負重的蜂鳥——德國Do-31型垂直起降運輸機
“全垂直起降空軍”的重要一環
在20世紀60年代早期，聯邦德國空軍受到當時方興未艾的垂直起降技術的影響，激進的提出了在各個機型上普及這一技術的目標。雖然在很多人的印象中，“垂直起降飛機”的概念，和“傻大粗黑”的運輸機似乎是風馬牛不相及的兩個概念，但是從某種程度上說，垂直起降飛機可以擺脫對跑道的依賴的優勢，對於運輸機尤其是戰術運輸機而言依然是不言而喻的。因此，“垂直起降運輸機”這一概念的出籠，也就不足為奇了。
幾乎與此同時，北約的“第4號北約基礎軍事需求”（NATO Basic Military Requirement 4，NBMR-4）也提出了研製一種可以用於在前線支援戰鬥機和戰鬥轟炸機的垂直起降運輸機的設想，根據這一設想，新型垂直起降運輸機將可以以超過370千米/時的速度和15米/秒的爬升率運輸超過5440千克的貨物，後來由於這樣的指標過於激進，在後來出臺的“第22號北約基礎軍事需求”中，將航程指標縮短到了500千米，但是在今天看來，這樣的想法依然有些不切實際。不過，在那個不顧一切的追求擺脫對機場依賴的年代裡，在這一領域的探索依然是如火如荼的展開了。
由於自重較大，因此在垂直起飛階段運輸機所需的升力也相對較大。在航空發動機技術尚不成熟的時代，這無疑是一個致命傷。如果根據發動機動力對運輸機進行削足適履式的限定，則其性能將大打折扣，甚至失去實用價值。因此，如何平衡垂直起降性能和戰術性能之間的關係，成為了擺在航空技術人員面前的一個亟待解決的難題。
其實，從50年代末期開始，對於垂直起降運輸機的研製就一直沒有停止。這些運輸機大多采用可傾轉旋翼/機翼佈局，這種佈局的優勢顯而易見，可以充分利用發動機動力，最大限度的避免系統死重，有利於飛機整體佈局。然而，這兩種佈局都存在著一個無法迴避的問題——機械複雜性太高，可靠性相對不足，而由此帶來的對飛行員操縱要求高等一系列缺陷也給類似機型的發展帶來了很大的挑戰。試飛結果表明，在機械操縱技術的時代裡，類似佈局尚缺乏實用性。
美國伏爾託（Vertol）公司研製的VZ-2型可傾轉機翼垂直起降運輸機
美國寇蒂斯·賴特（Curtiss Wright）公司研製的X-19型可傾轉旋翼垂直起降運輸機
同樣是曾經研製過類似垂直起降試驗機的德國道尼爾公司，在對Do-29的試飛中積累了運作垂直起降飛機的大量經驗，對這種佈局的優缺點可謂是心知肚明。考慮到種種原因，在新型垂直起降運輸機的研製中，道尼爾公司並沒有選擇Do-29的佈局，而是採用了較為傳統的固定翼飛機佈局。而為了實現垂直起降，道尼爾公司為其安裝了升力-巡航發動機+升力發動機的動力佈局。就在確定了新飛機的大致輪廓後，整個研發生產工作就進入了快車道，並且獲得了Do-31的道尼爾公司編號。
由於Do-31體積和重量均超出了之前研製的一系列垂直起降飛機的極限，因此對於動力系統提出了更高的要求。為了更好的對動力系統進行測試，降低研發風險，道尼爾公司的技術人員依舊沿用了過去的方法，設法搭建起了2個“飛行床架”，這2個“飛行床架”在尺寸上存在著明顯的差異。其中，較小型的“飛行床架”（德語名：Reglerversuchsgestell）動力和後來的Do-31原型機所不同，僅僅是一個X型的框架，其中在“翼尖”和“翼中”位置安裝了4臺RB-108發動機作為動力，這4臺發動機除了用來滿足飛行需要，還被用來驅動位於機尾的空氣制動系統。1964年4月13日，德國和英國簽署相關協議，雙方展開共同研發，之後到了4月21日，第一個較小型的“飛行床架”在道尼爾公司試飛員卡爾·科斯勒（Karl Kössler）的操作下開始首次試飛。根據試飛的結果，英德技術人員又對方案設計進行了一定的修改。
用於Do-31測試的其中一個小型“飛行床架”
而較大型的“飛行床架”（德語名：Großen Schwebegestells）則與Do-31原型機類似，安裝了完整的2臺升力-巡航發動機和6臺升力發動機所組成的動力系統。其機頭形狀與後來的原型機類似，後段的圓柱形結構也與原型機的機體結構類似，不過其機尾依舊是裸露的框架式結構。在初期的試驗飛行過程中，該機一直採用繫留飛行方式，“飛行床架”與地面以伸縮托架連接，後於1967年2月7日開始首次自由飛試驗。
用於地面測試的大型“飛行床架”，機體被塗成了現役的紅色
飛行中的大型“飛行床架”
為了更好的進行試飛和其他測試，道尼爾公司共生產了3架Do-31E（德語“測試”Experimentell一詞的首字母）原型機。其中，第一架原型機代號為Do-31E1，僅僅安裝了升力-巡航發動機，用於進行除垂直起降外的飛行測試，第二架原型機代號Do-31E2，主要用於靜力測試，第三架原型機作為全狀態試驗機，被用作主要的試飛測試工作。除了道尼爾公司之外，還有其他的一些德國航空企業也參與到了Do-31原型機的生產當中，例如，威瑟飛機制造廠（Weser Flugzeugbau）完成了機身中部的一部分生產，福克-伍爾夫公司完成了機身前端的一部分以及尾翼的生產，而漢堡飛機制造廠（Hamburger Flugzeugbau）則完成了機身尾部的生產。
出於種種原因考慮，Do-31的首席試飛員並沒有挑選來自德國本土的飛行員，而是聘請了來自美國的德魯利·伍德（Drury Wood）。伍德曾經在第二次世界大戰期間駕駛F-4U“海盜”戰鬥機在太平洋戰區作戰，後進入美國海軍試飛員學校8班，與VJ-101的試飛員布萊特結識，並且在後者的引薦下於1964年7月開始與道尼爾公司方面接洽。憑藉其在海軍試飛員學校、海軍試飛中心的學習、工作經歷和駕駛道格拉斯、諾斯羅普等公司飛機的飛行經歷，他成功的獲得了道尼爾公司的青睞，成為了Do-31的試飛員。就在他得以駕駛Do-31原型機之前，他在較小型的“飛行床架”上完成了145架次的飛行。之後，他開始轉戰較為大型的“飛行床架”，在一段時間的訓練後，他得以熟練的操作這個缺乏氣動特性的玩意，為接下來的正式試飛做好了準備。
到1967年年初，Do-31的3架原型機被生產完成，而進行首飛的各項準備工作也已經就緒。1967年2月10日，僅僅在大型“飛行床架”首次自由飛試驗後幾天，在伍德的駕駛下，Do-31的第一架原型機首飛成功。試飛結果表明，該機飛行品質良好，由此也邁出了項目發展的關鍵一步。
首飛成功後回到地面上的伍德正在接受地面上測試人員的熱烈歡迎，左上角為伍德親筆簽名
技術特點
如果僅僅從外表上看，Do-31不過是一款普通的噴氣式運輸機，並沒有太過讓人驚奇的外表。不過，在其樸實的外表下，其設計獨特的動力系統才是真正吸引人的地方，體現出了道尼爾公司航空技術人員在那個年代的最高水平。
Do-31三視圖
Do-31剖視圖
該機採用了運輸機中常見的全金屬上單翼加十字型尾翼佈局，機長20.53米，翼展18米，高度8.53米，最大起飛重量27422千克，以當時的視角衡量，該機只能算作是一款輕型運輸機。而作為對比，蘇制An-24型運輸機機長23.53米，翼展29.2米，機體空重13300千克，商載起飛重量21000千克。可以看出，Do-31為了實現垂直起降，在重量和性能等方面均付出了相當大的代價。
前文已經提到，為了實現垂直起降，Do-31採用了一套非常複雜的動力系統。其中，作為升力-巡航發動機的，是2臺來自羅爾斯·羅伊斯公司的“飛馬”（Pegasus）BE.53/2型發動機。這種發動機曾經作為著名的“鷂”式戰鬥機的主動力而聞名於世，而作為其早期版本，安裝在Do-31上的型號採用3級低壓，8級高壓的軸流式壓氣機結構，最大推力為68.95千牛。2臺“飛馬”被安裝在兩側翼下的短艙內，後起落架也被設計成收縮入短艙，是典型的自行車式起落架佈局。
不過，僅僅依靠2臺“飛馬”實現垂直起降，對於這樣重量的運輸機而言依然顯得不夠。作為補充，該機還安裝了8臺同樣來自羅爾斯·羅伊斯公司的RB-162-4D型升力發動機，每臺發動機可以實現19.57千牛的推力。8臺發動機以4臺為一組，安裝在位於兩側翼尖的升力發動機吊艙內。值得一提的是，這些升力發動機的噴管並非固定式，而是可以向前或者向後旋轉最多15°，而且一側翼下的升力發動機吊艙內的升力發動機噴管轉向和另外一邊的轉向彼此保持獨立，根據一些未經證實的消息，甚至通過調節2邊發動機的推力，可以實現滾轉配平——當然，在現實中從來沒有人試圖完成這一動作。
在這樣的一套動力系統的共同作用下，該機巡航速度為650千米/時，最大速度可達730千米/時，在搭載3500千克的最大載重的情況下航程可達1800千米，平飛狀態下爬升率為19.2米/秒。雖然在載重量方面略有欠缺，但是其他方面的性能依然是中規中矩。
Do-31的“飛馬”發動機吊艙細節圖，圖中可以清晰的看出其噴管結構
被拆卸後進行地面展示的升力發動機吊艙，進氣口處於開啟狀態
Do-31升力發動機吊艙內升力發動機噴口特寫
由於發動機數量眾多，加之垂直起降飛行的特殊性，因此這對於飛機的操縱提出了非常高的要求。受制於技術水平的限制，Do-31並沒有採用如今通行的電傳操縱系統，還是沿用了相對老式的機械操縱系統，通過遍佈於機體內的各種機械液壓管線，對飛機的發動機和各個舵面進行控制。
Do-31機械操縱系統分部圖
而與複雜的操縱系統相對應的是，該機的雙人制座艙內依然保持著較為傳統的佈局方式，大量的機械式儀表遍佈於儀表盤上，人機工程水平較目前流行的“玻璃座艙”相去甚遠。不過，雖然操縱系統較為複雜，但是在極端情況下依然可以由1人完成所有的基本操縱。值得一提的是，Do-31的採用了運輸機常見的“花房”式座艙佈局，座艙視野非常可觀，可以滿足飛行員的各種觀察需要。
Do-31座艙特寫圖
由於Do-31的特殊性，導致其飛行危險性大增，因此為了最大限度的保證飛行員的安全，和Do-29一樣，技術人員在座艙內為2名空勤人員提供了在當時的運輸機上非常罕見的彈射座椅。作為當時最先進的彈射座椅之一，馬丁·貝克Mk.6型彈射座椅脫胎於之前的MK.4型的設計，並且在結構上進行了一系列調整，其中最重要的一點，就是安裝了1組推進火箭，從而使其具備最基本的“零—零”彈射功能，而這一功能對於垂直起降階段的運輸機而言，其優勢可謂不言而喻。為了方便空勤人員進出機艙，在機體左側靠近機頭的位置設有一道艙門，而在座艙上方還設有一道逃生門。
露天展示的1具MK.6型彈射座椅
當然，作為一型運輸機，其貨運能力依然是衡量其性能的一個重要指標。在使用“飛馬”發動機的狀態下，Do-31的最大載重量可達3500千克，雖然較北約標準有所偏低，但是在後期換裝了更大推力的發動機的情況下，依然有可觀的提升空間。其貨艙佈局與普通運輸機類似，除了機身側面的側門外，在尾部還設有供人員和車輛等大型貨物進出的跳板式尾艙門，以提高裝卸效率。貨艙內空間較大，可以容納36名士兵，如果作為救護用飛機，則可以容納24副擔架。為了承受滿載時的機體，Do-31的起落架均採用雙輪設計。
從尾艙門視角拍攝的Do-31貨艙內景，可見其內部空間利用率較高
作為原型機，為了更好的採集和試飛有關的技術數據，在Do-31的原型機機體安裝有一具較為碩大的空速管，在機體內的其他部位，也安裝有相應的測試儀器。
可以說，作為噴氣式垂直起降運輸機的開山之作，Do-31的很多設計都具有獨創性，突破性的解決了之前曾經困擾航空技術人員的一系列難題，體現出了聯邦德國航空工業在戰後歷經數十年發展之後的技術實力。
試飛過程
在首飛成功之後的幾個月裡，伍德駕駛Do-31E1進行了一系列科目試飛，通過對Do-31E1的試飛，試飛員和技術人員對Do-31的一些技術特點和飛行品質也是瞭然於胸。對於這架飛機，伍德給出了非常不錯的評價，他認為，Do-31E1是一架“實在而直截了當的常規飛機，沒有什麼缺點，而且由於‘飛馬’發動機的矢量噴管，該機還可以實現一定程度的短距離起降，”總之，在首飛之後他感到“非常舒服”。
飛行中的Do-31E1，注意該機尚未安裝升力發動機
不過，雖然早在1967年2月，Do-31E1就已經實現了首飛，但是作為Do-31的“不完全體”，該機僅僅只能使用2臺“飛馬”作為動力，和常規起降的運輸機並沒有差別。不過，在此期間，對Do-31E3的製造和調試工作也正在緊鑼密鼓的進行之中，到了7月上旬，該機終於達到了可以投入試飛的狀態。同樣在伍德的駕駛下，該機於7月14日試飛成功。不過，由於相關的調試工作依然還在進行，因此這次試飛同樣是以常規起降的方式完成的。在此後的一段時間裡，技術人員一直在設法解決其關於垂直起降的一系列問題，直到1967年11月22日，該機才首次完成懸停飛行，而到了翌年的1月，Do-31E3才第一次完成垂直起降試飛。由於垂直起降的複雜性，對試飛員的飛行水平也提出了一定的挑戰，對此伍德也深有體會：“在每次的垂直起飛和著陸的步驟中，我都會學到一些其他的內容，我有足夠的時間完成所需的各項操作，並且在懸停狀態下完成‘倒飛’甚至‘盤旋’等花活。在我駕駛E3原型機完成10次飛行之後，我才得以在看見空速表指針低於100節時克服掉擔心飛機熄火的心理。”
正在進行垂直起降的Do-31E3，可見其升力發動機短艙的噴口和進氣口蓋板都已經打開
在試飛的過程中，技術人員有意思的設計了一些挑戰極限的試飛科目，在此期間，伍德發現，整個飛機幾乎無懈可擊，但是卻有一個問題始終困擾這他，那就是“飛馬”發動機的矢量噴管難以校正。就在一次試飛中，伍德在座艙中將噴管指向設定為了87°，但是實際上噴管卻旋轉超過了90°，大量的廢氣噴向地面，又被吸入了“飛馬”發動機，一時間起飛的場面壯觀無比，見勢不妙，伍德立刻駕機著陸。不過在這次驚人的“表演”後，該機一舉贏得了“勉強之龍”（Reluctant Dragon）的諢名。
作為聯邦德國航空工業的一大明星產品，1969年3月27日Do-31被選中參加當年的法國巴黎航展。在伍德和另外一名德國試飛員漢斯·沙布羅納特（Hans Schabronath）的駕駛下，該機從上普法芬霍芬(Oberpfaffenhofen)起飛，直接飛往巴黎布爾歇機場。就在德國搭檔正在規劃他們的飛行計劃的過程中，伍德開始思考如何最大限度的展示出飛機的潛在性能。突然，一個奇思妙想湧上了他的心頭——進行一次破紀錄飛行！伍德的這個想法鑽了個小小的空子：飛行記錄分為很多門類，單發、多發、陸地飛行、海上飛行、高度飛行……但是，最重要的，還是飛機種類，而就在目前，作為世界上唯一的垂直起降運輸機，Do-31的存在可謂是獨一無二，也因此，它也就成為了它所在門類飛行記錄的唯一挑戰者！
這當然讓人無可指摘，而伍德和沙布羅納特也充分的利用了這一點。經過與當時正在巴黎的國際航空聯合會（法語名：Fédération Aéronautique Internationale，FAI）的官員的溝通，他們獲得了挑戰相關飛行記錄的許可。根據伍德的設想，起飛時Do-31將利用“飛馬”發動機進行短距起飛，之後使用“飛馬”發動機和升力發動機在巴黎實現垂直降落。雖然巴黎天氣有點陰，但是能見度良好。
整個創紀錄飛行在一個平靜的起飛過程中開始了，之後，伍德和沙布羅納特駕機爬升到了9000米高度。但是，之後的一個小意外幾乎斷送了整個飛行。伍德發現，他的供氧系統出現了故障，由於Do-31並沒有採用增壓座艙，因此如果伍德無法獲得足夠的氧氣，他就將被迫放棄飛行。在氧氣發生器上有個小小的按鈕，按下之後就可以獲得穩定的氧氣供氧。伍德用一支圓珠筆的筆尖抵住按鈕，使其一直工作，就這樣一直堅持到了巴黎。
雖然由於一直用力抵住按鈕，在降落之後伍德的胳膊一直處在僵硬狀態，但是他的付出畢竟獲得了回報。這次創紀錄飛行共創造了速度、距離、高度、速度和持續時間5項世界紀錄，此後多年裡都沒有被打破。
在Do-31大出風頭的同時，伍德本人也可謂是名利雙收。1968年，試飛員協會（Society of Experimental Test Pilots）授予了他埃文·金奇洛獎（Iven C. Kincheloe Award），而到了1970年，他更是獲得了又時任德國總統的古斯塔夫·海涅曼（Gustav Heinemann）親自授予的一枚帶綬帶聯邦服務十字勳章（Federal Service Cross）。
埃文·金奇洛獎獎盃
叫好不叫座
Do-31的表現引起了很多人的注意，其中就包括了美國航空技術人員。早在1968年早期，美國美國國家航空航天局（National Aeronautics & Space Administration,NASA）就對Do-31項目產生了一定的興趣，他們希望能以此項目為契機，探索一種可以作為未來噴氣式客機的原型。到了1969年早期，雙方就展開合作達成了正式協議，美國國家航空航天局建造了一個Do-31的飛行模擬器，用於培訓美國試飛員，之後這些人將被送往德國，參與到後面的試飛之中。不僅如此，由於其垂直起降的特性非常適合於特種作戰，美國空軍也對該機作為特種作戰飛機的潛力展開了一系列評估。
正在參觀Do-31座艙的美國首名登月宇航員尼爾·阿姆斯特朗（左）
假想中的美軍塗裝版Do-31，採用東南亞迷彩塗裝
就在Do-31的試飛取得成功的同時，道尼爾公司的技術人員也清醒的意識到，該機的性能尚不足以滿足需求，尤其是載重量依然偏低。為此，他們開始在該機的基礎上進行改進型的研製。新機型的道尼爾公司編號為Do-231，翼展得到加長，並且擁有更大後掠角，衛衣則換成較為傳統的倒T字型，可以明顯改善其飛行性能。機身顯得修長，機頭設計也更類似於民航客機。由於機體增大，其所需的動力也得到了加強。主發動機被換裝成了羅爾斯·羅伊斯公司RB.230型發動機，該發動機最大推力可達驚人的107千牛，而升力發動機也被換成了RB.202型，其最大推力也可達到58.3千牛。總計12臺升力發動機中，有8臺被安裝在兩側翼下的升力發動機吊艙內，2臺位於機首，2臺位於機尾。性能的大幅度增長換來的自然是載重量的大幅度提升，根據估計，如果作為載客用機，該機最多可以搭載約100名乘客，幾乎可以作為支線客機使用。如果成行，那麼該機可以從城市中的大型建築物的樓頂起降，甚至與火車站實現聯運，對於航空業從業人員而言不僅可以降低成本，還能提高運營效率，無疑是個巨大的誘惑。
民用型Do-231與軍用型Do-231M設計圖
Do-231想象圖，機身上塗有漢莎航空公司塗裝，不過實際上這並沒有成為現實
然而，在Do-31優異的表現並不能掩蓋其經濟性的不足。由於在垂直起降過程中耗油量極高，因此其實際性能一直不足。而對於投入商業運營的航班而言。這更加是一個難以逾越的障礙。而Do-231則更加不幸，該機的設計始終沒有走下繪圖板，航空公司方面也一直無人問津。
1970年，由於缺乏投資，Do-31項目最終走到了盡頭。之前，美國康維爾（Convair）公司曾經一度有投資意向，但是最終還是取消了計劃。而美國國家航空航天局方面也並沒有繼續對此予以關注，而是選擇了其他的研究項目。1970年5月4日，Do-31E3在漢諾威國家航空航天展上完成了其最後一次飛行，之後就被封存，後送入慕尼黑的德意志航空航天博物館（Deutsches Museum Flugwerft Schleissheim）進行展出，而Do-31E1則被送往道尼爾博物館展出，結束了Do-31家族不平凡的一生……未完
露天陳列的Do-31E1
在室內展出的Do-31E2
來源《艦載武器》雜誌
