“烧烤”F-35,“冰冻”F-22,看看战机世界气候测试实验室的老大

“烧烤”F-35,“冰冻”F-22,看看战机世界气候测试实验室的老大

搜狐军事·2020-03-04 13:33

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“无论变幻无常雨雪和酷热,还是漫漫长夜带来的黑暗,都无法阻止这些信使迅速地完成他们的任务”,古希腊历史学家希罗多德这句名言多年来一直被美国邮政奉为圭臬。

“无论变幻无常雨雪和酷热,还是漫漫长夜带来的黑暗,都无法阻止这些信使迅速地完成他们的任务”,古希腊历史学家希罗多德这句名言多年来一直被美国邮政奉为圭臬。

但是除了“黑夜”以外,这句话也可能概括了美国弗罗里达一个“独一无二”的测试中心发生的一切。

图1:美国麦金利气候实验室主测试室门口标示最低/最高测试温度(华氏度)

美国创立气候测试实验室的背景

气候环境长久以来对于人类的影响是无处不在的,这一点在二战时期深刻作用在武器装备上。 1942-1943年的冬季,极寒气温(0℃以下就会受影响)造成德国空军的飞机无法起飞,而美国陆军航空队的飞机在阿拉斯加也遭受着同样的困扰,这让美军清楚的意识到寒冷测试在武器装备(尤其是航空装备)研制过程中是十分必要的,必须探索并找到可靠的测试方法。

1958年,17架洛克希德YF-104战斗机进行气候测试,这是其中一架

1943年9月9日,低温测试项目研究任务被正式下达给陆军航空队试验场司令部,该司令部位于埃格林机场,并拨款550万美元用于场地建设。当时 阿什利·麦金利陆军中校认为建造一个环境温度受控的实验室进行测试,要比在寒冷地区野外测试取得的效果会好得多,就像为飞机建造一个巨型冰柜那样。项目进展的很快, 1944年5月气候实验室建造完工。随后,美军所属的 B-29、P51、P38 等飞机相继在麦金利实验室进行低温测试,获得巨大成功。由于麦金利在实验室的设计和建设过程发挥了重大作用,在1970年气候实验室改名为“麦金利气候实验室”。

1956年,一架C-130A战术运输机即将进入气候测试实验室接受检测

麦金利气候实验室最重要的设施就是主实验室了。当时,主实验室的建造标准是能够同时测试两架轰炸机。到了1960年以后,主实验室的规模已经不能满足大型飞机的测试了,于是主实验室就开始进行扩建以满足大型飞机的测试需求。 1997年,实验室再次进行全面翻新,主实验室的温度可以控制在-65~+165华氏度(约-53~+74℃),几乎可以模拟武器装备可能遇到各种极端气候温度条件。

进行结冰测试的B-1战略轰炸机

制冷方面,由主实验室的三台大型制冷机控制,每台各有高、低两级离心式压缩机,分别由 1250 马力和1000 马力电机带动,总制冷能力为 12000 冷吨,可在 24 小时内将主实验室的温度从外界温度降至零下53℃。 加热方面,调控室可通过两台锅炉提升温度,每台锅炉每小时能产生 25000 磅蒸汽。主实验室从外界环境温度上升至74℃,最长只需约8 小时。

麦金利实验室的控制观察室,窗外是一架测试中的战略运输机

主实验室机库外有巨大的温度计来显示内部的实际温度,但是由于实验室的墙壁和天花板使用了大量隔热材料,即使机库内的试验温度低于零下40℃,也不会对机库外面或者其他控制室产生影响。美国任何主要武器设备都需要运载埃格林空军基地的麦金利实验室来进行环境测试 ,F-35隐身战机也在这里接受了结冰、高温、浸水、除雪、吹风、喷雾、加湿等各种严苛测试。

2002年,F-22“勐禽”隐身战斗机在麦金利气候实验室经受了极端天气的考验,照片为湿度测试

战斗机气候测试的准备工作

麦金利测试过“最新鲜”有人战斗机非F-35“闪电II”莫属了。测试前,洛克希德·马丁公司将F-35的测试飞机“BF-5”从马里兰州飞到佛罗里达州的埃格林空军基地,为气候室测试做准备。飞机到达后,被安置 在实验室的76米宽,61米深,21米高的主测试室。

被安置在主测试室,准备接受气候测试的F-35战机

为了适应F-35B战机的三轴承偏转发动机喷嘴和升降风扇系统,实验室设计了一个3.8米高的约束、支撑结构,并与通风管道系统安装在一起。该结构能够保护F-35B,在常规和短距起飞/垂直降落(STOVL)模式下都能以高功率模式运行。

通常我们只能看到飞机覆盖冰雪或者接受“炙烤”的静态照片,但实际上气候测试是高度动态的,测试时驾驶员在驾驶舱内,维护或机组人员在其他单元内,飞机的操作系统和发动机运行。麦金利是世界上为数不多的可在封闭机库内对喷气式飞机进行测试的实验室,为了让飞机发动机正常运转,必须有管道设施保证空气进入和废气排出,进排气系统中的空气被控制在不影响温度测试的程度。试验飞机发动机用的进气空气储存在机库外一个巨型储气罐中,可以提供23000m³/min的预先调节冷空气或热空气。

福特汽车在麦金利实验室接收极端气候测试

气温测试的过程

测试准备工作完成,飞行员和负责人将首先环视检查飞机,然后飞行员进入座舱,启动发动机并在实验室模拟的各种天气条件下操作飞机的各个系统。一般,飞机会经历一系列极端气候检验, 各别试验会从零下40℃的极低气温开始,让飞机逐渐经历低温、冰雨、冰雨等各种结冰条件检验;结冰测试结束后,待冰雪融化、雨水经排水系统排出到固定废水收集池,会进行高温测试。

正在进行低温结冰测试的F-35战机,注意机头位置的结冰状况

高温测试,先从较为舒适的26℃开始,在飞机发动机运转、机载系统运行的情况下逐渐将环境温度升高到49℃,随后将环境温度降低并保持在41℃,相对湿度78%,湿度58%,开始观察检测飞机内部凝结水的情况。

F-35战机正在接收高温测试,飞机各系统在环境不断升高的环境中运转

当年F-35在进行完高温测试后,还经历了淋雨和吹风测试,实验室安装一套框架喷淋系统,用来模拟降雨淋湿飞机。 淋雨测试时,F-35被置于模拟30~80mm/小时的降雨中(降雨量16mm/小时,就属于暴雨)。待飞机经历了稳定的降雨测试后,还将依靠设置在飞机四周的喷射管, 以70公里/小时的风速向飞机喷射气流,结合降雨设施提供的暴雨,将测试飞机置于热带风暴环境中,以检测飞机的各项性能指标和可靠性。

接受冰云测试时的F-35

可以看到F-35测试时,制冷空气设施喷口

综上,我们可以看出一型飞机研制完毕后,所需经历的各种测试并不简单,类似麦金利气候实验室这样的设施,可以被称为宝贵的国家科研资源。同其他工程设施一样,麦金利存在的意义也在于其实用性,如果没有麦金利这种规模的气候实验室,一型飞机想要完成各种严苛环境测试,需要花费数年时间去取得测试数据(要等待自然天气合适、或者到高原、沙漠、极低去测试),而同样的事情在麦金利仅需几个月就能完成。

空客A350客机也在麦金利进行过气候测试,地面写下了测试时的温度

C-5M“银河”战略运输机,在换装新型发动机后于2008年重返麦金利进行气温测试,照片为高温测试

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