【中华军备】说说垂直起降及小论其原理

• 发表于：2010-08-27 13:39:11
• 作者:木刀公子发短信加好友更多作品

    人们的最初梦想是像鸟儿那样的自由飞行，但由于技术的限制只能以莱特兄弟的那种滑跑飞行方式起飞，所以，从莱物兄弟飞机上天开始，人们就对垂直起降的飞机进行了研究。但先人付出巨大的努力也就是英国的鹞式、俄罗斯的雅克38/41、美国的F－35B取得成功。但这三种飞机的垂直起降方式有所不同，英国的鹞式采用可转向喷管的专用喷气发动机（飞马）提供升力和平飞动力；俄罗斯的雅克38/41采用专用的升力发动机＋巡航发动机的形式；而F－35B则采用升力风扇＋巡航发动机的形式。当然，这里还得提一种形式，就是纯升力风扇的形式，如通用电气研制了 XV-5 垂直起落研究机。飞机的垂直起降史无非就是这四种主要形式，下面就它们难以实用化，存在的问题一一分析一下。

    英国的鹞式、俄罗斯的雅克38/41采用垂直起降时的载弹量和载油量明显不足，对燃料的消耗巨大，作战半径太短，结构复杂，对地面烧蚀严重，安全可靠性低等等。

    为什么会这样？就因为用发动机微弱的推力对抗飞机的重力造成的。举个小学课文小白兔运南瓜的例子，南瓜很重，要直接对抗重力，即使小白兔能抱动运走不远恐怕就会累没有劲了，所以小白兔选择了推着滚动着运走的办法，这样用很小的力就完成了任务。滚动着运南瓜是让地面的支持力对抗南瓜的重力，小白兔只需很小的向前的推力对抗滚动时产生的阻力就行了。这是个巧妙的提升效率手段，当初美国莱特兄弟如果以发动机螺旋桨产生的可怜的力去把飞机像直升机那样直拔起来的思维，那飞机的发明者可能就不是他们了。而莱特兄弟发明的飞机是让发动机螺旋桨产生的可怜的向前的力使机翼逐渐快速平移产生升力，利用机翼较大的面积向前快速平移时产生的升力对抗重力，而发动机只需克服向前平飞遇到的阻力就行了。这是一种聪明的巧办法，是一种高效的飞行方式就像一个省力的滑轮或斜面一样。说了这么些，就是想说明飞机的垂直起降也得采用巧办法提高飞行效率，不然是没有实际意义的。

    鹞式飞机和雅克飞机这样几十吨重的飞机直接用发动机高速喷气产生的大推力来对抗飞机的重力，不可能迅速垂直起飞，从静到动由于惯性的作用只能由静止到缓慢上升。而用如此高速的喷气，像火箭一样利用发动机反作用力起飞，由静止到高速飞起来会消耗大量燃油，这是很不明智的。从的实际应用就可以看出这种思维造成燃油的巨大损耗，效率的低下，用飞行员的话说，除了飞行员本人外，只能载一包香烟了。本来起飞就是由慢到快的过程吗，所以，垂直起飞设备要像摩托车起步那样“逐渐加档”，用最少的燃油消耗，用最小的力，换取飞机慢慢的垂直起飞，逐渐加速，提高效率。

    升力发动机以燃气的高速向下喷出而获得反推力，所喷流速度越大推力也越大，发动机的喷口虽然较小推力也会很大，但过高的速度让噪声也较大，喷出燃气流距离太远，对下方物体的烧蚀太严重，起降环境受限，还会造成废气反馈，影响发动机工作。另外，升力发动机也会成为飞机平飞时的死重，白白消耗能源。所以升力发动机暂时看不适合用于垂直起降飞机上。

    美国的F－35B升力风扇示意图

    美国的F－35B与英国的鹞式和俄罗斯的雅克相比就有一定进步，主要是应用了升力风扇。在垂直升降过程中，主发动机喷口下转90°与升力风扇共同工作，两者相加的垂直上升推力约为16吨，可保证总重14吨飞机垂直升降。升力风扇旋转时与空气作用面积较大，相当于飞机的机翼，发动机不用直接对抗飞机的重量了，也可以理解像直升机的旋翼那样，能在原地以旋转的方式产生向上的升力，所以效率比有升力发动机的鹞式和雅克高，只有与空气的相互作用才最省力，效率才最高。

    但F－35B也有两个主要问题，一是它是混合式垂直起降，就是升力风扇＋尾管喷气，还得用喷气做补充，战斗机那低涵道比的涡扇发动机也不太省油；二是它的升力风扇的效率低下，所以F－35B的垂直起降效果也无法与滑跑起飞相媲美。另外，F－35B垂直起降系统中众多开闭的舱门不仅结构复杂，令可靠性大大下降，一旦战时某个舱门被毁整个起降系统就瘫痪了。现在，好像听说F－35B有点超重难产，总的来分析，它的垂直起降的实用价值不大。

    在飞机垂直起降史上也有采用纯升力风扇的形式，如通用电气研制的 XV-5 垂直起落研究机。当然，这个飞机没有成功，于七十年代就停止研究了。

    机翼上的盖板可以打开，暴露出机翼内的升力风扇 。XV-5 在悬停中，机翼上向上折起的风扇盖板，机翼下表面另有百叶窗式的盖板，机首还有一个关闭的“百叶窗”，下面是另一个较小的升力风扇，用于控制俯仰。平飞时，机翼上下表面的风扇盖板板关闭，减小机翼阻力。