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美国军机的气候试验:以F-35B为例

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F-35B战斗机的气候试验

自1947年以来,美国研制的每一架新型军用飞机都要在佛罗里达州埃格林空军基地的麦金利气候实验室进行试验,包括F-16战斗机,F-117、F-22和F-35隐身战斗机,B-1、B-2轰炸机和C-5M大型运输机等。气候试验是美国军机形成初始作战能力(IOC)必须通过的一道关卡。美国海军陆战队的F-35B在2015年形成IOC时,就在这里通过了严格的气候试验。

试验环境与试验设施

麦金利气候实验室是美国空军研制试验中心(AFDTC)第96试验联队的一个大型气候实验室,也是目前世界上最大的气候实验室。该实验室占地面积近30km2,工作区面积为5100m2,包括两个主实验舱和8个不同功能的实验舱,可以对全球30多种气候环境、气象条件进行研究和模拟。主实验舱宽77m、进深61m、高21m。淋雨实验舱的暴雨量可达380mm/h,并能下雪和结冰。

在一系列的气候试验中,飞机会经受各种极端的天气状态,从49℃的热试验到-40℃的冷试验,以及各种结冰状态(冻雨和冰云)。每一次气候试验与F-35的飞行一样,驾驶员和地勤人员会围绕飞机进行检查,接着驾驶员爬上梯子进入座舱,起动发动机并在每一种天气状况下运行飞机上的各种系统。

为了容纳F-35发动机旋转喷管和升力系统,还特别设计了一个高5.2m与通风导管系统交接的“约束和支持”装置。该装置能保证F-35的安全,并允许常规起降的F-35A和短距起飞/垂直降落的F-35B飞机在实验舱内大功率运行。

在实验室里,飞机发动机在一个封闭的环境下运行,在机库内必须能够引入空气并且排出废气,而且为了保证试验结果的准确性,引入空气的温度必须与实验舱的温度相同。

实验室里的大量空气是从实验室外巨型的储存容器引入的,而且吸入实验舱的空气量与排出的空气量应该相等。当容器的空气完全排空时,需要花费24h来向储气罐加注调节过的空气,特别是在极端气象条件下需要的极热或极冷的空气。

试验内容与试验过程

2014年9月,来自美国马里兰州帕塔森特河综合试验部队的1架F-35B战斗机在麦金利气候实验室进行了为期6个月的严格气候试验。在试验过程中,评估了F-35B飞机在极端的风、太阳辐射、雾、潮湿、雨水浸泡、冻雨、冰云、结冰、涡旋结冰和下雪等环境下的性能。2015年3月,F-35B完成了一系列的气候试验,飞机恢复到飞行状态,重新加入到马里兰州帕森特河海军航空站F-35试验机队。

冷试验

进行冷试验是F-35B形成初始作战能力的一个关键步骤,因为当F-35B在加拿大和挪威使用时将会经受这种环境。利用麦金利气候实验室的致冷系统把超冷空气引入实验舱,使其温度下降到-40℃。在这种寒冷的温度下,飞机内的液体开始收缩而且机构反应变慢,测试工程师对飞机上的各种系统的工作状态进行了测试。

F-35B进行冷试验
图1 F-35B进行冷试验的情况。

图1给出F-35B在麦金利气候实验室进行冷试验的情况。在F-35B的前方有一个冰云试验校准装置。该装置用来测量承受冷冻气流袭击的F-35B是如何结冰和在哪些部位结冰。

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