IEAE-淺談垂直起降戰鬥機的發展

垂直起降戰機對跑道/彈射器的要求很低,不需要滑跑就可以起飛降落,能在各種環境較差的機場部署,要是極端點用直升機的停機坪就可以部署。現如今垂直起降戰機主要應用在各種沒有彈射器與攔阻索的中小型平甲板航母上,比如美軍的兩棲攻擊艦。

近期076兩棲攻擊艦採用“彈射器+攔阻索”的技術路線,基本可以確定在未來較長的一段時間裡我國不會列裝任何垂直起降戰機。這種選擇背後的邏輯到底怎樣?今天我就談談垂直起降戰機的發展史。

垂直起降技術,最初的目的是為了減少戰術飛機對於機場硬件的依賴。

我們現在津津樂道的“東風導彈洗機場”這種想法並不是現在才有的。意大利軍事理論家杜黑在1921年出版的《制空權》一書中就明確指出:“進攻行動中最有效的方法就是摧毀敵機於地面。”

這種思想對各國空軍的發展建設都造成了很大的影響,蘇德大戰初期,很大一部分蘇軍戰機就被德軍摧毀在機場跑道上。但在當時,杜黑的設想受限於技術的限制並不能得到完全的實踐。德軍的行動很大程度上依賴於“不宣而戰”,蘇聯方面沒有很好的準備。

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二戰美軍雷達

二戰時期各國已經開始裝備各種各樣的預警雷達,雖然技術上還較為原始,但探測二戰時期的飛機,提供預警也完全堪用。所以面對有準備的對手,在轟炸機飛臨敵方機場時,敵人的飛機早就升空了,也就無法把敵機摧毀在地面,不列顛空戰就是一個很典型的例子。

二戰後隨著技術的進步,彈道導彈逐漸發展成熟,對當時的軍事發展造成了很大的影響。

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1961年開始部署的蘇聯第一代彈道導彈:R-7型,射程11000km

相比起轟炸機,彈道導彈整個飛行過程中絕大部分都在大氣層外,速度快得多,從東半球打到西半球只需要半個小時就足夠,比轟炸機快得多,“摧毀敵機於地面”的想法也就完全可行了。

20世紀60年代,美蘇展開了瘋狂的核軍備競賽,1962年的古巴導彈危機中蘇聯因為戰略核力量不足吃了癟,此後更是瘋狂擴核,高峰期時美蘇甚至一天就能生產一枚洲際彈道導彈與配套的核彈頭。一旦開戰,美蘇第一輪核打擊就要發射數千枚導彈摧毀敵方的經濟中心,政治中心以及軍事重地等各種戰略目標。

在這種背景下,雙方的傳統航空兵受到的威脅與日俱增,採取了各種措施力圖提升核戰環境下的生存能力,包括各種加固式機堡,山洞機庫這樣的建築。

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1972年“盾牌-72”軍演,扎德茨空軍基地在5分鐘內起飛72架戰機

但是一兩公里長的機場跑道是明顯的目標,非常脆弱。美軍最高等級的加固式機堡可以承受小當量核彈空爆時的破壞,保證裡面的飛機不被摧毀,但是數公里長的跑道,常規彈頭就可以砸出一個大坑癱瘓一段時間。

保證機場駐紮的戰機的安全,還得讓這些飛機戰時能夠出動,就擺脫對跑道的依賴,這才是各國設計垂直起降戰機最開始的根本原因。

英國的鷂式戰鬥機最開始就是正經的陸基戰鬥機,至於海鷂那都是後話了。除去垂直起降外,還有很多其他技術路線的嘗試。

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比如通過火箭助推實現超短距起飛的MIG-21。

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甚至乾脆從發射車上用火箭助推0距離起飛的F-100與MIG-19。

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不僅僅是戰鬥機,轟炸機也要火箭助推。

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當時的國際局勢是如此的緊張,以至於退出北約的法國,在這方面都有做準備,法國的幻影3,就有配套的超短距起飛助推火箭。

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不光美蘇,我國也有這方面的嘗試,大名鼎鼎的四號任務:為殲-6加裝升力風扇,使其能夠在機場跑道被摧毀的情況下能夠出動。圍繞核戰環境下的作戰要求,我國還研發了有著空中李向陽之稱的殲-12。

不過,火箭助推雖然能夠縮短起飛滑跑距離,但無法縮短降落距離。後來垂直起降這條技術路線走向實用也是因為在這方面的優勢。除此之外還有一個很重要的原因:分散部署。

既然軍用機場必然會成為對方戰略打擊力量的重要目標,那麼要提高航空兵的生存能力,就應該分散部署,一個機場不要放太多飛機以免被一鍋端,這樣也能提高敵方戰略打擊的成本。

英國皇家空軍裝備的118架鷂式裝備於7箇中隊,最多的時候,部署的基地超過30個,絕大部分都是條件極為簡陋的“野戰機場”,但很快就沒有後續了。因為實際軍隊使用時,過於分散的部署大大提高了後勤保障的壓力,英國空軍的鷂式機隊規模只有7箇中隊,後勤上都難以支持,這種模式並不能大規模的推廣開來。

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美軍裝備的AV-8B的座艙,與F-15C的座艙特別像

而且還有一個問題,垂直起降的飛機,性能太差了。英國的鷂式按理說,技術上看還是不錯的,航電水平較高,且之後一直升級,座艙玻璃化水平較高。

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海鷂機腹一側的兩個噴管

但因為4個外露可動噴管的外部阻力太大並且增大了截面積,氣動佈局不符合面積率,所以鷂式無法超音速飛行,最大飛行速度只有1176km/h。

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飛馬發動機的基本思路是英國人在20世紀50年代提出的

與同時期的其他戰鬥機相比,空戰能力差了一個檔次。所以鷂式並沒有在當時的英美空軍廣泛裝備,除去早期裝備的一些中隊以外,絕大部分作戰單位用的還是常規的戰鬥機。

不過鷂式的發展很快引起了當時美國海軍陸戰隊的關注,當時的美軍兩棲作戰方面體系還不是很完善,如果沒有陸基航空兵或者海軍航母的支援,缺乏快速有效的登陸火力投送手段。為此,美國海軍陸戰隊也裝備了不少固定翼戰鬥機,作戰時從陸地機場起飛,或者從海軍的航母上起飛。

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一個很典型的例子,VMFA-115,就是海軍陸戰隊下屬的戰鬥機中隊,這支中隊甚至連鷂式都沒有,他們現在用的是F/A-18A++,在此之前什麼A-4天鷹,F-4鬼怪都用過。

但是從海軍陸戰隊自己的角度講,他們還是希望有完全獨立作戰的能力,兩棲攻擊艦正好是平甲板軍艦,只是沒有彈射器與攔阻索,如果能夠裝備垂直起降戰機那麼也可以當成小航母用。所以他們引進了英國的海鷂。同樣的,海軍陸戰隊對海鷂的性能也不太滿意,認為它只是解決了有無問題,裝備數量並不多,這就是為什麼現在美國海軍陸戰隊仍然有很多F/A-18A++的原因。隨著F-35B的訂單逐步交付,他們所有的戰鬥機中隊都會換裝F-35B。

客觀地講,F-35B是一款成功的垂直起降戰機,畢竟是第一款服役的性能追平同期常規戰鬥機的型號,這主要歸功於它採用的“升力風扇技術”

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這個技術源自於蘇聯,或者說源自於蘇聯的雅克-141,通過發動機出力帶動一套機械連桿系統,在整機重心前方設置一個升力風扇,也就不需要像飛馬發動機那樣整4個噴管了。

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與飛馬發動機4個噴管的設計相比,升力風扇雖然死重大一些,但是整合到飛機上,對整機的內部結構與氣動外形的影響很小,所以F-35B可以達到與F-35A/C相似的飛行性能。並且升力風扇的產生的推力要大得多,起飛降落時更加安全,F-35B的短距起飛也是這套技術發展的結果。

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美軍使用F-35B,具體而言是“短距起飛/垂直降落”,起飛時雖然速度較低那點升力不足以維持飛行,但是升力風扇產生的推力足夠把飛機抬起來。

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對於沒有彈射器的平甲板軍艦而言,還是很有吸引力的。甚至像英國伊麗莎白女王級航母,明明標準排水量都達到了65000噸級別,完全可以上彈射器,但還是選擇了F-35B,短距起飛垂直降落。發展到今天,垂直起降戰機已經具備了與陸基戰鬥機相當的作戰能力,只是研發費用更高,使用成本更高,性價比還差一些。對於一些在彈射器方面有技術積累的國家來說,選擇電磁彈射還是更好的選擇。


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