戰機垂直起降時,如何保持平衡?

胡航科

垂直起降戰機垂直起飛過程中,保持平衡的秘密就在於多個噴管,遍佈機身的傳感器和姿態控制計算機。

以f35b戰鬥機為例,它有4個噴口,使用普惠公司特殊設計的STOVL型F135-PW-600發動機。發動機增加了升力風扇,尾噴管可以向下多角度偏轉。發動機的前方通過離合器和主軸,連接一個直徑1.27米的升力風扇,而且升力風扇也是可以偏轉的,向前偏轉13度,向後偏轉約30度。

尾噴管垂直向下可以產生71千牛的升力,升力風扇可以產生90千牛的升力。它們共同為戰機提供91%的升力,是飛機拔地而起的大功臣。

除此之外左右兩側還有兩個輔助噴管,噴射從發動機壓氣機引出的氣流,這兩個偏轉噴管提供約16千牛的升力,作用就是控制飛機平衡。

當然只靠4個噴管工作是不行的。飛機要想平穩起飛,還需要調節噴管角度和推力,保持平衡才行。以前鷂式戰鬥機依靠飛行員控制噴管角度,保持飛機平衡,這需要極高的個人經驗。

而現在f35B由先進的姿態控制計算機和遍佈機身的傳感器組成智能控制系統,飛行員只需要把數據輸入計算機,計算機就可以接收傳感器傳來的各項姿態數據,通過每秒200次的計算分析飛機姿態,自動調整噴管角度,調節推力大小,使飛機平穩起飛。

這就是先進科技帶來的神奇能力,使以前的不可能變為可能!


和風漫談

搞出垂直起降的也就英蘇美三家,現在也只剩美國一根獨苗了,雖然美國F-35B與英國的“鷂式”、蘇聯的“雅克-141”的垂直起降系統不太一樣,但是或多或少也借鑑了英蘇的部分技術,今天我們主要就來談談F-35B的動力系統及如何保持平衡。

要談戰機的垂直起降,就不得不說其升力方案。美國F-35B採用是升力風扇方案,蘇聯採用過升力發動機方案,而英國鷂式選用的是偏轉噴口設計,可以說美國的升力風扇方案是一股不同的小清新風。

如上圖所示,F-35B在駕駛艙後部安裝了兩極對轉升力風扇,與機尾發動機主噴口處於同一中軸線上,升力風扇和發動機主噴口提供了戰機大約91%升力,是飛機垂直方向升力的主要提供者。戰機兩側機翼下方,還有兩個小噴口,從發動機的低壓壓氣機引氣向下噴出,提供大約9%的升力,並主要用來保持戰機平衡和姿態調整,所以F-35B的升力和平衡姿態調整基本就靠計算機控制這四個噴口來實現。

F-35B座艙後面的升力風扇本身並不產生動力,通過細長傳動軸與後部發動機相連,被髮動機的低壓渦輪帶動,通過離合器控制發動機和升力風扇的離合(這個離合器可以說是技術最強的離合器之一)。

戰機平飛的時候,升力風扇與發動機呈脫開狀態,升力風扇不工作,發動機提供向後的推力。垂直起降時,升力風扇上下蓋板打開,風扇通過離合器和傳動軸與發動機連接,發動機低壓渦輪將功率傳遞至升力風扇,驅動升力風扇旋轉,從風扇上方進氣口吸氣,從下方噴出,同時主發動機噴口向下旋轉90°也向下方噴氣,機翼兩側噴口引氣向下噴出。,共同提供升力和調整飛機姿態。(為防止在靠近地面時,尾噴管排出的熱氣流經地面反射,被髮動機吸入而導致發動機推力不足而設計兩極對轉升力風扇,風扇和機翼下噴口噴出的是冷空氣,發動機尾噴口噴出的是高溫燃氣,前面向下噴出的冷空氣可以在尾噴管和發動機進氣道之間形成一道冷空氣屏障,從而保證發動機進氣的正常)。

F-35B升力風扇下方設計一種可調百葉窗結構,使其噴流也可以進行較小角度的前後偏轉,從而提供一定的前後推力,這在短距起飛時非常有用,在平飛和懸停狀態的轉換過程中也會用到,同時也可以用於懸停狀態下飛行姿態的調整。


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