安全问题、试飞结果及结论。     

F／A—18E／F雷达已作好升级准备

美国海军和Raytheon公司2003年年初计划在夏季继续生产之前希望克服最后的障碍,以进行F/A-18E/F的新雷达的关键试验。 Raytheon公司从2000年起就开发APG-79有源电子扫描阵列(AESA)系统。据海军雷达项目主管部门称,在6月份签订一个低速率生产合同以