洛克希德·马丁公司最初的六代机设计——ESAV

摘要：2015年，五角大楼的官员第一次正式表示准备在2016财年启动第六代战斗机的研究。这一年7月，折腾了20年的JSF F-35战斗机正式服役，两种第五代战斗机正式覆盖美国三军。当时的五角大楼很自然的认为，其空中力量毫无疑问的是蓝星支配者，在全世界范围内没有任何一

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洛-马 ESAV 艺术家 Rodrigo Avella 建模

2015年，五角大楼的官员第一次正式表示准备在2016财年启动第六代战斗机的研究。这一年7月，折腾了20年的JSF F-35战斗机正式服役，两种第五代战斗机正式覆盖美国三军。当时的五角大楼很自然的认为，其空中力量毫无疑问的是蓝星支配者，在全世界范围内没有任何一个追赶者，哪怕是跃跃欲试的中国和俄罗斯，到达能看见其尾灯的距离。

ESAV

由于JSF计划已经接近尾声，五角大楼又缺乏新的大型项目，洛克希德公司、波音公司和诺斯罗普·格鲁曼公司的研发部门正在变得无所事事，因此三巨头的游说团开始敦促五角大楼赶紧开始资助下一代的主力战斗机开发计划。但此时五角大楼一片兔子心态，下一步的打算不能没有，但正式的决定并不着急，因此早期的六代机项目集中在概念研究方面。

ESAV

注意鼻部的垂直鳍

于是在2016年，旨在确保美国军方继续主导天空的项目“2030 年空中优势” （AS 2030）计划启动，这个项目在2018年更名为NGAD，下一代空中优势计划，包含空军的F-X项目和海军的F/A-XX项目。

ESAV

但早在项目进入公共预算之前4年，关于下一代空军战斗机的概念已经开始了探讨。在美国空军研究实验室（AFRL）的航空航天系统主管处，在2012年推出了“高效超音速飞行器”（ESAV）项目。

ESAV

ESAV将目标设定为超音速巡航、超音速冲刺、机动性和延长航程。当时的研究者相信，这些目标将是下一代战斗机的基本设计方向。但ESAV本身并不致力于提供一个最终设计，而是提供一套开放性的数字化研究方案，让所有的研究者都能访问并优化，最终为六代机方案提供一个更全面的评估模型。21世纪最大的国防供应商——出品了美国仅有的两种五代战斗机的洛克希德-马丁公司和AFRL都提出了自己的ESAV模型，这些模型基本上可以看作美国设计师对第六代战斗机的最初设想。

ESAV

洛克希德的ESAV只是一个概念模型，其在很多方面都可以调试和更改。最初的基本布局是一个总长度为 64 英尺（19.5m），翼展为 63 英尺（19.2m），纵横比为 4，估计起飞总重量为 69,000 磅（31t）的全无尾设计。

ESAV 模型

不同于第五代战斗机，ESAV取消了垂直尾翼和水平尾翼，这个选择是出于速度和隐身性能的考虑，也是对新一代气动和推力控制技术的评估结果。

ICE项目的风洞模型，在其上可看到很多六代机上应用的非常规控制技术

由于没有尾翼，这架飞机从机头到机尾将同时利用非常规和常规控制器来保持稳定性。自1990年代初以来，超音速无尾技术已被系统的研究，相关项目包括创新控制效应器（ICE）。ICE项目调查了一系列用于替换垂直尾翼的控制效应器，如全动翼尖、竖鳍和机身襟副翼。尽管其中没有一种被证明能够完全替代垂直尾翼，但当前研究的重点是将这些和其他效应器纳入整体初步设计优化中。

ESAV

基本版的ESAV的基本布局是一个和发动机融合的理想化六边形截面机身和一对儿“兰姆达”形状的主机翼，“兰姆达”翼型在超音速范围具有比较理想的升阻比特性以及优秀的结构力学特性，这个机翼的具体参数可调，以便研究人员适配自己的模型。

在没有垂直尾翼的情况下，常规控制效应器仅限于每个机翼的两个前缘和两个后缘表面。这些表面在机翼断裂处分开，弦长为总局部机翼弦长的 20%。非常规控制效应器可能包括但不限于分开的多段副翼、全动翼尖以及机身前后不同的扰流板或各种舵片。

ESAV

用于头部竖鳍研究的风洞模型

很多独特的非常规设计都在模型上进行了测试，比如机头上的长条竖鳍，这一设施对俯仰或偏航控制的有效性不仅与竖鳍的大小有关，也与机头的形状有关。这个在当时看来很有前景的设计在多学科设计优化（MDO）过程中进行了重点评估，包括风洞模型。

阻力舵舵风洞实验

其他有前景的技术如由机翼上下表面的扰流板组成的阻力方向舵也是研究的重点。

ESAV的风洞模型

普-惠ESAV的数字引擎，上图是AFRL的另一个ESAV模型

普拉特-惠特尼公司为ESAV设计了一个概念化的数字引擎，包括一个弯曲的遮蔽尾喷口。这一喷口反应在了主要的ESAV设计和概念图当中。当然这不是一个真实的引擎，主要是提供了完整的动力学和热力学参数便于研究者代入自己的模型，而且可以确定其参数必然做了一定的脱密处理。

AFRL建模

进气道

ESAV的进气道部分不是模型的重点，其资料上包括沿用源自F-22的加莱特进气口以及S形弯曲设计。似乎并没有过多的探讨进气口的影响。

由于ESAV的开源性质，很多研究机构通过共享参与了先进军用战斗机配置的多学科设计优化，包括气动学、结构、稳定性、操控、任务、噪声和排放等，并在一系列不同的飞行条件下进行了评估了不同的设计。大部分研究工作是通过有限元分析由计算机模拟完成，而不需要复杂的风洞模型，大幅度降低了开发成本。

根据五角大楼的小算盘，这些并没有花多少钱获得的数据将推动NGAD项目的继续深化。但毫无疑问的是作为开源数据，这些研究资料实际上也是对全世界公开的，任何一个互联网接入者都可以简单的获得很多ESAV研究资料。出于保密要求，这个布局应该并不会和尚在保密之中的洛克希德的正式NGAD方案完全相同，但应该也不会有太大的区别。