閒聊——漫談“垂直起降”戰機的演進

一提到“垂直起降”戰鬥機,最其令人目眩神迷恐怕就是其“特立獨行”的起飛與降落方式。

目前,“垂直起降”的“升力與推力”(簡稱,升推方案)共經歷三次演變,從“升推一體”到“升推分離”,從“專用的升力發動機”到“對轉兩級風扇”,從“鷂式”到雅克38,從雅克141到F35B的成功首飛,整個跨度超過40年,每一次演變的過程都是針對前者“方案”的思考與技術創新。

閒聊——漫談“垂直起降”戰機的演進

“垂直起降”的升推方案“升推一體”模式,代表產品為“鷂式”戰鬥機。“鷂式”戰鬥機通過一臺發動機與前後各兩組可旋轉的“高速氣流噴射排氣口”,組成小四邊形狀態的“四點對稱式”升力佈局,實現“垂直升力與巡航推力”之間的轉換過程。

“升推一體”模式的優點是:結構緊湊、機械構造簡單、輔助系統重量交輕,在某些特定條件下可實現“垂直起飛。其缺點是:只能實現亞音速飛行,垂直起降油耗極高(一次垂直起降會消耗掉近三分之一的油耗),低空懸停狀態,發動機容易吸入自身“熱流”,造成發動機的“喘振”,甚至機毀人亡……

閒聊——漫談“垂直起降”戰機的演進

“升推分離”模式是對“升推一體”模式的一次重要技術演進,其思路是將“升力”與“巡航推力”分別通過不同的發動機來實現,這樣能夠很好的解決“升推一體”模式下,單臺發動機推力不足的問題。

雅克38利用兩臺RD36-35FV發動機作為“垂直起降專用升力發動機”,替代“鷂式”戰機前端兩組“高速氣流噴射排氣口”,並利用一臺R-27-V300常規推力發動機,作為巡航推力的主要動力輸出。

雅克38通過前端縱向兩點與後端橫向兩點組成小三角形升力佈局,相較於“鷂式”除了垂直起降的飛行性能要稍好一些,其他的缺點一應俱全。雅克38通過專用升力發動機與帶有轉向噴管的巡航(升力)發動機結構模式,可以擁有更好的推重比,但缺點是專用的升力發動機使用壽命很短,仰角稍大就影響升力發動機使用效能。因此,雅克38利用滑越式甲板起飛的性能很差,過於強調“垂直起降”性能,也成為“禁錮”雅克38進一步發展的誤區……

閒聊——漫談“垂直起降”戰機的演進

雅克141是在雅克38基礎上發展而來,沿用雅克38的“升推分離”方案,但隨著前蘇聯的解體,雅克141項目也走入死亡。雅克141採用兩臺升力發動機R-79與一臺推力發動機RD41相結合的模式,最大的改進是尾噴管由雅克38的兩組,演變成單組,形成前兩點,後一點的縱向軸對稱升力佈局,為了實現升力平衡,雅克141的尾噴管最大旋轉可達到110°夾角。單看雅克141尾噴管的旋轉模式,極易讓人聯想到F35B的尾噴管旋轉狀態。

雅克141是世界上第一架可以超音速飛行的“垂直起降”戰鬥機。其體型比雅克38大得多,載油量與載彈量相較於雅克38都有不小的改觀,航電系統水平與米格29相當。由此可見,雅克141如能服役絕對要比“鷂式”的戰力強很多……

美國F35B戰機的“升推”方案,應該是“升推一體”與“升推分離”相互借鑑、相互結合的產物。美國通過對“鷂式”與雅克141“升推”方案的深入研究,總體上以“升推一體”為核心理念,保留“四點對稱”升力佈局的設計思路,但橫向兩點與縱向兩點拉開的距離相對較遠,組成菱形四邊形佈局,這將有效的避免“熱流”吸入,導致發動機“喘振”的問題。F35B也借鑑“升推分離”模式的理念,利用“對轉兩級風扇”替代“專用升力發動機”,這樣實現一臺發動機為作為“升推”動力的總輸出。

閒聊——漫談“垂直起降”戰機的演進

F35B尾部噴管則借鑑雅克141尾部噴管的設計思路,採用大彎角旋轉設計,作為“垂直起降”時,尾部“升力”補充。由於F35B借鑑了“鷂式”升力的成熟方案,在機翼兩側保留了“高速射流排氣噴管”與發動機直接連接,因此,F35B尾部噴管其彎曲角度只要達到65°左右就能滿足“短距起降”的作戰要求。前部的“對轉兩級風扇”與發動機通過類似軸機構鏈接,實現高速旋轉,以此獲取“升力”,因此,相較於兩臺“專用升力發動機”油耗與重量都要低得多美國在研製F35B之前,對“升推一體”、“升推分離”的優缺點進行長達十多年的科學、嚴謹的論證與試驗。最終為F35B搭建以“升推一體”為主體理念、以“升推分離”為輔助的“混搭模式”。

F35B的“混搭模式”基本解決“熱流吸入”引發的“發動機喘振”問題,以及“垂直起降”模式起飛油耗高,作戰半徑難以突破200公里的窘境。在載彈量方面,F35B垂直起降模式下,也能達到2噸的彈藥有效載荷(可以稱得上創舉)。

F35B的起飛平臺主要設定為小型航母或者擁有直通甲板的兩棲攻擊艦,因此,強調短距起降能力為主,垂直起降能力為輔,沒有像雅克38、雅克141那樣,過於追求“垂直起降”,而誤入歧途。F35B在“短距起降”模式下,只需要125米的滑跑既能完成重載起飛,這一能力讓F35B在特殊條件下,可以在針對甲板進行稍加改裝的大型集裝箱貨輪或者油輪上完成起飛專場作業,這對提升F35B針對灘頭的火力投送與持續支援能力極為重要。

F35B在儘可能保證隱身的前提下,在航電、信息共享與被動光電感知方面也可謂煞費苦心,在數字化、信息化作戰的綜合能力上,甚至超過F22。F35B相較於“鷂式”、雅克38、雅克141在綜合作戰能力方面已經產生質的飛躍,短距起降的F35B最大可攜帶6噸彈藥,如果只掛在2噸彈藥,其最大作戰半徑將接近800公里。

由此可見,中國的“小平頂”未必需要“垂直起降”戰機,但具備F35B那種“短距起降”能力的戰機,卻是多多益善。


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