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一个从未讲述过的伟大故事:F-14的电子束焊接

时间:2016-04-15 19:45:32        来源:中国航空新闻网

设计完成近40年以来,F-14的全电子束焊接WCS结构可以说仍是最先进的批生产焊件之一。

如果不是身处上世纪60年代冷战高峰,Michael Pelehach这位在纽约贝斯佩奇的格鲁曼宇航集团工作的高级飞机设计师,才不会去设想一种战斗机,不仅能对抗米格-17和米格-19现有威胁,还能压制其后的两代苏制战斗机。Pelehach出生在苏联,十岁左右随父母移民美国,作为这个年纪从苏联离开的人,他能以苏联的思维方式去了解对方的设计理念。之后他成为了一名飞机设计师,最终的研究成果就是VFX,也就是F-14的前身。

F-14雄猫

1970年12月21日F-14原型机首飞,3个月后,笔者作为一名材料/工艺工程师加入了格鲁曼公司。从1972年10月开始,478架F-14A陆续交付海军,到1974年9月正式成为舰队的一部分进行部署。F-14A后来被改进为F-14B,后者使用F110-GE-400发动机替代了普惠TF-30,并于1987年11月开始部署。F-14D这种大幅改进的型号也于1988年投产,它在雷达、航电设备和导弹方面进行了升级。最终F-14的生产数量超过600架,2006年7月,最后一架F-14飞离航母,同年9月也就是服役35年之后"雄猫"最终退役,上述经历展现了这种世界上最强大战斗机的传奇一生。

战机配备

F-14"雄猫"是双发双座双垂尾的变后掠翼舰载超音速战斗机,可在夜间和各种气候条件下攻击并摧毁目标。它的任务包括防空、截击、攻击和侦察,凭借先进的武器系统可同时跟踪24个目标并使用AIM-54"不死鸟"导弹攻击其中6个。武器装备还包括其他类型的导弹和炸弹,以及20mm口径的M61A1加特林机炮。

一个从未讲述过的伟大故事:F-14的电子束焊接
F-14的机翼承载贯穿结构是"雄猫"战斗机的关键部件之一

结构设计

"雄猫"的上单翼可在飞行中自动调整后掠角度,并提供手动操作模式。机翼安装在横贯飞机主结构的机翼承载贯穿结构(WCS)上,该贯穿结构有22英尺(6.7米)长、约3英尺(1米)宽,高度大约是14至15英寸(0.35-0.4米)。它由33个精密加工的钛合金部件(锻件和板材)组成,需要进行70多次独立的电子束焊接,焊接总长度达1800英寸(46米)。WCS的重量约为2200磅(1000千克),仅相当于高强度全钢结构的60%重量,而且比使用螺栓连接组装的全钛合金结构轻200磅(约100千克)。机翼后掠角的正常调节范围是20-68度,并且提供一个75度的机库停放后掠角,机翼后掠角变化速度约为7.5度每秒。

一个从未讲述过的伟大故事:F-14的电子束焊接
F-14机翼中段的线图,黑点是焊缝相交孔的位置,这些由深度局部熔透(deep partial-penetration)电子束焊接引起的钉尖缺陷孔非常难消除,每一个位置都跨越了基础的梁/腹板结构而被完全的熔透

WCS的结构需求和功能要求

如果要问一架飞机的支柱结构是什么?那对于F-14来讲,毫无疑问的就是WCS了。WCS的主要功能是使机翼从一个几乎平直的后掠状态(后掠角20度)变化到和三角翼(后掠角68度)类似的后掠状态,而这种变化是通过机翼两侧WCS末端的转轴/轴承部件完成的。由于空气动力和结构上的要求,枢轴结构的中线必须精确定位,22英尺(6.7米)的部件上其枢轴到枢轴间的公差小于0.005英寸(0.125毫米)。除了为机翼提供枢轴外,正如它的名字所说,WCS还承受机翼载荷并贯穿机身。

但仅为变后掠翼超音速战机提供安装结构是不够的,WCS同时也提供了下面的功能:

•作为前机身的连接点(机头和双人座舱部分)。

•通过主舱壁把主起落架的载荷传输到尾部的封闭横梁。

•通过一个舱壁承载发动机的推力,对于F-14A来说大约是41800磅(18810千克),而对于F-14B/D来说则是54000磅(25300千克)。

•作为着舰钩结构的一部分,承载着舰时的惊人载荷。

•同时作为飞机的一个主油箱。