[原创]世界上第一种超音速垂直起降战斗机 雅克-141战斗机

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雅克-141是世界上第一种超音速垂直起降战斗机,采用全数字式控制和米格-31相同的雷达,而机动性能也相当优秀。空战能力远远强于美国和英国在内整个西方通用的简“鹞”式亚音速垂直起降战斗机,在F-35出现之前,可以说是超时代的。



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研发历程

20世纪60年代中期,苏联开始对垂直起落技术的探索。在1967年的苏联航空节上,曾展出过三种装升力发动机的短距起落战斗机和一种西方称之为“自由画”的垂直、短距起落转喷口实验机。之后,又发展过一些不同方案的垂直起落研究机,1973年曾在“莫斯科”号巡洋舰上作过一系列试验。雅克-141就是在这些垂直起落技术的探索研究的基础上,于20世纪60年代末开始研制的舰载垂直起落战斗机。1971年原型机试飞。


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雅克-141虽然首飞成功,但是仍然暴露出了很多问题。首先就是在垂直起降时机体下方的气流控制。飞机在悬停的时候,高温的气体从发动机喷口喷出,到达地面后便向外扩散。这样就在机体下方形成了一个显著的低压区。这个低压区会把飞机牢牢“吸住”,即suckdown效应,实际上这也是雅克-141首次试飞时没能起飞的原因。而且更糟的是这个低压区极不稳定,在机体运动或有空气流动的情况下都会造成压力突变,最终造成飞机失控。要解决这个问题,首先需要对喷出的气体流向进行计算。并实行有效的控制和修正,尽量使气流在到达地面时不向外扩散而是向机腹聚拢,以再次会合上升来弥补因此所产生的低压区,这就是“喷泉效应”。不过进行这部分工作需要很长的时间。还有一个问题就是从地面返回的高温气流有可能再次被进气道吸入,造成发动机推力损失,经过实验表明,这一问题在高度1.5米时至少造成发动机推力减少了800磅。为了解决高温气流再次被吸入的问题,雅克福列夫的设计者们在机首的空气进气口下面增设了一个很大的可折叠板。


为了提高反作用姿态控制喷口的效率,设计者们还把喷口改在了两翼的翼尖,机体后端以及机首长杆的尖端四个离重心较远的位置。机头、机尾和翼尖有姿态控制喷嘴,其中机头的姿态控制喷嘴在延长杆的顶端。虽然进行了上述的几点改进,但是雅克-141的飞行仍然不是一件容易的事情。1963年1月19日的最初飞行仅在离地面1~2米的高度向前飞行了40米,整个飞行过程不过几十秒。后来试飞员尤里?加鲁那耶夫也在不断摸索和适应,飞行时间不断加长。终于在1963年9月16日成功地完成了从垂直起飞到水平巡航的首次转换飞行。


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概述

雅克-141是专门为在“基辅”级航空母舰上使用而设计的。机身和折叠机翼的尺寸与“基辅”号上的升降机相适应。为了能在印度洋、太平洋和地中海全年使用,雅克-141是以国际标准大气加15摄氏度的大气条件为标准设计的,采用升力发动机和转喷口发动机相结合的方案布局。雅克-141在“基辅”号甲板上起落很平稳。垂直起飞后在甲板上空5~6米作平滑的过渡飞行。飞机以-5°的迎角姿态加速到55~75公里/小时,再以+5°迎角的姿态,继续使主推力发动机喷口后转加速。过渡飞行时间约1分半钟。


雅克-141降落时从舰后远处减速进场,最后在距母舰400米处改为平飞,此时距水面30米高,以约10公里/小时的接近速度越过舰尾,在甲板上方10~14米高度慢慢悬停并垂直下降。降落很准确,估计舰上有某种控制装置。现在,由于采用一套自动控制系统保证飞机起飞时升力发动机的工作状态及推力转向后喷口的旋转角度处于最佳情况,因此这种飞机已经具备短距起飞的能力,从而使有效载荷和航程得到改善。


雅克-141是苏联雅克福列夫设计局研制用以取代在“基辅”级航空母舰上服役的雅克-38A。该机为两侧进气、双垂尾布局,装1台推力换向涡轮风扇发动机。雅克-141还装有具有下视/下射能力的机头雷达,它是一种具有低超音速能力的垂直/短距起落战斗/攻击机。1988年春天,美国海军发现该机的存在。到1990初,该机尚未进行着舰试验。


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设计

雅克-141沿用雅克-38的组合式动力方案,安装了喷口可转向的升力发动机和推力发动机,以大推力、高推重比发动机保证超音速性能,用升力发动机保证其垂直起降性能。尽管该机多数采用了现有战斗机上较成熟的技术,但在性能水平和作战效能方面与雅克-38相比有很大提高。最大飞行速度达1800公里/小时,实用升限比雅克-38高3000米,短距起飞时最大起飞重量比雅克-38大8吨左右。


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为了提高飞行性能和减轻飞行重量,广泛采用了铝-锂合金和复合材料,其中复合材料占结构重量的26%。机上装有三余度全权数字电传操纵系统,用来控制操纵面与反作用喷口。机上有完备的机载电子设备,可挂装各种新型空战武器和对地攻击武器,具有超视距空战及火力圈外发射武器能力


打破多项记录

雅克-141打破了垂直-短距起落飞机的多项世界纪录,其中包括:有效载重1000千克时爬升到12000米时间为116.2秒;有效载重2000千克时相应的爬升时间为130.5秒;从高度3000米到8000米,爬升速度为250米/秒。目前该设计局计划使雅克-141能成为一种岸基防空和对地攻击机。1992年9月范堡罗航展上西方有关人士认为:该机缺乏实用垂直/短距起落战斗机所需要的操纵及任务灵活性,如它必须在装有防热甲板的位置起降,以免高速热喷气损坏跑道或舰面。此外飞机起落操纵性还不够灵活,仅与“鹞”式飞机相当。


机身设计

机翼悬臂式上单翼,中等角度后掠,翼根部装有前缘边条,机翼可折叠。有前缘缝翼,后缘装有分裂式升降副翼和后缘襟翼,翼尖装有控制飞机滚转的喷嘴,由发动机压气机引气供给喷嘴。


机身直线型机身,机身两侧敷有大量隔热材料,机尾有控制航向的喷嘴。


尾翼双垂尾布局,垂尾由两个尾撑支持,略向外倾。全动平尾。



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动力装置

动力装置机身后部装一台图曼斯基设计局研制的R-79推力矢量升力/巡航涡扇发动机,最大加力推力约152千牛(15500公斤),不加力推力88.2千牛(8994公斤);在靠近飞机重心处两个尾撑之间装圆形可转向喷口,使用寿命为1500个旋转循环。飞机短距起飞时,喷口向下偏转65°,打开至全加力状态,飞机滑跑5米可离地。喷口最大向下偏转角为95°,使飞机垂直起落时具有一定的减速作用,此时的升力推力约为发动机巡航推力的80%。该发动机压气机引气供给翼尖和机尾喷嘴时,其最大推力降到137.2千牛。座舱后部机身串列安装2台图曼斯基设计局研制的RD-41升力发动机,单台推力41.68千牛(4250公斤),为飞机垂直/短距起飞时提供升力,升力发动机安装角与垂直面为15°,推力偏转范围为±12.5°。机上有发动机数字式电子调节系统。


座舱设计

座舱一名驾驶员,驾驶舱内装有简单的仪表,舱内左侧设有偏航操纵杆,用于进行垂直/短距起落操纵及对两台升力发动机的操纵。驾驶杆上设有一个按钮,控制主发动机喷口的偏转。装有K-36零-零弹射座椅,可由飞行员控制弹射,也可自动弹射。在飞机俯仰角度超过规定值以及横滚速率超过限制值时可自动弹射。




飞机外挂

机载设备装有先进的机载设备,一部与米格-29性能类似的多功能脉冲多普勒雷达,火控系统可与其它各类武器兼容。


武器一门30毫米机炮,翼下有4个挂架,最大载弹量2600千克,可挂载AA-10中距空-空导弹和AA-11、AA-8近距空-空导弹


战机参数

翼展10.1米


(折叠状态)5.9米


机长18.3米


机高5米


重量及载荷


最大起飞重量(短距起飞)19500千克


(垂直起飞)13675千克


最大外挂载荷2600千克


性能数据


最大平飞速度M1.7


实用升限15000米


垂直起飞航程(内部燃油)1400公里


短距起飞航程(带外挂油箱)2100公里




机体结构

机身常规半硬壳轻合金结构,截面为椭圆形。一体化的发动机进气道。在机身两侧相当于透明座舱盖后缘前边的地方设有附面层刮除板和向下倾斜的进气道唇口。两侧进气口稍后边一点的位置上设有一排吸入式辅助进气门。在驾驶舱后安装升力喷气发动机处机身上部的向后打开的进气舱门上有16个弹簧加载的通气孔。机身下向两侧打开的喷口舱门的相应位置与升力发动机的前倾保持一致。作为控制系统的一部分,在起飞和降落时,这些舱门的位置是自动调节的。在升力发动机下方每个舱门的后边设有较小的挡板。在小尾锥的两侧设有偏航操纵喷管。


尾翼常规轻合金结构,所有尾翼面都有后掠。水平尾翼具有明显的下反角。方向舵及升降舵具有轴补偿铰链和配平片。从垂尾根部向前伸出一条很长的进气管道以便对设在机身后部的电子设备进行冷却。


起落架可收放前三点式。每个起落架上装一个机轮。起落架支柱具有油-气减震器,机轮装在拖车式叉杆上,前起落架向后、主起落架向前收入机身。在上翘的后机身下装有一个小的缓冲器。

本文内容于 2009-11-28 12:57:40 被returner编辑

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