傳統(tǒng)的航空航天智慧認(rèn)為，隱形和高性能 - 如物質(zhì)和反物質(zhì) - 不能成為朋友。一個(gè)地區(qū)的收益通常會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)地區(qū)的犧牲。以海灣戰(zhàn)爭成名的F-117隱形戰(zhàn)斗機(jī)為例。其鋒利的邊緣，突然的角度和平坦的表面使雷達(dá)波偏轉(zhuǎn)，從而提供令人印象深刻的隱身 - 同時(shí)藐視空氣動(dòng)力學(xué)定律。雖然它的時(shí)間令人驚嘆，但F-117的亞音速，非特技飛行能力強(qiáng)調(diào)了靈活性而不是敏捷性。相比之下，F(xiàn)-16是一款性感時(shí)尚，超音速的空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機(jī)，具有出色的機(jī)動(dòng)性 - 以及非常引人注目的雷達(dá)特征。今年4月，來自美國宇航局和麥克唐納道格拉斯的工程師推出了一種旨在證明傳統(tǒng)智慧錯(cuò)誤的飛機(jī)：X-36，一種非常靈活，非常隱身的戰(zhàn)斗機(jī)的子級(jí)遠(yuǎn)程駕駛示范。它以2800萬美元的甩賣價(jià)格開發(fā)，其工作是證明幾種基本但高風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù) - 在過去五年中，NASA和工業(yè)的工程師都在開發(fā)這些技術(shù)。這些技術(shù)包括：

加拿大設(shè)計(jì)與制造部門專注于對(duì)您而言至關(guān)重要的最新軟件和產(chǎn)品。深入探索生成設(shè)計(jì)，電子元件，3D打印，快速原型設(shè)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)等令人興奮的創(chuàng)新。學(xué)到更多!

“這些都是全新的技術(shù)，”美國宇航局X-36項(xiàng)目經(jīng)理Larry Birckelbaw表示，“我們認(rèn)識(shí)到任何潛在客戶都會(huì)猶豫不決，將它們?nèi)谌胂冗M(jìn)的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，而不必充分證明它們。這就是X-36。“

X-36是假想的40,000磅級(jí)飛機(jī)的28%級(jí)模型，實(shí)際上在其結(jié)構(gòu)中不使用雷達(dá)吸收材料。然而，基本配置將是一個(gè)隱形的車輛全尺寸。除了隱身之外，該設(shè)計(jì)還探索了重量和阻力的減少，以及范圍，機(jī)動(dòng)性和生存能力的改進(jìn)，以便可能應(yīng)用于未來的設(shè)計(jì)。

除了它在空中的職責(zé)外，X-36還為McDonnell Douglas提供了一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，用于展示幾種創(chuàng)新的工程和精密制造技術(shù)(參見“幻影工程”側(cè)欄)，例如：

的戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)是缺乏尾翼。“除去尾巴有一些明顯的好處，”麥克唐納道格拉斯項(xiàng)目經(jīng)理戴夫曼利說。“一個(gè)是較小的雷達(dá)標(biāo)志;另一個(gè)是減少阻力和重量。”切斷尾部可立即節(jié)省10%的質(zhì)量，并在RCS(雷達(dá)截面)中產(chǎn)生“相當(dāng)顯著”的下降。但最重要的是，消除了尾部的阻力。

當(dāng)然，在傳統(tǒng)的飛機(jī)上，尾部提供重要的穩(wěn)定性和控制力。這些必須以另一種方式在X-36上生成。另一種方式需要各種空氣動(dòng)力學(xué)表面。這包括兩個(gè)用于俯仰控制的大型前叉，以及主翼每側(cè)的外側(cè)后緣，兩對(duì)分開的副翼。副翼的上下表面可以單獨(dú)或一起移動(dòng)，以作為拖舵(用于偏航控制)和同時(shí)作為副翼。副翼的內(nèi)側(cè)是實(shí)心(非分裂)升降機(jī)，

“這一突破確實(shí)是鴨翼和分離副翼在空氣動(dòng)力學(xué)方面協(xié)同工作以產(chǎn)生所需的偏航，滾轉(zhuǎn)和俯仰速率的方式，”Birckelbaw說。“許多新技術(shù)都在控制法的發(fā)展中。”這些控制法則是單通道，全數(shù)字，電傳操縱飛行控制系統(tǒng)的核心。它重新出現(xiàn)在由德克薩斯州德州儀器公司(德克薩斯州奧斯汀市)三位數(shù)字信號(hào)處理器驅(qū)動(dòng)的麥克唐納道格拉斯開發(fā)的特殊計(jì)算機(jī)上，據(jù)稱可生產(chǎn)117 MIPS。船上需要這種實(shí)質(zhì)性的處理以保持車輛'檢查中固有的不穩(wěn)定性并考慮到擴(kuò)展規(guī)律。飛機(jī)的響應(yīng)隨著比例因子的倒數(shù)平方而變化 - 這意味著X-36比全尺寸響應(yīng)快1.89倍。

“我們相信這是任何控制系統(tǒng)必須運(yùn)行的最快速度，”Birckelbaw說。“如果不是最近用于車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字飛行控制法的硬件方面的進(jìn)展，你將無法駕駛這樣的車輛。”

最初，飛行控制軟件將基于從風(fēng)洞和CFD分析計(jì)算的值。但是工程師打算在試飛期間測量車輛的動(dòng)態(tài)，然后用飛行之間的實(shí)際值更新控制律。

推力矢量優(yōu)勢。盡管該車代表了一種假想的全尺寸超音速戰(zhàn)斗機(jī)，但X-36本身并不是超音速戰(zhàn)斗機(jī)。工程師既不優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，也不優(yōu)化高速飛行的機(jī)翼面積比。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)障礙，因?yàn)轱w行包線中最具挑戰(zhàn)性的部分發(fā)生在慢速端。“對(duì)于沒有尾部的車輛，超音速控制特性并不像低速，高攻角處理質(zhì)量那么困難，”Birckelbaw說。在這些條件下，機(jī)翼上的流動(dòng)會(huì)破壞，降低控制面效果。維持飛行控制是仍然分類的推力矢量系統(tǒng)的一項(xiàng)工作。

然而令人驚訝的是，X-36僅僅依賴于矢量推力來滿足其大部分處理需求。推力矢量對(duì)飛行不是必不可少的 - 這是一種有意識(shí)的安全功能。如果它失敗了，即使在一個(gè)堅(jiān)硬的位置，飛機(jī)也只能從控制面上獲得足夠的權(quán)力來壓制傾斜的推力并使其回家。“使用噴嘴，飛機(jī)的靈活性等于或優(yōu)于現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)，”曼利說。“沒有它，它可能是當(dāng)前戰(zhàn)士的85-90%。”

似乎是一項(xiàng)技術(shù)投資，可以提高靈敏度10%。這是因?yàn)橥屏κ噶肯到y(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在巡航期間出乎意料地發(fā)生。通過允許X-36在不偏轉(zhuǎn)任何拖曳引起的空氣動(dòng)力學(xué)表面的情況下以高速操縱，推力矢量大大改善了范圍。在巡航期間保持干凈，扣緊的配置也不會(huì)損害飛機(jī)的隱身性。

品脫表演者。X-36的大部分故事都圍繞著車輛的大小。作為美國宇航局“更好，更便宜，更快”理念的受益者，該計(jì)劃希望表明，以更少的資金獲得有用的結(jié)果是可能的。“官方的說法是，我們以三分之一的成本完成了它，成本的五分之一，”Birckelbaw說，“但我認(rèn)為它甚至比那個(gè)便宜。”

Lilliputian飛機(jī)命令Lilliputian價(jià)格也就不足為奇了。但“五分之一的成本”的數(shù)字比較其他量表過去的程序，如HIMAT，20世紀(jì)70年代的時(shí)代遙控試驗(yàn)飛機(jī)。在今天的美元中，曼利估計(jì)Himat將花費(fèi)7500萬美元。“我們真正追求的是空氣動(dòng)力學(xué)和控制一體化，”他說。“如果你把一名飛行員放進(jìn)去，并且全力以赴，你就要花費(fèi)數(shù)億美元來做這件事。”

令人驚訝的是，政府和行業(yè)團(tuán)隊(duì)可以在如此短的時(shí)間內(nèi)一起工作，資金和人員的方式很少。共識(shí)是該計(jì)劃是這種節(jié)儉的受益者，而不是受害者。在鼎盛時(shí)期，工作人員約有40人，各組織之間有很多共享。“如果你在這個(gè)計(jì)劃中最多隨時(shí)都進(jìn)入，你無法分辨出誰是承包商，誰是公務(wù)員，”Birckelbaw說。

麥克唐納道格拉斯的幻影工程，車輛的設(shè)計(jì)和制造，采用了許多低成本的制造方法 - 由必要性和測試新技術(shù)的愿望驅(qū)動(dòng)。低預(yù)算也導(dǎo)致政府對(duì)失敗的關(guān)注減少，從而減少了不必要的疏忽。“即使我們失去了兩個(gè)X-36示威者，我們?nèi)匀粫?huì)從這個(gè)項(xiàng)目中學(xué)到很多東西，”Birckelbaw解釋道。“對(duì)于1700萬美元，你甚至可能會(huì)失去更多，但仍然領(lǐng)先一步。”

測試從今年秋季開始，由愛德華茲空軍基地進(jìn)行一系列25次飛行。地面飛行員將從移動(dòng)數(shù)據(jù)采集車的駕駛艙站控制飛機(jī)。飛行員從嵌入通常為飛機(jī)頂篷的攝像機(jī)中獲取飛機(jī)前方的視圖。

起落架允許X-36自行起降 - 這是Himat無人機(jī)不存在的特征，必須從B-52上掉落。Goodyear(俄亥俄州阿克倫城)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了一套特殊的飛機(jī)輪胎，以承受X-36將產(chǎn)生的高輪胎轉(zhuǎn)速。在緊急情況下，可以部署位于模擬駕駛艙后面的降落傘，使飛機(jī)在起落架的最大垂直速率限制為14英尺/秒時(shí)漂浮到地面。

未來的計(jì)劃是否會(huì)采用X-36等項(xiàng)目鋪設(shè)的低預(yù)算道路，降低風(fēng)險(xiǎn)，并可能以更少的資金研究更多的設(shè)計(jì)?只有時(shí)間會(huì)給出答案。然而，對(duì)于Birckelbaw來說，這種方法的證明已經(jīng)存在：“這是展示這類新技術(shù)的最具成本效益的方式。”

幻影在作品中

位于麥克唐納道格拉斯先進(jìn)系統(tǒng)和技術(shù)幻影工程部門核心深處的膠合板支架是一個(gè)開放式玻璃纖維模具，工人在其上切割并鋪設(shè)復(fù)合材料以風(fēng)干并形成美國下一代戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身-demonstrator，X-36。并不是每個(gè)人都想象的成本是無對(duì)象制造的刻板印象。然而，這種方法代表了精益工程和生產(chǎn)方法，使得這種復(fù)雜，廉價(jià)的車輛的制造成為可能。

Phantom Works成立于1991年5月，是該公司新的高端前端。其作用：縮短技術(shù)和流程從研發(fā)到生產(chǎn)的過渡。怎么樣?證明X-36等程序的技術(shù)可以在將它們帶到主車間之前降低風(fēng)險(xiǎn)。

與洛克希德 - 馬丁傳奇的臭鼬作品的比較是不可避免的。Phantom Works原型中心副總裁Gerry Ennis說，不同之處在于，“我們不僅開發(fā)新技術(shù)和新工藝，還展示它們，然后將其轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)中。”麥克唐納道格拉斯總裁兼首席執(zhí)行官哈里斯通斯徹(Harry Stonecipher)指責(zé)恩尼斯完成了一個(gè)艱巨的任務(wù)，即組建一個(gè)不會(huì)隱藏在秘密外衣之下的組織，而是將工程思想培養(yǎng)在公司范圍內(nèi)。人們定期進(jìn)出該部門，遵循從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的程序。“那樣，”恩尼斯說，“他們的態(tài)度和想法可以感染整個(gè)組織。”

成為幽靈工作者需要什么?恩尼斯尋找通才，具有設(shè)計(jì)，分析和制造經(jīng)驗(yàn)的工程師，以及對(duì)飛機(jī)的熱情。“了解大局的人會(huì)產(chǎn)生更好的設(shè)計(jì)，”他說。

該部門始終關(guān)注成本。通過關(guān)注關(guān)鍵流程，Ennis認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)卓越的品質(zhì)和更低的成本。“就像勞斯萊斯和雷克薩斯一樣。通過專注于這個(gè)過程并取出手工勞動(dòng)，雷克薩斯以一定比例的成本推出了一款質(zhì)量相同或更好的汽車，”他解釋道。

以幻影作品為靈感的例子是關(guān)于C-17的2005制造業(yè)計(jì)劃。工程師完全重新設(shè)計(jì)了尾部，將零件數(shù)量減少了85%，緊固件減少了82%。高速加工 - 幾年前就無法使用 - 將許多獨(dú)立的部件組合成一個(gè)機(jī)加工結(jié)構(gòu)。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術(shù)和流程包括：

- 室溫固化復(fù)合材料，消除了在高壓滅菌器中烘烤零件所需的昂貴工具和時(shí)間

- 預(yù)涂層緊固件，簡化安裝，提供防腐蝕保護(hù)，每臺(tái)C-17可節(jié)省200萬美元的人工。

- 自動(dòng)纖維放置，可以更快地生產(chǎn)大型復(fù)合結(jié)構(gòu)

- 先進(jìn)的實(shí)體模型CAD(來自EDS的Unigraphics II)，允許工程師在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的各個(gè)方面使用單一模型。

控制在狹窄的地方

X-36面臨的一個(gè)更困難的挑戰(zhàn)涉及由Moog Inc.(East Aurora，NY)提供的控制表面致動(dòng)器的設(shè)計(jì)。為了保持飛機(jī)的隱身性，該車輛的工程師堅(jiān)持認(rèn)為沒有顛簸損壞其外觀。然而機(jī)翼太薄，無法容納傳統(tǒng)的執(zhí)行器。

穆格的設(shè)計(jì)工程師John Kopp說：“我們能夠讓所有東西都適合的唯一方法是將控制模塊或閥門邏輯與活塞分開，并用硬線連接它。”通常，歧管和致動(dòng)器僅相隔幾英寸。在X-36中，該距離延伸到大約10英尺，由于油量過剩而產(chǎn)生負(fù)載共振問題。工程師通過調(diào)整控制電子元件并添加特殊阻尼電路來解決這個(gè)問題。

總之，Kopp將17個(gè)通道的控制模塊功能重新定位到飛機(jī)的腹部 - 包括所有機(jī)翼執(zhí)行器，鴨式執(zhí)行器，推力矢量和起落架門的功能。它們由三個(gè)歧管供給，兩個(gè)有六個(gè)通道，一個(gè)有五個(gè)。每個(gè)歧管擠壓成大約2乘8乘11英寸的空間。

六英寸長的執(zhí)行器的活塞太小，無法在中心線上接受LDVT位置傳感器 - 通常的位置 - 因此Kopp將它們移動(dòng)到主要活塞旁邊的活塞上。穆格將執(zhí)行器的生產(chǎn)歸于Emco Fluid Systems(瓦倫西亞，加利福尼亞州)。每個(gè)產(chǎn)品在3,000 psi時(shí)產(chǎn)生約1,200-lbf，除活塞外全部由鋁制成，以降低成本;整個(gè)系統(tǒng)，執(zhí)行器和所有，重52磅。

通過使用Unigraphics II，Kopp可以輕松改變內(nèi)部鉆孔，以在單一設(shè)計(jì)中適應(yīng)不同的沖程。到目前為止，該公司已經(jīng)收到了其他需要微型執(zhí)行器的客戶的電話。而Kopp正在忙于將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)化模型，以便即時(shí)生成快速，定制的設(shè)計(jì)。