推力矢量第一機,為何注定要以墜機而告終?

FunLife 2022/04/14 檢舉 我要評論

來看這架飛機,它正在空中做著相當花哨的機動動作,看起來絕對完勝F35和蘇37有沒有,簡直擁有和航模一個級別的飛行性能呀。

......等等,它難不成是......失控了?

是的,它的確是失控了,就在幾秒鐘之前,飛行員剛剛彈射逃生了。

好吧,這架飛機叫做X-31,是全世界僅有兩架中的一架。而且也是美國X系列試驗機中罕見的一款和國外機構合作研制的。

它的設計目標是專門用來驗證推力矢量技術的,所以本身的飛行性能的確也很強悍,你看,這是它在正常操作下的表現,是不是也能把你的下巴給驚掉呢。

那麼,它怎麼就失控墜毀了呢?

1983年,德國MBB公司拿著圖紙,輾轉找到了美國人,問他們有沒有興趣一起來研發一款機動性特別強,失速過后還能再掰的回來的飛機呢。

MBB是當時西德的一家非常著名的飛行器制造商,是空客早期的重要合作伙伴,當然現在已經被并入空客了。

他們在找到美國人之前,其實是先去找英國人的,但是英國人說,得了,我就連自己的先進戰斗機項目都暫停了,還這個呢,你們要不去對面那個大財主那邊問問看呢。

美國人一聽就來勁了,正好我們這邊的X飛機后面跟多少數字都行呀。這樣,你們出兩成,我來出八成,咱就可以把它做起來了。于是,28分之后,X-31項目就誕生了。

雖然它最明顯的特征就是那三片裝在發動機噴口處,可以自由運動的燃氣舵了,但其實,它最厲害的,是 設計的理念

它是 第一架將飛機的氣動控制和推力矢量控制綜合到一起來設計的機型,而且對大迎角下進行的失速機動性能進行了根本性的研究。可以說沒有它就沒有后來的F22和F35。

來說說它非常重要的兩個里程碑,第一個就是實現了在70度迎角下的可控飛行。關于迎角的概念我們以前多次提到過,這里就不再多講了,你只需要知道當迎角過大后,空氣就會跟機翼產生脫離,而最最依靠空氣來控制飛行姿態的控制面就得不到空氣了,于是飛機就會面臨失控了。

第二個,是成功執行了一個叫做 「赫布斯特機動」的180度快速轉彎的機動動作,它有點類似于大名鼎鼎的蘇-27眼鏡蛇機動,但是卻被認為是更適合在空戰中使用的那一個。

所以你就能看到,X-31的飛行性能是多麼的出眾了。

這種出眾很大程度上得益于機上先進的自動控制系統,而自動控制系統又得益于遍布在機身上下、前后的無數個傳感器了。速度傳感器就是其中非常重要的一個,它叫做空速管,或者,皮托管,是沿用至今的在飛機上用于測量空速的一個設備,飛行電腦的運算極度仰仗它所提供的準確數據。

但是,普通的皮托管有個缺點,那就是當飛機的仰角變大之后,它的誤差也跟著變大了。

這個跟它的工作原理有關,我們來簡單介紹一下。

這是一個普通機械式皮托管和空速儀的示意圖,會有兩種空氣進入其中。一個是從皮托管正面開口處沖進來的高速氣流,另一個則可能是從皮托管的側面,或者是飛機機身其他部位,不迎風的側面所輸入進來的靜態空氣。

它們兩者的比值,反應的就是飛機的空速了,空速越大,沖進來的空氣壓力也越大,比值當然就越大了。我們只需要把這樣的比值量化成能夠看的明白的東西就好了。

于是在空速表里,就有了這樣一個由很薄的金屬制成的空心圓盒,它叫做膜盒。

從皮托管正面吹進來的空氣會進入其中,當它承受的壓力比外面的靜壓更大時,就會鼓脹起來,推著這跟連桿旋轉,這根連桿又連著其他連桿,其他連桿又連著一系列的齒輪,最終,就把速度盤上的指針給推動了,因此就讀出了速度。

但你看,由于特殊的進氣方式,就導致只有當它正面沖著氣流方向的時候才是最準確的時候嘛,如果上仰或者下傾了,動壓會變小、靜壓可能會變大,兩個一比,就不對頭了。雖然可以通過一些方式來補償,但是也有限度的。

而X-31夸張的70度迎角顯然超出了這個限度。所以為了更準確的空速數據,它必須要換上更可靠的空速管才行。這就是這架失控的X-31上面裝著的Kiel管了。

至于它是如何提高大角度下測速的準確性,我們并不太清楚,但我們清楚的是,換上它的工程師, 并沒有把原本用來給空速管加溫的裝置給裝回去——那是為了防止空速管結冰的,至于危害有多大,下面我們馬上就能看到了。

工程師們之所以這樣做,理由很簡單,這架測試飛機所在的愛德華茲空軍基地既干燥又溫暖,之前就很少用到過加溫設備,之后肯定也幾乎不會用到的。而且,如果真的可能要用到了,那就在這樣的天氣里不飛不就好了嗎。

雖然這個思路很有問題,但他們硬要這麼解決,也無可厚非,他們最大的失誤其實是,一是沒有把這個消息告訴飛行員,二是 沒有把駕駛艙里面的皮托管加熱按鈕給卸下來。這兩者綜合在一起,就成為了后續故事的重要起因了。

1995年1月19日,這一天跟往常稍微有些不同,當執行常規試驗任務的飛行員駕駛著X-31沖上云霄的時候,在座艙罩的外面發現了一點點的水汽,這不是一個好的征兆,意味著為飛行電腦提供重要數據的空速管有可能要結冰了 ,于是他便打開了空速管的加熱器,并將這個信息報告給了控制中心。

好,暫停一下,他按下的,其實就是災難的倒計時,此時離飛機失控大約還有5分鐘。因為加熱按鈕絲毫不起作用嘛。控制中心的人估計也不全知道這事,只能聽到有一個工程師在錄音里說了一句:「kiel管上沒有接加熱器呀。」

很遺憾,他說這句話的時候,是取下對講機來跟旁邊的人嘀咕的,所以飛行員壓根兒沒聽到,他指望著空速儀還能繼續為他提供準確的讀數呢。

隨之而來的,是一系列不太正常的狀況了:飛行員報告說,自己正在以20度迎角、207節速度下飛行,但工程師心里明白,跟了這麼多年了,20度迎角下,X-31也就只能飛到140節左右呀,這多出來的幾十節,是怎麼回事呢?欸,有點興奮了,一會兒飛機下來有活兒干了。你看,他們壓根兒看到的就不是危險,而是一只又大又肥的BUG在等著他們捉呢。

飛行員很相信他們,所以也沒擔心太多;然后,是本來有一項測試的任務在飛行員按下按鈕后,飛機就能自己完成的,但是,在倒數三聲后,啥事兒也沒發生。空中和地面在分別懵了幾秒后,應該是意識到有些差錯了,所以計劃返航。

但其實,他們都嚴重低估了此時的狀況。

空速管已經完全凍住了,所以當飛機在降高度時,它降的比人家還要快,直接就干到了最低值,都已經超出指針能夠顯示的范圍了。于是飛行電腦就真的認為是飛機已經沒有速度了,哪怕實際上根本就不是的,它就盡自己的一切努力來試圖掰回一程,結果只能是把飛機往浩劫上越推越遠,跟之前獅航和埃航的波音737max空難簡直一模一樣。

還好,這位飛行員的經驗十分豐富,而且他還有彈射座椅可以用,所以就幸運的逃生了。

而飛機本身嘛,在表演了一段空中自由飛舞后,重重的摔到了地面上,離一條公路,目測是相當接近呀。

好了,事后的調查表明,除了技術原因以外,最重要的還是 心態的麻木了。

X-31原本是一個危險系數非常高的項目,但是在經過了五年,500多次高難度的飛行后,它都能穩穩的降落在地面上,既然之前可以,為什麼之后就不可以呢,所以整個團隊,到了1995年這個時間點上,都已經松綁了,所以哪怕有那麼多的征兆,大家也都視而不見了。

你看,其實所有的事故都是這麼產生的。

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