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断箭断箭!功败垂成的阿弗罗CF-105   

2017-03-01 10:05:11|  分类: 航空知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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司古  (原文及高清档案照片刊载于《航空知识》2017年第3期)
当阿弗罗CF-105“箭”腾空而起的时候,加拿大距离世界最先进战斗机只有一步之遥,然而一个恍惚之后,一步之遥却变成了千里之外。
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1958年3月25日,一架被称作CF-105阿弗罗“箭”的全天候超声速截击机从加拿大安大略麦尔顿第一次冲上蓝天。这是加拿大航空工程技术人员历时4年奋斗取得的成果,那一刻全世界都以敬仰的心情看着加拿大航空技术的硕果。加拿大人看到了美好的开始,却猜不出结局:这颗果子并未鲜亮多久。1959年2月20日,加拿大政府下令取消“箭”项目,那天恰逢星期五。此后,“箭”就如同从未存在过一样,成了加拿大人心中挥之不去的痛楚。
“箭”的诞生要追溯到1953年加拿大空军的装备研发计划。当时加拿大已经拥有了CF-100喷气式战斗机,但这种平直机翼的亚声速飞机显然无法及时有效地拦截速度更高的轰炸机或战斗机。为此加拿大空军提出研制高速喷气截击机的需求。阿弗罗加拿大公司提交了方案,其中包含5种三角翼布局。当年7月,加拿大国防部选择了其中一种翼面积为110平方米的方案,这一方案就是CF-105计划的发端。
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首飞成功后,阿弗罗技术团队将试飞员贾努兹?祖拉科夫斯基举起庆贺。


身披枫叶旗的创新之箭
“箭”的外观给人留下最深印象的便是巨大的三角翼。技术人员认为三角翼是在高空高速条件下最具气动效率的机翼形式,同时还能为大航程所需的大量燃油提供充足的存储空间。为了保证大迎角时的稳定性,机翼配备有前缘锯齿,内段的前缘可以向前伸出,形成开缝襟翼。这些技术特点曾被单独应用在其他飞机上,如英国电气公司F-23上的前缘锯齿,格鲁曼F-9的前缘襟翼,以及F-102(F-106“三角标枪”的前身)上的前缘下倾。今天,大多数战斗机都把这些方法组合使用,俄罗斯米格系列和美国F/A-18“大黄蜂”都是如此。F/A-18早期原型机还使用过前缘锯齿。但在当时,把这些方法组合使用还是一种大胆的创新,其结果就是让“箭”获得了优异的气动特性。“箭”在机翼设计上另一个重要特点是采用了负拱形,这有利于减少超声速飞行时维持稳定和控制所需的升降舵偏转量,还能够减少由于升降舵偏转量增大所带来的阻力,这已经属于后来的超临界翼型概念。
在机身设计上,“箭”成功运用了面积律。除了机身与机翼连接部位进行了瘦身处理外,驾驶舱也被设计成了机身的一个延伸部位,而不是一个独立的气泡。座舱盖的设计也与众不同,框架采用镁合金制作,舱盖采用向两侧打开的蚌壳式设计。
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1957年10月4日首次公开的25201号“箭”,不过那天苏联人的卫星更具风头。

“箭”采用了模块式内藏武器舱设计。事实上,“箭”的武器舱只能在地面上拆卸。地勤人员可以预先装填好武器舱,再把它直接塞入机身,显著减少重新装填的时间。这一概念也能让“箭”快速转换武器装备配置,完成侦察或轰炸等任务。武器舱的个头不小,长4.8米,宽2.7米。在试验中,“箭”从未携带过武器。加拿大计划先为“箭”装备休斯公司“猎鹰”导弹,然后再换成“麻雀”2D。阿弗罗的工程师们认为“麻雀”并不适合“箭”这样的高性能战斗机,除非美国进行后续改进。在“箭”的武器包内,每一枚导弹都单独安装在液压机构驱动的可收放发射架上。由于“麻雀”弹翼较大,只能一部分露在武器包外侧。这一点和“狂风”携带导弹的方式有些类似:导弹置于内凹的区域内,但是没有采用可收放的发射机构。而尺寸稍小的“猎鹰”则可以完全置于机体内部。发射时,位于后方的导弹先发射,然后才是前方的导弹。阿弗罗工程师们计算过,如果外挂4枚导弹,马赫数1.5时阻力会增加20%。
有人认为没有其他飞机使用过类似的内置武器包设计,事实上CF-101“巫毒”就是个鲜明的例子,该机采用了一种旋转武器包,其中携带的部分武器完全位于机体内部,其余则位于外部。F-106“三角标枪”也应用了类似的内置武器包设计。内置式武器在隐身需求激增的背景下最终成为先进战机的潮流。
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阿弗罗加拿大CF-105“箭”设计蓝图(部分),从中可见“箭”的内藏武器舱及“猎鹰”导弹发射方式。

内置式武器包的设计给技术人员带来新的考验。因为如此巨大的武器包的存在,主起落架就不能收入机腹,只能安装在薄薄的三角翼中。这一难题最终被道蒂工程公司解决了,收起时,起落架会缩短,向前以一定角度转动,然后扭转收入起落架舱。“箭”的起飞重量接近30吨,着陆时主起落架承受压力高达近10吨,这就要求主起落架必须使用屈服强度非同寻常的超高强度钢。如此一来,铝合金首先被排除在外,焊接技术也难以应用。最终人们采用了大型铸件来制造毛坯。主起落架立柱的铸造毛坯重达454千克,而经过机械加工后的成品却只有75千克。设计如此高难的起落架把道蒂和阿弗罗的工程师们逼到了冶金研究的前沿。
早在设计之初,研究人员就考虑到控制这架超声速大型飞机需要辅助操纵力,他们选择的方案是采用自动飞行控制系统(AFCS),其设计理念就是后来的电传系统概念。在传统操纵系统上,飞行员对操纵杆和舵面踏板的操纵动作通过钢缆或连杆以机械方式传递给作动阀门,来控制高压液体驱动作动器,使控制面发生偏转。在军用飞机上,自动飞行控制系统、陀螺仪和位置传感器也都是通过操纵杆以机械方式连接到作动器。而在“箭”上,自动飞行控制系统在自动驾驶模式下,飞行员操纵杆和位置传感器通过电子方式与电动液压作动器相连。这样一来,稳定性、操纵命令和控制都同时在三轴上加以影响。采用电子管和晶体管技术制作的模拟计算机被用在了这套电传系统上,设计人员还为系统配备了尾翼自动稳定系统和人工回馈系统,让飞行员能够感知到操纵杆上的作用力。
在70年代以前,还没有战斗机能用上这样的自动飞行控制系统,除了一些试验飞机和SR-71“黑鸟”外。F-16和“狂风”战斗机都采用了模拟电传操纵系统,第一种应用数字电传系统的是F/A-18“大黄蜂”。“箭”的电传操纵系统究竟怎么样?试飞员斯普德?博托基(Spud Potocki)的话是不错的证明,他说在一次60度的全加力大角度爬升中,他可以关掉一台发动机,却感受不到任何侧滑和滚转。AFCS会自动对此作出补偿。

阿弗罗的杰作
阿弗罗公司集中全部精力,只用了4年就在1957年10月4日完成了第一架“箭”的制造。这一天,“箭”被推出厂房,首次向外界公开。不巧的是那一天苏联刚好发射了第一颗人造地球卫星,卫星立即抢了“箭”的风头,更为重要的是,苏联卫星开启的太空时代改变了人们对于防空的认识。1958年3月25日该机首飞成功,首席试飞员贾努兹?祖拉科夫斯基(Janusz Zurakowski)说,“箭”的驾驶感觉简直神奇,它超越了同时代大多数飞机。在第3次飞行中,“箭”就达到了马赫数1.1;第7次飞行中速度超过了1 600千米/小时。此外还有4架生产型“箭”也进行了试飞。“箭”试飞中达到的最大速度是马赫数1.98(约为2 080千米/小时),但这还不是“箭”的极限性能。
战斗机的性能全都仰仗发动机。阿弗罗公司很清楚研制优秀航空发动机的难处。“箭”最初的动力方案是罗罗RB.106,但由于英国方面研发进度迟缓,改由阿弗罗的子公司奥兰达发动机公司承接,研制一款强劲的“伊洛奎”涡喷发动机来填补两个“直径47英寸”(47英寸约合120厘米)的大窟窿。在“伊洛奎”完成以前,先行完成的5架“箭”使用美制普惠J75,称作Mk.I型,未来使用“伊洛奎”的则称作Mk.II型。“伊洛奎”长约5.8米,直径1.2米,为了减轻重量,“伊洛奎”减少了压气机级数,采用了20%的钛合金部件。在制造钛合金压气机叶片时,奥兰达的分包商,加拿大钢铁发展公司拿下了精密铸造工艺专利。对于总重量超过27吨的“箭”,两台“伊洛奎”可以提供16.4吨推力,这意味着“箭”能实现1:1以上的推重比。单从推重比来看,“箭”完全有能力超过马赫数2甚至3,唯一的限制因素是结构加热极限,而不是动力。
1957年11月1日,“伊洛奎”试车时实现了9 000千克干推力。12天后,“伊洛奎”装在一架B-47飞行平台上进行飞行测试。在5 000米高度,测试人员启动了“伊洛奎”,B-47立即开始迅猛加速,以至于测试人员担心飞机难以承受巨大加速过载,最后干脆关闭了B-47自己的全部6台发动机——整个测试平台全靠一台“伊洛奎”提供飞行动力!“伊洛奎”研发总成本不超过9 000万美元,这相对于一款北美乃至全球最为强悍的涡喷发动机而言,绝对算是物超所值。可以说“伊洛奎”是加拿大航空动力产业曾经达到的世界级边界,此后就离此渐行渐远了。
试飞过的5架“箭”各配备2台美制普惠J75,每台能提供8 100千克推力,加力推力11 800千克。在“箭”项目被加拿大政府放弃时,第6架“箭”已经完工,它安装了两台动力更加强劲的“伊洛奎”发动机,单台推力10 442千克,加力推力可达13 620千克。技术人员估计,如果这架“箭”升空,有望打破任何战斗机的速度纪录。
“箭”项目中没有制造过原型机,所有的“箭”都是生产型。为了从绘图板直接走向生产线,技术人员们除了完成大量繁琐的风洞测试、结构和系统测试外,还建造了详细的大比例模型来检查系统安装情况。研发用的工艺装备从设计之初就按照批生产标准实施,一旦研制完成,这些工艺装备可以直接转入批量生产。在测试飞行稳定性时,技术人员还设计了一种1/8的大比例自由飞模型,上面安装了各种测试和通讯设备,然后把它利用“奈基”导弹助推器发射升空,使其进入自由飞。在自由飞阶段,模型会把阻力和稳定性等各种飞行参数发送回地面。最终这些不锈钢制成的自由飞模型坠入了安大略湖,也许有一天潜水爱好者们会找到它们。
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“箭”打破了原型机与生产型的界限,从一开始就按批生产标准进行。图为装配线上的“箭”。

CF-105体现了技术先进性,拓展了飞行性能的疆界。制造技术和质量控制水平令人欣喜。管理水平和工艺方法都有创新。数千名阿弗罗加拿大员工想法设法加快制造。那时阿弗罗加拿大公司的工人每天都会尽早赶到公司,只为了穿过厂区时能看看“箭”的进展,那时的麦尔顿,“箭”是最大的话题。
阿弗罗箭的设计团队认为,配备了“伊洛奎”发动机的“箭”Mark II飞行速度将能轻松闯过2马赫大关。虽然最终只有5架Mark I进行过飞行,但它们仍然创立了一系列设计和飞行性能的新标准。
试飞员祖拉科夫斯基评价说,“箭”的操纵品质和性能与预期十分吻合。在第7次试飞中,他在47 000英尺(约14 300米)飞到了马赫数1.52,而且还是在爬升状态下。他强调说自己当时仍然在加速,飞机还有剩余推力,操纵良好。唯一驾驶过“箭”的加拿大空军飞行员表示,该机性能与预期一致,符合所有既定要求。
“箭”的确很不错,但也有一些问题。在飞行试验过程中,曾出过两次严重的事故。第一次事故发生在第11次试飞,当时飞机左侧主起落架未能正常放下,导致飞机冲出跑道。在第2架“箭”的一次着陆中,主起落架上所有的轮子都因与地面摩擦严重导致最后全部爆胎,飞机再次冲出跑道。调查显示在飞机接地时,升降舵下偏,导致尾部升力增加。这促使飞行员作出过度纠正动作,短时间内使用了过大的刹车压力,导致轮胎抱死。其他的问题还包括前起落架舱门关闭失灵,以及指示灯和开关故障等。每一个问题都被依次解决了,“箭”似乎正在走向顺利的彼岸。
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1958年11月11日,25202号“箭”在试飞降落时冲出跑道,不算太严重的事故,很快修复完毕。

加拿大人自己折断了利箭
就在箭首飞之后不到一周,保守党赢得了联邦大选。新成立的保守党政府立即开始重新评估原来自由党政府所作出的各种财政预算项目,其中就包括阿弗罗“箭”项目。新任总理约翰?迪芬贝克(John Diefenbaker)公开宣称对阿弗罗“箭”项目的费用表示担忧。1958年9月,新政府宣布将在未来6个月内对所有财政支出项目进行审查。当时,核武器威胁论盛行,加拿大政府希望能装备美国“波马克”防空导弹系统,以此对抗可能来自红色苏联的核导弹或核弹载机。虽然加拿大堪称北美防空圈的北部围墙,但美国不会免费提供“波马克”给加拿大,在耗费巨资引进关乎国家生存的“波马克”的同时,加拿大是否还有足够的财力支持阿弗罗“箭”项目,不少政府要人都对此表示悲观。用更接近事实的角度看,阿弗罗“箭”的出现其实过于超前,在当时,核武器和导弹攻防论让一切截击机都显得过时。
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试飞中的25203号“箭”
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1959年1月11日首飞的25205号“箭”

大刀最终落下的时候,阿弗罗箭项目总费用已经达到了约4.7亿美元。阿弗罗加拿大公司简直山崩地裂,高层管理人员和工程技术人员纷纷辞职,超过14 000名技艺娴熟的产业工人流失,这是加拿大航空工业史上最为严重的损失。到1959年,许多阿弗罗加拿大工程师前往NASA效力,其中包括约翰?霍奇(John Hodge),后来曾担任“水星计划”飞行副主任、“双子计划”飞行主任,“阿波罗计划”的飞行主任也是他。另一位迷失的大牛吉姆?钱伯伦(Jim Chamberlin)则成了NASA太空任务团队工程技术组主任。“箭”项目重要工程师吉姆?佛洛伊德(Jim Floyd)很大程度上负责整个工程,曾是阿弗罗工程技术副总裁,他后来回到英国,担任“协和”等诸多高技术项目顾问。其余一些工程师则去了麦克唐纳、波音和其他飞机制造商任职。而在阿弗罗加拿大公司,剩下的200名工程师继续坚守,他们后来完成的诸多项目中,最为著名的就是“阿弗罗飞车”,这是一种试验型碟形垂直起降飞行器,原本用于竞标美国空军项目,但最终未能成功。1962年,阿弗罗加拿大公司宣告关闭,留下一连串未能完成的概念和方案,其中包括垂直起降型CF-100、超声速跨大西洋运输机、概念空天飞机以及单轨列车概念。
然而,阿弗罗加拿大的死亡,从断箭那一刻就已经开始。“箭”项目被宣判死刑后两个月内,5架已经完成的具备飞行条件的“箭”,以及即将完成飞行准备的第6架,统统被严令拆解销毁。生产线上处于各个阶段的31架在制品“箭”,以及所有相关部件、图纸、工艺装备和照片资料也被全遭销毁。之所以做得如此残酷彻底,据说是为了防止CF-105项目的秘密资料落入间谍之手。销毁机体的工作被交给了位于汉密尔顿的萨姆科钢铁公司,全部5架“箭”完成品都被用氧炔割炬加手工切割成碎块,而那些装配线上的半成品据说则是用推土机直接碾碎的。留存资料显示销毁工作在1959年5月18日开始,7月17日完成。

悬疑与纠葛
一份最近解密的1960年6月1日美国国防部副部长备忘录如此表述:在国家安全委员会1958年12月文件出台以及1958年7月美国总统访问加拿大之前,加拿大根据他们的理解,认为加拿大的国防工业很大程度上要依赖于美国向加拿大的防务业务输出,为此加拿大取消了CF-105项目及其相关系统合约,决定最大限度使用美制武器,积极加入NORAD北美防御体系,与美国联合实现北美大陆的一体化防御。
显而易见,过度依赖美国的防务政策对于“箭”的夭折产生了推波助澜的效果。但在这条路上,加拿大最终发现自己的军事航空工业不可能以外部输血方式壮大,无可避免地走向衰微。
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“箭”侧后特写

“箭”项目本身的问题是费用不断超支,特别是阿斯特拉-“麻雀”II火控/武器系统研制迟缓,成本攀升速度惊人。最后关头,为了挽救项目,加拿大空军曾决定丢卒保帅,舍弃阿斯特拉-“麻雀”II,转而采购美国休斯航空公司MX1179火控/武器系统(配用8枚“猎鹰”导弹)。但此时加拿大政府已经铁了心加入北美防空圈,“箭”正在他们心目中变得无用。另一个不能忽视的因素在于,加拿大空军与加拿大政府没有建立起有效的沟通机制,后者对于一种技术指标如此先进,创新点如此众多的截击机的合理研制成本缺乏足够的认识,对于费用超支问题过于敏感。政府高层很难理解“未来战争是超级昂贵的战争”。加拿大计划引进的美国“波马克”导弹是一种装备核弹头的固体导弹,可以在天空制造恐怖核爆,顷刻摧毁苏联可能飞过来的任何东西,但这种导弹的射程仅为640千米,要保护加拿大绝对安全,“波马克”基地得星罗棋布才行。遗憾的是,当时加拿大总理迪芬贝克对“波马克”信任有加,计划斥资2亿美元引进部署,如此巨额资金产生的压力,也成为压垮“箭”项目的最后一根稻草。如果把这2亿美元用在“箭”上,加拿大空军可以拥有135架“箭”。
不论裁撤原因究竟是什么,加拿大为此付出的代价巨大,在工程技术领域和航空工业领域遭受的损失难以计算。当时的国际舆论就认为,“箭”项目取消后,许多国家都从阿弗罗工程技术团队流散中“获益非浅”。
在革命式的销毁行动过后,直到今天一些加拿大人甚至都不知道“箭”的存在,然而它确实曾是加拿大这个国家曾经历过的最具挑战性的航空工程。设计拥有“箭”的性能那样的超声速截击机,在当时会带来大量的技术问题,但加拿大工程技术人员成功系统地解决了它们。只不过由于加拿大政府疾风暴雨式的大清洗行动,“箭”在此后才被误解和疑惑所围绕。一个不争的事实是,“箭”不仅存在过,还曾经那样光彩照人。
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阿弗罗还为“箭”准备了火箭助推“零距离起飞”技术方案,用于执行紧急防空任务,如今这套蓝图收藏在加拿大创新档案馆。
 
本来阿弗罗“箭”应该是一个传奇,但最后却成为一个悲剧。在导弹攻防论面前,加拿大人在军事装备自主与外援方面做了非此即彼的选择,这个选择的筹码,是加拿大航空工业的前途,更不幸的是,那次加拿大赌输了。
曾经有一段真实的成功摆在加拿大面前,可是加拿大没有珍惜,反而用氧炔割炬和推土机把它化为齑粉。多年以后,回望那段差点显赫的时光,加拿大人发现,他们甚至失去了凭吊的资格。
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