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美国X系列试验机全揭秘（7）： X-31 —— X-35
洛克维尔-梅赛施密特 X-31
角色：试验机
国家：美国/德国
制造商：洛克维尔/梅赛施密特
首飞：1990
主要用户：国防部高级研究计划局(DARPA) NASA 德国航空航天局
建造数量：2
X-31“战斗机机动性增强计划”的主要目的就是为了测试战斗机矢量推进技术。
矢量推进能力使得X-31能朝向任意方向飞行，这能使传统战机的机动性得到显著提升。试验
机搭载了先进的飞行控制系统，即便是在能使普通航空器失速的高迎角下依旧能继续保持飞
机的操控。
历史
X-31共建造两架，第一架试验机首飞于1990年10月11日。在1990年到1995年间共进行了超过500次测试飞行。X-31机尾加装了边条，同时前部还加装一对计算机控制的全动鸭翼以增加稳定性和机动性。该机型并无水平尾翼，仅有一个带方向舵的垂直尾翼。俯仰和偏航动作则依靠尾部喷口的三块桨状物来控制（矢量推进）。最终，X-31的模拟测试结果表明采用无水平尾翼设计的X-31同样可以保持飞行稳定，矢量推进尾喷口可以提供足够的俯仰和偏航控制。
在试飞期间，X-31完成了多个里程碑。1992年11月6日，X-31达成了70°迎角的可控飞行，1993年4月29日，第二架X-31利用“过失速”(post-stall)机动达成了一个180°快速最小半径转弯。由于不存在普通飞机的气动限制，X-31机动性十分卓越。这一革命性的机动动作以一位名叫沃尔夫冈·赫布斯特的梅赛施密特员工命名——赫布斯特机动(Herbst maneuver)。赫布斯特是在空战中应用“过失速”机动理论的支持者，并且设计了之后基于X-31设计的洛克维尔SNAKE。
赫布斯特机动图解
上世纪90年代初，X-31计划迎来了第二春。VECTOR（Vectoring Extremely short takeoff
and landing Control,and Tailless Operations Research，矢量推力的超短距起飞着陆控制和无尾飞行研究）计划启动，并追加了5300万美元投资。VECTOR是一个联合研发项目，参与机构包括美国海军、德国军事技术与采购局、波音“幽灵工厂”、欧洲航空航天防务公司。
2002年到2003年期间，马里兰州的帕塔克森特河海军航空站被选作该计划的试飞地点。X-31的起降距离非常短。为了确保GPS能精确到厘米级引导飞行器降落，试飞使用了多种GPS技术，包括伪卫星技术(pseudolite,伪卫星是布设于地面上发射某种定位信号的发射器，通常都是发射类似于GPS的信号)
性能参数：
X-31的矢量喷口
 * 乘员: 1 * 长度: 43ft 4 in (13.21m)
* 翼展: 23 ft 10 in (7.26 m)
* 高度: 14 ft 7in (4.44m)
* 机翼面积: 226.3 sq ft (21.02 m2)
* 纵横比: 2.51:1
* 空载重量: 11,410 lb (5,175 kg)
* 满载重量: 14,600 lb (6,622 kg)
* 最大起飞重量: 15,935 lb (7,228 kg)
* 引擎: 1 × 通用电气 F404-GE-400涡扇喷射引擎, 16,000 lbf (71 kN)
* 最大速度: 1.28马赫 (900 mph, 783节, 1,449 km/h)
* 实用升限: 40,000 ft (12,200 m)
* 爬升速度: 43,000 ft/min (218 m/s)
* 机翼负载: 64.5 lb/ft2 (315 kg/m2)
矢量推进图解： 
波音X-32
角色：试验性战机
制造商：波音
首飞：2000年9月18日
主要用户：国防部高级研究计划局(DARPA)
X-32是与洛克希德·马丁公司的X-35共同参与“联合攻击战斗机”项目竞标的多用途战机。
背景 1993年，国防部高级研究计划局启动了“通用平价轻型战机计划”（Common Affordable Lightweight Fighter project ，CALF）。计划的目的是研发一种隐形战机取代美国所有现
役轻型战机和攻击机，包括F-16“战隼”，F/A-18“大黄蜂”，以及垂直/短距起降的AV-8B。同时启动的还有“联合先进打击技术”(Joint Advanced Strike Technology，JAST)计划。1994年，美国国会下令将两个计划合并为“联合攻击战斗机”计划。
多家公司参与了该计划的第一阶段，该阶段的主要任务是起草飞行器概念设计并提交给国防部。然而到了1996年11月16日，仅有波音和洛克希德·马丁获得了合同，要求两家公司各自建造两架概念机。根据合同，这些战机被要求能进行常规起降（Conventional Take Off and Landing ，CTOL），航母起降（舰载机版本），具备短距/垂直起降能力。国防部希望同时能进行一些地面系统验证，比如“首选武器系统概念”（Preferred Weapon System Concept，PWSC)
“JSF”和以往计划的一大区别就是两家公司都禁止使用自己的资金进行研发，波音和洛马同时获得了7.5亿拨款用于制造2架试验机——包括自行研发的航空电子设备，软件以及硬件。这一限制不仅能促使两家公司尽量降低生产成本，改善组装工艺。还能防止波音或者洛克希德·马丁在这场竞赛中破产。
设计：
X-32最大特点就是一个类似于F-8“十字军”和A-7“海盗”的巨大下部进气口以及一副巨大的碳纤维材料机翼。进气口的设计使X-32看上去并不像是一架高技术战机。X-32机翼为梯形，翼展9.15米，机翼前缘角达55°并能存储20000磅的燃料。大掠角设计能方便建造更厚的机翼同时尽量减少跨音速阻滞，这一机翼设计还能方便加装天线设备。但是这一设计想要付诸实际将会是一个挑战。
X-32的引擎就安装在驾驶舱后，这就使其成为了飞机的重心（这在战斗机中很罕见）。这同时也暗示了进气口内部可能进行过特殊处理以防止引擎的涡扇叶片直接暴露在雷达波中。据猜测X-32进气口内部使用了可变挡板设计以屏蔽扫过的雷达波。 波音X-32实际上参考了一个上世纪60年代的“丑陋”超音速战机设计，该机型是一种引擎中置带矢量喷口的超音速战机。但这一设计仅在《航空周刊》刊载过，从未付诸实际建造。
相比之下X-35的设计更像是一个缩小版的F-22“猛禽”。
设计变更
两架X-32原型机均使用了三角翼设计，此举是为了尽量降低生产成本。然而，在花费8个月建造原型机后，JSF的机动性和负载标准在海军的要求下一改再改，X-32的三角翼设计成了短板。波音的工程师们聚在一起商量添加常规尾翼的新设计以减轻重量同时提升灵活性，但
是想要修改原型机已经为时已晚。最终波音认为现有设计已经足以验证波音的技术实力。
试飞
由于原型机沉重的三角翼设计，X-32短距/垂直起降(STOVL)验证机与超音速版采用的是不同的外形.STOVL版需要移除战斗机的部分组件。波音保证两种原型机的量产型尾部设计会保持
一致。相比之下，洛克希德·马丁公司的X-35原型机可以直接在飞行中进行从STOVL形态到超音速飞行状态的转换。
X-32A（用于常规起降与航母起降测试）首飞与2000年9月18日，从波音的棕榈谷工厂启程飞往爱德华兹空军基地。X-32B是短距/垂直起降验证机，首飞于2001年3月。X-32B进行STOVL飞行的方式与AV-8B相同，都是利用矢量喷口实现垂直起降。而洛克希德·马丁公司则采用了更冒险的方案，X-35使用的是由主引擎提供动力的轴驱动劳斯·莱斯垂直起降系统。 一个成功的设计应该使飞机拥有更大的载弹量和航程而非一个矢量涡扇喷射引擎。
两家公司的试飞都持续到了2001年7月。
JSF竞标
2001年10月26日，国防部宣布洛克希德·马丁公司的X-35赢得了“联合攻击战斗机”的竞标。X-35获胜的一个主要是因为其实现垂直起降的方式，国防部认为这种表现更突出的垂直起降系统值得冒额外的风险。 当接近地面时X-32B会遭遇热空气反流回引擎的问题，这会导致推力减弱以及引擎过热。 最终X-35成为量产型F-35“闪电II”
失去JSF的合同对波音来说是一个沉重打击。X-32是1960到1970年的轻型战机竞赛以来最重
要的国际战斗机计划，上次竞赛造就了F-16“战隼”和F-18“大黄蜂”。2001年时，JSF的预计产量为3000到5000架。之前合同的起草者希望竞标失败的一方依旧能成为次承包者，然而“胜者为王”的规律永远都不曾改变。 虽然竞标失败，但波音扔将X-32看做一项战略投资，研发中使用的关键技术已经应用到F/A-18E/F“超级大黄蜂”和其它项目中。
2005年，波音X-32A被送往位于俄亥俄州，丹顿的美国空军博物馆。X-32B则被送往位于马里兰州，圣玛丽郡的帕塔克森特河海军航空博物馆。
存放于帕塔克森特河海军航空博物馆的X-32B
性能参数：
* 乘员: 1
* 长度: 45.01 ft (13.72 m)
* 翼展: 36 ft (10.97 m)
* 高度: (5.28 m)
* 机翼面积: 590 ft2 (54.8 m2)
* 最大起飞重量: 38,000 lb (17,200 kg)
* 引擎: 1 × 普&惠 F135 涡扇喷气发动机
o 推力: 28,000 lbf (125 kN)
o 开启加力燃烧后: 43,000 lbf (191 kN)
* 最大速度: 1.6马赫 (1,200 mph, 1,931 km/h) at altitude
* 空军版航程: 850 nmi (1,574 km)
* 海军版航程: 750 nmi (1,389 km)
* 美海军陆战队/皇家海军版航程: 600 nmi (1,112 km)
武器
* 20 mm M61A2 航炮,或 27 mm Mauser BK-27航炮
* 弹仓: 6枚高级中程空对空导弹或 2枚高级中程空对空导弹加2颗2,000 lb (900 kg)重的制导炸弹
* 外部: 外部武器挂槽可挂载15,000 lb (6,800 kg)的装备。包括制导武器,反辐射导弹,空对地武器,副油箱。
洛克希德·马丁 X-33
功能：可重复使用无人驾驶航天飞机技术验证机
制造商：洛克希德·马丁
国家：美国
发射历史
状态：取消（2001）
发射地点：爱德华兹空军基地
总发射次数：0
洛克希德·马丁 X-33是上世纪90年代研发的半尺寸亚轨道技术验证航天飞机。
X-33是“冒险之星”轨道航天飞机计划的技术验证机。“冒险之星”原计划成为下一代可重复使用商业发射平台。X-33将用于测试一系列NASA认为属于单段式入轨可重复使用航天器的必要技术，比如金属热量防护系统，用于存放液态氢的低温混合燃料箱，整流尖锥（aerospike）引擎，无人驾驶飞行控制，快速转向能力以及机体的“升力体气动性”。
X-33在2001年作为一个联邦政府项目时由于测试失败而被取消。但是之后洛克希德·马丁公司继续进行相关测试，并在2009年获得了成功。
设计与研发
X-33机体采用了“升力体”外形，混合液体燃料箱，整流尖锥引擎，NASA和洛克希德·马丁希望试飞能验证这种单段式入轨（single-stage-to-orbit ，SSTO)设计的可行性。单段式入轨航天器不需要额外的燃料箱和助推器将其送入低地球轨道。这一点与需要分段式进入太空的发射载体不同，比如已退役的航天飞机和阿波罗火箭。这一特点使得单段式入轨航天器具有更高的可靠性和安全性。X-33希望能达到99.7%的发射可靠性，即每1000次发射仅发生三次轻微事故，这相比已退役的航天飞机要可靠的多。
X-33被选定在爱德华兹空军基地一个特殊设计的设施发射并在任务结束时在机场跑道水平降落。早期亚轨道试验飞行计划从爱德华兹空军基地飞往位于犹他州盐湖城的达格韦试验场。一旦这一阶段的试飞结束，进一步的试验将会在爱德华兹空军基地与位于蒙大拿州的马尔姆斯特伦空军基地间进行。这一阶段试验是为了收集更多X-33在更高的速度和高度下的热量与引擎性能数据。
1996年7月2日，NASA选中洛克西德·马丁公司的“臭鼬工厂”设计、建造并测试X-33试验机。洛克希德·马丁的X-33设计概念在与波音和道格拉斯公司的竞争中取胜。波音公司采用的是航天飞机衍生设计，道格拉斯公司使用的是其自研制的垂直起降火箭DC-XA。
X-33计划从未打算进行100km以上高度以及超过1.5个轨道速度的飞行，
计划取消
在经历了一系列诸如飞行不稳定和超重的技术难题后，NASA于2001年取消了X-33计划。此时原型机已经组装完成了96%，专用发射架已经100%完成。
这其中的最主要问题是合成材料液氢燃料箱在1999年11月测试中发生泄漏，燃料箱采用蜂巢结构建造其外壁和内部结构以减轻重量，更轻的燃料箱对于验证单段式入轨相关技术是很必要的。一架氢燃料单段式入轨航天器油箱为空时的重量为其满油箱时的10%。这使得航天器能够在不借助像传统航天飞机那样的外部燃料箱和火箭助推器才能进入地球轨道。但是，在合成燃料箱进行燃料注入和压力测试时发生了泄漏，NASA得出了目前的技术水平还不足以实现这种设计的结论。同时合成燃料箱外壁的确较普通燃料箱的要轻，但是因其复杂的结构连接反而使得燃料箱的总质量要大于一个普通的铝制燃料箱。
NASA在取消该计划前共投入了9.22亿美元，而洛克希德·马丁则投入了3.57亿美元。后来由于诸如“铱星”之类的公司倒闭，商业卫星发射的数量逐年下降——洛克希德·马丁认为在无政府支持的情况下独立研发X-33已经无利可图。
后续研究
2001年计划取消后，工程师们已经可以使用碳纤维制造液氧罐槽了。
2004年9月7日。诺斯罗普·格鲁曼和NASA的工程师使用一个碳纤维合成材料制作的液氢燃料箱进行了重复注入燃料以及模拟发射周期。试验获得了成功这使得未来建造用于单段式入轨航天器的大型复合燃料箱成为可能。
洛克西德·马丁后来对一种采用与X-33类似设计的五分之一比例可重复使用航天器进行了测试。洛马在位于新墨西哥州的美国太空港进行了两次秘密测试，进行于2007年12月19日的首次测试获得了圆满成功，然而进行于2008年8月12日的第二次测试再航天器升空12.5秒后坠毁。第三次测试进行于2009年10月10日并获得了成功。
图为正在进行测试的整流尖锥引擎
尺寸
长度：20m
质量：285,000 lb (130,000 kg)
引擎：2 J-2S 整流尖锥引擎
推力：410,000 lbf (1.82 MN）
燃料：液氧/液氢 X-34
功能：可重复使用无人驾驶航天飞机技术验证机
制造商：“轨道科技”公司
国家：美国
尺寸
长度：58.3 ft(17.8 m)
质量：18,000 lb (8,200 kg)
“轨道科技”X-34是一种专门用于验证“可重复使用航天器”计划“关键技术”的测试平台。X-34原计划由速度可达8马赫的'Fastrac'液体燃料火箭驱动，每年可进行25次试飞。2001年该计划由于成本问题被取消，“轨道科技”和罗克韦尔在与NASA签署协议后一年相继退出。因为两家公司都认为在如此少的预算下完成试验机是不可能的。
X-34后来作为亚轨道可重复使用火箭技术验证机重生。但是当第一架试验机接近完成时NASA又要求对设计进行大改却不提供任何资金支持，作为承包商的罗克韦尔公司拒绝了这一要求。
2010年1月1日，2架验证机被转场存放在了爱德华兹空军基地。2010年11月16日，两架X-34都拆除了垂直尾翼并被送往加州莫哈维的国立试飞员学校，在这儿两架试验机将接受NASA全面检查，考察其是否具有恢复为可飞行状态的可能性。
发射历史
状态：取消
发射场：德莱登飞行研究中心，肯尼迪航天中心
发射次数：0
引擎：一具Marshall-designed Fastrac引擎
推力：60,000 lbf (270 kN)
燃料：液氧/航空煤油
洛克希德·马丁 X-35
角色：原型/验证机
制造商：洛克希德·马丁 航空
首飞：2000年10月24日
状态：退役
主要用户：国防部高级研究计划局(DARPA)
建造数量：2
正式版本：F-35“闪电II”
X-35是洛克希德·马丁公司为参与“联合攻击战斗机”建造的试验机。于本世纪初在与波音X-32的竞争中获胜并重命名为F-35“闪电II”。
研发
联合攻击战斗机计划演化出了取代现有型号战机的标准。JSF研发合同签署于1996年，该计划目标是建造一种包含3种版本的战机，互相可通用80%的零件。
第一种型号是F-35A,该型号属于常规起降型（conventional takeoff and landing ，CTOL)。F-35A是最小最轻的版本，主要用于替代美国空军已经老化的F-16“战隼”和A-10“雷电 II”。该型号是唯一种在飞机内部装备GAU-22航炮的F-35，这种25毫米航炮是美国空军早在F-104生就装备的20毫米M61"火神"炮的升级版。F-35A于2011年开始交付部队使用。
F-35B是短距/垂直起降型（short-takeoff and vertical-landing ，STOVL）。主要用于替代海军陆战队的AV-8B“海鹞II”和F/A-18“大黄蜂”，以及英国皇家海军的“鹞”式GR7/GR9。与AV-8B类似，航炮采用的是外部吊舱。
尽管头盔显示器已经应用到了部分如JAS 39“鹰狮”这样的第四代战机中，但是F-35是第一种完全使用头盔显示器取代平视显示器的现代战机。
不同于“鹞”式战机使用旋转喷口垂直起降，X-35B采用的是新发明的劳斯·莱斯“垂直起降系统”。该设计专利归洛克希德·马丁员工Paul Bevilaqua所有，由劳斯·莱斯公司建造。该设计是将一个涡扇喷射引擎嵌入机身，引擎动力通过一个轴传导至位于前方的垂直升力涡扇。垂直喷射流从机身两侧的喷口射出，尾部矢量喷口朝下以保持平衡。尽管这一设计具有一定风险且较复杂，但是五角大楼对实际使用效果表示满意。
评估：
2001年7月20日。为了验证X-35试验机的独特能力（与X-32相比），X-35B短距/垂直起降型从少于500英尺（150m）的距离起飞并进入超音速飞行，最后垂直降落。
2001年10月26日，X-35击败X-32赢得了“联合攻击战斗机”竞标。
X-35A在JSF竞标过程中被改造为X-35B，现展出于美国国家航空航天博物馆。 X-35C则与X-32B一同在马里兰州，圣玛丽郡的帕塔克森特河海军航空博物馆展出。
性能参数：
部分信息为预估
数据来自洛克希德·马丁
* 乘员: 1
* 长度: 50 ft 6 in (15.37 m)
* 翼展: 35 ft 0 in (10.65 m)
* 高度: 17 ft 4 in (5.28 m)
* 机翼面积: 459.6 ft2 (42.7 m2)
* 空载重量: 26,000 lb (11,793 kg)
* 满载重量: 44,400 lb (19,960 kg)
* 最大起飞重量: 60,000 lb (27,220 kg)
* 引擎: 1 × 普拉特 & 惠特尼 F135 涡扇喷射引擎+劳斯·莱斯垂直起降系统，可提供 18,000 lbf (80 kN)的升力
o 推力: 28,000 lbf (128 kN)
o 开启加力燃烧后的推力: 43,000 lbf (191 kN)
* 最大速度:1.6马赫 (1,200 mph, 1930 km/h)
* 航程: 1,200 nmi (不使用副油箱的情况下大约2,222 km)
* 爬升速度:机密
* 机翼负载: 91.4 lb/ft2 (446 kg/m2)
* 推重比: 满油箱时0.968 , 50%燃料时1.22
之前的6个部分： 美国X系列试验机全揭秘（1）：X-1 —— X-3 美国X系列试验机全揭秘（2）：X-4 —— X-10 美国X系列试验机全揭秘（3）：X- 11—— X-15 美国X系列试验机全揭秘（4）：X-16 —— X-20美国X系列试验机全揭秘（5）：X-21 —— X-25 美国X系列试验机全揭秘（6）：X-26 —— X-30
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