[原创]鹞式之殇----垂直起降三步曲

壮志凌云2 收藏 6 4153
导读:[img]http://img3.itiexue.net/1235/12353967.jpg[/img] 2010年12月15日,英国,飞行员在Cottesmone皇家空军基地执行“鹞”式战斗机的最后一次飞行任务。此次任务结束后,这款服役半个世纪的垂直起降战机正式退役。这勾起了人们对百年航空史的美好回顾,在惋惜与憧憬中,人们思索着垂直起降飞机的重生之路,这也许是航空的未来。 想当年莱特兄弟的一飞冲天实现了人们多年的梦想,可很快人们就发现这种飞行是有前提的,那就是得准备好长长的跑道,特别是飞机

鹞式之殇----垂直起降三步曲


2010年12月15日,英国,飞行员在Cottesmone皇家空军基地执行“鹞”式战斗机的最后一次飞行任务。此次任务结束后,这款服役半个世纪的垂直起降战机正式退役。这勾起了人们对百年航空史的美好回顾,在惋惜与憧憬中,人们思索着垂直起降飞机的重生之路,这也许是航空的未来。

想当年莱特兄弟的一飞冲天实现了人们多年的梦想,可很快人们就发现这种飞行是有前提的,那就是得准备好长长的跑道,特别是飞机进入喷气时代后,长达几千米的跑道更是飞机的诟病。于是人们就想研究不用跑道就能飞起来的飞行器,直升机就出现了。但直升机那老太太的“脚步”实在是让人急不可耐,于是人们就在飞机的身上打主意,让飞机能实现垂直起降。人类的航空史上曾经出现过很多种垂直起降飞机方案,其中不少方案已经进入到原型机试飞阶段,但最后投产装备的,却只有鹞式和“铁匠”(雅克-38)。而新一代的 F-35B 有点难产,双超----超重和超资(听说也身过亿了),距离定型还有相当一段距离。

就在F-35B苦苦挣扎的时候,世界上第一种实用的垂直起降飞机的老家英国却将引以为豪的看家之宝鹞式战机停飞了,可以说是永久退役了。鹞式的退场可以说是无奈的,也是明智的,因为这就是科学技术的“进化论”,适者生存,不适者淘汰,垂直起降飞机也要经历这样的过程。从我对飞机垂直起降发展史的分析得出这样的结论,垂直起降飞机的发展要经过这三部曲:发动机垂直起降时代,发动机+升力风扇垂直起降时代,纯升力风扇时代。而纯升力风扇垂直起降则是飞机的将来发展的更有前途的垂直起降模式,也就是说在飞机的基础上再加一套升力风扇进行垂直起降。下面我就这“三部曲”逐一谈谈我的看法。

第一阶段:喷气发动机垂直起降,已成历史

顾名思义,就是以发动机的力直接作为升力来对抗重力,以实现垂直起降。这是一种“热”升力系统,也就是以炽热的燃气喷射的反作用力作为升力垂直起降的。

1、发动机垂直起降的形式

发动机垂直起降主要有两种形式,一种是兼顾式,一种是分立式。因为在垂直起降中升力要围绕重心配平,达到比较平稳地垂直起降,这就要在重心周围设计好升力支点,一般有前后支点和左右支点,有的支点呈长方形分布,如英国的鹞式,有的呈菱形分布,如F-35B,还有的呈三角形分布,如苏联的雅克。在发动机垂直起降中,如果平推发动机又要兼顾产生垂直升力的垂直起降,一身二用,这就是兼顾式发动机垂直起降,如英国的鹞式;如果垂直起降采用专用的升力发动机,再加以平推发动机的配合,这就是分立式的发动机垂直起降,如前苏联的雅克-38/41。

(1)兼顾式发动机垂直起降


鹞式之殇----垂直起降三步曲


“鹞”式战斗机其垂直起降能力是依靠旋转喷管的反作用实现的。它的发动机有两对带有叶栅的旋转喷管,每个喷管可以向下方旋转98.5度,前后分别喷出风扇气流和燃气流而产生升力,这样就可以保证战斗机垂直和短距起降。正因为鹞式有这么特殊的能力,一次燃油耗尽紧急落在货船上的意外让它名声大噪,连美国都看中了,成了海军陆战队的坐骑---AV8B。它也曾参与多次重要战役,包括马尔维纳斯群岛战争,以及近年的伊拉克和阿富汗战事。

(2)、分立式的发动机垂直起降


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苏联的雅克福列夫也认为国家需要一种不依赖跑道的前线歼击机也就是垂直起降飞机,与英国的“白天鹅”协和相近的图-144一样,雅克垂直起降战机的思路与英国的鹞式也相近,只不过把前升力装置独立开来,采用专用的升力喷气发动机。但这并没有让雅克的第一种实用机雅克38比鹞式更强大,反而更不如鹞式实用。同样经历战争,在阿富汗战场上因高温竟不能拔地而起,雅克的尴尬与马岛战争中鹞式的辉煌形成了鲜明的对比。虽然推出了改进型的雅克-141,但生不逢时,上世纪九十年代初苏联解体了,雅克-141也寿终正寝了。

2、发动机垂直起降的不足

以鹞式为代表的发动机垂直起降优点是明显的,缺点更是要命的。可以通过几个方面分析一下。

(1)、升力不足,载重量小,垂直起降名存实亡

不论是一体化发动机的鹞式还是独立式喷气升力发动机的雅克,众多的发动机、喷口、复杂的控制机构等都会导致重量增加,而当时的喷气发动机的推力不是太大,任何重量的增加都会导致飞机的推重比不能大于1了,就会被戏称除了飞行员外,只能载一包香烟了…。而当时的发动机的升力很难上去,重量又减不下来,它的载重量与普通飞机相比就比较低了。像鹞式飞机若垂直起降时要想加大载弹量,就得少加油,那对于作用就没有多大意义了。而前苏联的雅克38在阿富汗战场上的高温环境中几乎难以垂直起飞,

(2)、经济性太差,航程短,作战半径小,飞行速度太低,

由于此类起降方法是靠喷气发动机的力作为升力,进行垂直起降时燃油消耗海量,由于载重量小,这就限制了它的载油量,从而进一步限制它的航程和其它负载,基本上垂直起飞后只有一百多公里的作用半径,与普通飞机相比,意义就不大了。由于要照顾到垂直起降,你看那巨大的进气口,迎风面大,导致鹞式的飞行速度太低,不超过音速。同样,“铁匠”雅克38的飞行速度也是高亚音速,难以超过音速。 这让它在作战中优势就不明显了。

(3)、对地面烧蚀严重,限制了它的使用范围

鹞式或雅克发动机强大的吸气容易吸进小鹅卵石等杂物破坏发动机,喷管喷出的上千度的气体温度过高,并且喷气速度太快,喷气的高温来不及下降,被喷出很远,所以对跑道或舰船的甲板烧蚀严重,曾有人设想在军舰上让它向海里喷气起降以防损坏甲板。而吸气和喷气的过快也带来巨大的噪音,这些都会限制它的使用范围。

此类飞机在悬停的时候,高温的气体从发动机喷口喷出,到达地面后便向外扩散就在机体下方形成低压区而把飞机牢牢“吸住”,这在雅克38它哥雅克-36的身上是有教训的,这都得精心计算来避免的。

(4)、飞行控制复杂,对飞行员要求过高

由于比普通飞机多了一套推进系统,所以鹞式飞机飞行控制很复杂,因此驾驶它对飞行员也就提出了特殊的挑战。普通喷气式战斗机只有起飞和降落两种操作模式,而鹞式飞行员则需掌握四种基本的起降方法。什么节流阀、控制杆和方向舵踏板的控制呀,什么四个旋转式喷气管的控制呀,复杂得很,必须确保飞机得到需要的升力或降力。在垂直飞行时,他还要密切注意风向。另外在夜间或航行中的军舰甲板上起降,飞行员需要考虑的因素就更多了。如此复杂的操作需要飞行员进行高强度的训练,但是由于这种飞机故障频繁,经常被停飞,飞行员只能在模拟器上练习,训练时间上的不足导致飞行员很容易在飞行时发生误操作,这也是鹞式频频坠机的一个重要原因。 人不是万能的,不是完美的,而鹞式是不容许飞行员有失误的,于是,悲剧就时常发生了。

(5)、安全可靠性太差,成为“寡妇制造者”

这类垂直起降飞机结构复杂,设计缺陷多,操作繁琐,工作强度高,发动机易熄火,从头到脚都是问题,安全可靠性太差,被“誉为”“寡妇制造者”。

这类垂直起降飞机发动机可能会吸入自己排出的废气,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,从而形成坠落事故。

为了减轻重量,“鹞式”的油箱没有加装防护装甲,没有阻燃泡沫,也没有加衬能够自我密封的隔膜,这些省略降低了它的战场生存性。但鹞式战斗机最致命的软肋还是它的炽热喷气管位于机身中央,所以一旦被热寻的导弹击中,鹞式飞机受的伤将更加致命。在1991年海湾战争中有7架鹞式战斗机被伊军命中,而陆战队的主力战斗机F/A—18则毫发无损。

说鹞式从头到脚都是毛病一点也不假,什么发动机熄火、压缩机叶片出现裂纹、控制杆被卡住等等故障都发生过,可以说“你能想象到的故障会发生,想象不到的故障也会发生”。 这个“索命”老鹞子连一向以拾美军破烂为荣的台湾都不敢碰它。

于是第一代以喷气发动机垂直起降的飞机成了食之无味、弃之可惜的鸡肋。金融海啸后,英国政府面对庞大的财政压力,决定削减国防预算,结果“鹞”式战机也走进了历史,这款服役半个世纪的战机于2010年12月15日正式退役。 英国的都进博物馆了,美国的AV8B也快了。

鹞式的退场虽然无奈,但也是明智的,“旧的不去,新的不来”,科学技术领域也是适者生存的道理,鹞式和雅克等第一代垂直起降飞机的不足已明显盖过优点,而第二代垂直起降飞机F-35B的孕育也加速了它们的隐殁。

第二阶段:发动机+升力风扇,垂直起降的现在进行时

升力风扇实际上是一种“冷”升力系统,发动机输出的不是炽热的燃气喷射反作用力,而是强大的扭矩动能,使升力风扇快速旋转,利用升力风扇与空气的相互作用力产生升力而实现垂直起降。相对第一代垂直起降飞机吹下的炽热气流而言,升力风扇扇下的是冰冷的空气,是一种“冷升力”。

这种垂直起降飞机主要结构形式就是用前升力风扇和后平推发动机及两侧引射气流相配合而实现垂直起降的。应该说当初的X-32有英国鹞式的影子,而X-35也就是F-35B则有雅克141的影子,只不过把它的升力发动机换成了升力风扇。但这一换,性质就变了,因为第一代垂直起降飞机是采用“热”升力的,而F-35B则半“热”升力的,也就是前面的升力风扇是采用“冷”升力的,后面的平推发动机采用“热”升力的。要知道,采用“热”升力的垂直起降引起的地面烧蚀,废气回流,升力下降等等问题是无法很好解决的。而升力风扇的“冷”升力手段不用考虑垂直起降引起的地面烧蚀,废气回流问题,对燃料的消耗也有所降低,一下子就解决了好多问题,可以说是一个很好地手段。

但F-35B也有许多问题,我这里挑主要的几点来说说。

1、它的升力风扇的效率低下。这种传统的风扇从圆心到外缘一根叶片到底,叶片每一处的线速度是不同的,越到圆心越慢,所以效率低下。虽然F-35B采用对转双层风扇,但这也增加机身重量,并且这种形式也只能安装在机身内占大量空间,使机身上的载弹量和燃油量减少。

2、它是混合式的垂直起降,是升力风扇和平推发动机尾管喷气相配合,也就是还得用喷气发动机喷气做补充,不太省油不说,还存在着地面跑道或舰船甲板烧蚀问题,有点像“半拉子”工程。


鹞式之殇----垂直起降三步曲


3、安全可靠性较低。F-35B众多开闭的舱门等活件结构复杂,令可靠性降低,一旦某个舱门被毁整个起降系统就失灵了。

4、费用还是大问题。就像美国当年的F-22由6千万美元一架的预算涨到两个多亿一样,F-35是按照3千多万美元做的预算现在涨到1个多亿,连美国的国会都非常的头疼,性能再好但性价比不好也不行。所以 F-35B的未来究竟怎样也不明朗,就像襁褓中的婴儿,什么时候能长大呢?

第三阶段:纯升力风扇,垂直起降的未来

毛主席在搞革命的时候常说“我们是在摸着石头过河”,科学这个东西也一样是在摸索中前进的,关键是谁先发现光明。F-35B的升力风扇其实就是飞机垂直起降发展史上一个亮点,虽然几十年前的通用电气研制的 XV-5 垂直起落研究机也用过升力风扇,但F-35B却把升力风扇达到实用化。我认为,将来的垂直起降再比F-35B近一步,就是采用纯升力风扇的方式,就像XV-5这样。这是一种完全由“冷”升力系统垂直起降的,由通气量小的涡轴发动机带动升力风扇,把强大的扭矩变成强大的升力,却避免了以前垂直起降飞机出现的许多问题。


鹞式之殇----垂直起降三步曲


其实,垂直起降飞机就包含两种运动方式,旋转和平移。利用旋转来垂直起降,利用平移来高速平飞。升力的获取部位就在机翼上,机身本来就应放置油料、弹药、货物等等,所以要想垂直起降的升力部位也要在机翼上,那么通用电气研制的 XV-5就是一个很好的选择。埋植在机翼上的升力风扇旋转时与雅克的喷气升力发动机相比,它是在飞机下面形成高压区,在机翼上形成低压区,这一高一低产生升力垂直起降,而机翼在前进过程中产生升力高速平飞。垂直起降安装在机翼上了,机身就可以装载更多的货物、弹药和燃油等,这就是飞机垂直起降一种完满未来。


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但升力风扇是不能采用像XV-5这种传统的升力风扇 ,因为这种风扇的效率太低,必须对升力风扇进行改进,提高空气的通透率。还要注意的问题是改进的升力风扇得超薄,这样就能很好地埋植在机翼中,还可在安装上开闭的百叶窗。我已经设计出新式升力风扇,只有等去实践检验了。

回顾历史,在总结中发现,在发现中创新,在后面创新中的成功者不能嘲笑前面的失败者,这些可敬的失败让后面的成功少走了弯路,绕过了诸多行不通之路,开拓了通向成功的捷径,让我们向那些无论是成功还是失败的前辈们致敬吧!



本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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