菜单

俄军垂直起降技术有多牛 美曾为研制F35高价购买

2020年2月6日 - 要闻要论
俄军垂直起降技术有多牛 美曾为研制F35高价购买

图片 1

  世界上正式服役(或曾经服役)的垂直起降战斗机有三种,分别是英国的“鹞”式、美国的F-35B、俄罗斯的雅克-38。

  据报道,3月20日,中航工业成发与中航空天发动机研究院就垂直/短距起降项目合作举行签约仪式,签署了风扇部件合作协议。由此引发了国内外有关媒体就中国将可能发展垂直/短距起降战斗机的热议。

>
Lerche是二战末期由德国空军所预定开发的垂直起降式战斗机。垂直起落战斗机/截击机设计方案,是在“黄蜂”的基础上改进设计而来,由亨克尔公司的设计人员在维也纳设计。计划开始于1945年1月25日,3月8日完成。结构特点

图片 2

  有的报道说,该风扇部件很可能类似于美国F-35B短距起飞/垂直着陆战斗机上的F135-PW-600发动机所采用的升力风扇,这标志着中国可能已经重新启动了垂直/短距起降战斗机研发计划。有的报道说,中国垂直/短距起降战斗机推进系统项目是为了提高海军两栖作战能力、填补该类作战装备空白而进行的探索。

Lerche战机是垂直起降式战斗机,有一个环形机翼和反时针旋转的螺旋式,并且由两台DB605A发动机驱动,装2挺30毫米MK108航空机炮。

  AV-8B“鹞”式垂直起降战斗机

  与中小型航母和两栖攻击舰渐成佳配

  先来看“鹞”式,该机可分成“鹞”I/AV-8V和“鹞II”/AV-8B,也就是前后两代产品,后者是英国BAE公司和美国麦道公司联合研制的产物,主要改进在于重新设计机翼和广泛应用复合材料,由此大幅提高的性能。目前,仍有部分“鹞”式战斗机在美军服役,未来将按计划用F-35B型战斗机进行替换。

  提起垂直/短距起降战斗机,人们可能会首先想到富有传奇色彩的英国“鹞”式攻击机。1983年6月,一架“鹞”式战斗机海军型“海鹞”进行海上训练,从航母上起飞一段时间后,通信设备突然出现故障,与航母失去联系。就在燃油将要耗尽时,飞行员猛然发现海面上有一艘货船,他机智地用手势与货船船员取得联系,最后成功垂直降落在货船甲板上。

图片 3

  莱特兄弟发明飞机时,飞机是不能像“鹞”式一样垂直/短距起降的,只能靠发动机的推或拉,在平坦的地面上滑跑一段距离后,才能起飞翱翔。随着飞机的金属化、大型化、重型化,这种固定翼飞机对专用机场、坚固长距离跑道的依赖性越来越强,以至于到了喷气时代的战斗机、轰炸机等,如果离开了专用机场、坚固长距离跑道都可能不能使用。所以,如果换成其他固定翼飞机遇到上文所述“海鹞”战斗机的险情,后果将不堪设想。

  F-35B型垂直起降战斗机

  在军事领域,飞机对专用机场、坚固长距离跑道的依赖日益成为空军的软肋。所以,在战争中交战双方为了削弱对手战争潜力,剥夺敌空军作用,机场、跑道往往成为首先被攻击的对象。也正因出于对机场、跑道的担心,避免飞机集中停放机场被“一窝端”、跑道被炸飞机不能起飞,航空先驱们早就开始不断探索研制不需要滑跑或只需滑跑很短距离就可以起飞、着陆的垂直/短距起降战斗机。

  再来看F-35B,这是目前世界上最先进的垂直起降战斗机,也是第一种在性能上能与常规起降战斗机相媲美的垂直起降战斗机。该机采用升力风扇+巡航/升力主发动机布局,取消了传统垂直起降战斗机上的小型升力发动机。虽然发动机直接驱动的升力风扇在巡航时仍然是死重,但由于不是燃气发动机,所以彻底解决了垂直起降/悬停时的热废气吸入问题。而传统垂直起降战斗机由于进气口会吸入升力发动机的热废气,会导致主发动机推力降低,引发安全问题。

  1944年,二战末期,德国研制出了人类历史上第一种以火箭为动力的Ba349垂直起飞截击机。该机机头朝上靠火箭推动实现垂直起飞,短时滞空作战后解体,由降落伞回收发动机部分。虽然这种飞机还相当简陋,距离垂直起降概念还差得很远,但毕竟打开了固定翼飞机垂直起降的大门。之后,美国、法国、英国等也都先后抛出了一些五花八门、稀奇古怪的设计方案。

图片 4

  到了上世纪50年代,有关国家开始以大推力喷气发动机为动力进行发展垂直/短距起降战斗机的探索。英国1954年设计出了世界上第一架非立式喷气式垂直起降飞机,该机在中机身重心周围垂直安装4台罗·罗RB108发动机提供升力,在机尾水平安装一台RB108发动机提供推力。法国也以“幻影”III为基础,开始了系列化探索。意大利、西德也提出过代号为G.95、VAK-191的发展计划。苏联则成功研制了雅克-38,继而又接近成功研制了雅克-141。

  雅克-141超音速垂直起降战斗机

  垂直/短距起降为战斗机提供了多种条件下起降的可能性,摆脱了对永久性基地、大型高标准跑道的依赖,给飞机带来了响应速度快、可机动灵活分散配置的独特优势,但也共生了一些十分突出的缺点——重量受到极大限制,额外的升力系统挤占了有效空间和载重,垂直起降油耗高,这都大大降低了飞机的载弹量、载油量、航程、作战半径、作战效能和生存能力,无法脱离指挥控制系统、后勤和外场保障系统进行分散部署。所以,需要长时间空战、远距离截击和纵深对地攻击的空军,绝大多数都放弃了对垂直/短距起降战斗机的选择。

  最后是俄罗斯的雅克-38垂直起降战斗机,该机是在雅克-36垂直起降验证机上验证了旋转矢量喷管的可行性后,雅克设计局研制出实用化机型,原命名为雅克-36M,后更名为雅克-38。这种飞机采用两侧进气布局,机身中部布置两台升力发动机,尾部有一台巡航/升力主发动机,通过分岔式旋转矢量喷管来切换工作模式。

  但垂直/短距起降战斗机的优点却十分契合中小型滑跃式起降航母或两栖攻击舰的需要。垂直/短距起降简单易行,不需要弹射和拦阻装置,舰船结构简单、技术门槛和造价低,操作和保障条件要求低。同时,其缺点又不十分影响区域防空和登陆作战近距空中支援。因此,这也让有关军事强国对垂直/短距起降战斗机情有独钟,使其在当代更多的是作为中小型航空母舰、两栖攻击舰载机存在。

  雅克-38远没同时代的“鹞”I成功,由于种种可靠性问题,该机的事故率很高。俄罗斯在上世纪90年代开始试飞雅克-141超音速垂直起降战斗机,但因苏联的解体没有正式服役,其技术成果被洛克希德公司高价购买,用于研制F-35B。(
作者署名:阿姆斯壮)

  美国海军陆战队早就想拥有既能像直升机那样垂直起降,又具备固定翼飞机航程和速度的新型战斗机,所以当“鹞”式攻击机于1968年在英国航展上一露面,便引起了美军极大兴趣。1971年,美国海军陆战队向英国购买了第一批102架“鹞”式攻击机,并重新命名为AV-8A。之后,又与英国合作改进研制了AV-8B“鹞”Ⅱ。至今,“鹞”式攻击机仍是美国海军陆战队的主战装备。

  成功者寥寥,服役者事故频频

  1982年4月2日,历时74天的英国和阿根廷马岛战争爆发,英国投入42架“鹞”式、“海鹞”式攻击机。这是世界上垂直/短距起降战机首次参加实战,空战中共击落阿根廷21架飞机,自身却毫无损失,取得了21∶0的惊人战绩。战后有分析说,“鹞”式、“海鹞”式机动性超群,能在空中突然减速、转弯,能变被动为主动,创造出一些全新的格斗样式。现在看来,这不免有些“王婆卖瓜”的味道。

  世界上有多个国家研发过垂直/短距起降战斗机,但大部分都因为发动机系统、飞行控制系统、材料的制约半途而废,成功的只有英国、美国和苏联的几种。苏联的雅克-38非常不成熟,装备部队后从来没有正式作为作战飞机使用,后来的雅克-141也没有装备部队。美国的AV-8A“鹞”和AV-8B“鹞”Ⅱ都属于“鹞”系列,而由美国主导研发的F-35B却仍在试飞中。所以,真正屹立不倒的也就只有世界上第一种实用型垂直/短距起降攻击机“鹞”系列。且不论“鹞”式、“海鹞”式在英阿马岛空战中是否运用了突然减速、转弯等超群机动,仅从技术角度讲,它就是一个奇迹。

  研发垂直/短距起降战斗机的最核心考虑,一是如何实现喷气发动机动力由推力到升力和升力到推力的转换,二是如何实现这一过程中飞行姿态的有效控制。“鹞”式在实现喷气发动机动力由推力到升力和升力到推力的转换时设计很巧妙。该机装有1台“飞马”涡扇发动机,尾喷口一改传统,做成了“裤衩”形,可由0度向下旋转98.5度;在发动机高压压气机部分对称增加一对可从高压压气机引气、也可由0度向下旋转98.5度的套管喷气口。这样,由前后两对套管喷气口所提供的升力和推力,就保证了飞机垂直起降、过渡飞行和常规飞行。机翼翼尖、机尾和机头装有从高压压气机引气的喷气反作用喷嘴,用于控制飞机的姿态。

  但“鹞”式的发动机状态、飞行姿态的控制十分复杂,对飞行员提出了特殊挑战。普通喷气战斗机只有起飞和降落两种操作模式,而“鹞”式攻击机飞行员则需掌握4种基本的起降方法。除了节流阀、控制杆和方向舵踏板以外,还必须控制好4个旋转喷气管。在垂直飞行时,还要密切注意风向。如果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。

  复杂的操作导致“鹞”式事故频频,安全记录十分恶劣,被称为“寡妇制造者”。自从美国海军陆战队1971年从英国引进AV-8A“鹞”式之后,噩梦也就开始了。到2002年,AV-8A在非作战情况下共发生300多起事故和900多起险情,A级事故率每10万飞行小时高达31.77起,飞机多半意外坠毁,导致45名飞行员送命。即是“鹞”Ⅱ,截至1996年也摔毁了近1/4,每10万飞行小时事故率也达11.44起。在老家英国,“鹞”式战斗机的安全记录更差。

  随着发动机、飞行控制、材料等技术的发展,美国F-35B的短距起飞/垂直着陆技术更加完善。该机动力由1台F135-PW-600涡扇发动机提供。三轴承推力矢量尾喷口既可向下偏转,也可向左右偏转。座舱后机身装有由发动机主轴驱动的升力风扇。飞机短距起飞、垂直降落、空中悬停时的升力由向下偏转的尾喷口和升力风扇提供。每侧翼根处各有一个从发动机引气的反作用阀,用以控制飞行姿态。

  即使如此,因短距起飞/垂直着陆技术相当复杂,它导致F-35B也问题多多。如超重问题曾一度困扰F-35B,重量减下来以后,裕度仍显不足。同时,减重也伴生了一些其他隐患——风扇离合器温度过高,导致重新设计驱动轴、选择离合器材料、调整升力风扇舱门。发动机尾气温度过高,足以软化舰艇甲板,这些问题至今仍未有效解决。尽管F-35B服役在即,但其技术成熟度、可靠性方面的问题始终没有消除。

  中国是否发展尚需时间证明

  关于中国研发短距起飞/垂直着陆战斗机的猜测,其实早已有之,并且说得“有鼻子有眼儿”。

  英国《简氏防务周刊》2012年12月,就因看到沈飞公司曾展出过的一种短距起飞/垂直着陆飞机遥控模型照片就宣称,中国拥有类似F-35B短距起飞/垂直着陆战斗机的日子为期已不远。这种飞机采用鸭式布局和隐身设计,由两台发动机提供动力,机腹下有专用风扇提供升力。还说,这并非中国唯一的短距起飞/垂直着陆战斗机设计方案,成飞也有考虑。

  日本《朝日新闻》2014年4月说,中国首架垂直起降战机歼-18已经研制成功,于上月在东北某军事基地顺利试飞,标志着中国战斗机发展取得了重大进步。俄罗斯卫星网2015年4月22日也报道分析说,中国可能考虑建造垂直/短距起降版歼-31战斗机,这将大大提高中国军队在太平洋尤其是在南海区域的作战能力。

  这些分析依据可能很多,其中主要与我国目前面临的安全形势和军事装备快速发展有关。近些年,由于美国大力推动“亚太再平衡”战略,积极介入我国与有关国家的领土主权和海洋权益争端,增加了有关地区的不稳定因素;随着我国国家利益的拓展,有效维护我国海外能源资源、战略通道安全和海外机构、人员、资产安全,已经成为军事战略高度关注的重要问题;作为负责任的大国,我国近些年来参加联合国维和行动、人道主义救援行动、海上护航行动等日益增加;我海军首艘航母辽宁舰正在紧锣密鼓试验,与此同时,还在发展拥有较宽甲板的4万吨两栖登陆舰。这些似乎都给舆论界猜测我国可能要发展短距起飞/垂直着陆战斗机,增加了些许合理性。

  我国是否要发展短距起飞/垂直着陆战斗机还不得而知,需要时间来证明。据报道,历史上,我国在“文革”时期就曾动议过研制垂直/短距起降战斗机。1968年7月,空军就明确提出要尽快解决垂直/短距起降战斗机的问题。1969年9月正式下达了代号为“四号任务”的型号研制任务,欲在歼-6基础上改进研制。由于受发动机、材料、部附件等诸多因素制约,“四号任务”进度非常缓慢,最终下马。

  几十年后的今天,如果再谈我国要研发短距起飞/垂直着陆战斗机,从飞机、发动机的设计制造,材料、工艺的技术储备上看,应该说已经具备了一定的基础。从歼-7、歼-8,到歼-10、歼-11、歼-20、歼-31的成功研发,可以看出平台的设计制造技术,飞机的多余度数字式电传操纵系统、发动机的全权数字式控制系统,都已相当成熟。同时,据报道,大推力“涡扇”-10A发动机已经研制成功,更大推力的航空发动机也在发展之中。

  尽管如此,我国短距起飞/垂直着陆战斗机的研制也绝非易事。著名空军专家宋心之曾建议不要“蹚这个浑水”。我想,这其中就有短距起飞/垂直着陆战斗机的研制技术难度相当大的意思。一方面我们的起点肯定不会太低,不能以“鹞”式战斗机而必须以F-35B的技术水准为目标,另一方面我们既无经验可谈,也无合作伙伴可用。对发动机、升力系统、材料、部附件、飞行控制等相关技术的摸索是一个漫长的过程,可以设想,F-35B研发中遇到的诸多问题,都可能是我们将要重复经历的。

  (作者张文昌 单位:空军装备研究院)

相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

网站地图xml地图