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塞斯纳庞巴迪

垂直起落技术

  垂直起落技术顾名思义就是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。它是从50年代末期开始发展的一项航空技术。

  为什么人们会去发展垂直起落技术呢?首先,具有垂直起落能力的飞机不需要专门的机场和跑道,降低了使用成本;其次,垂直起落飞机只需要很小的平地就可以起飞和着陆,所以在战争中飞机可以分散配置,便于伪装,不易被敌方发现,大大提高了飞机的战场生存率;第三,由于垂直起落飞机即使在被毁坏的机场跑道上或者是前线的简易机场上也可以升空作战,所以出勤率也大幅提高,并且对敌方的打击具有很高的突然性。

  那么,垂直起落技术是怎么实现的呢?我们知道,飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面,即机翼和尾翼产生的升力平衡的;阻力则是由发动机提供的推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下,克服阻力向前滑跑,当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时,飞机就可以离开地面升空飞行了。而垂直起落飞机由于不需要滑跑,就不可能由机翼产生平衡重力的升力,所以要实现垂直起落,就只能把希望寄托到飞机的动力设备—发动机上了。垂直起落飞机就是由发动机提供向上的推力来克服重力实现垂直起落的。

  垂直起落飞机产生升力的办法有三个,一个是偏转发动机的喷管,第二种是直接使用升力发动机提供升力,第三个是前两种办法的组合,同时使用升力发动机和主发动机。

  英国的“鹞”式(Harrier)就是使用偏转喷管方式的垂直起落飞机。这种飞机机身中部安装有一台“飞马”式推力转向发动机(“飞马”发动机结构图),前后两对可旋转喷口分别位于机身两侧,相对机身重心保持对称。发动机将从进气道吸入的空气一部分通过前面的两个可旋转喷口喷出,另一部分经过燃烧室和涡轮从后面的两个可旋转喷口喷出,四个喷口喷出的气流共同产生供飞机垂直起降、空中悬停和水平飞行的动力(图为“鹞”式垂直起飞示意图)。

  俄罗斯的雅克-36和雅克141是使用升力发动机和偏转喷口主发动机相结合的垂直起落飞机(雅克式飞机发动机原理图)。飞机的两台升力发动机位于座舱后的机身内,其进气道在机身上部;主发动机装在机身内,喷口在后机身两侧。当飞机垂直起飞时,主发动机的一对可旋转喷口从向后位置转到向下位置,同时升力发动机工作,也是四束喷流提供了飞机的起飞升力。当飞机进入平飞状态之后,主发动机转至向后,升力发动机则停止工作,其进气道关闭。

雅克式飞机垂直起飞示意图

雅克式飞机短距起飞示意图

  正如前面提到的,使用垂直起落技术的飞机机动灵活,具有常规飞机无可比拟的优点,但同时也有许多重大的缺点。首先是航程短,由于要实现垂直起落,飞机的起飞重量只能是发动机推力的83%-85%,这就使飞机的有效载荷大大受到限制,影响了飞机的载油量和航程。同时,飞机垂直起飞时发动机工作在最大状态,耗油量极大,也限制了飞机的作战半径。例如“鹞”式飞机的载重量为1060千克时,作战半径只有92公里。所以在实际使用中,“鹞”式飞机尽量使用短距起飞的方式,以延长飞机的航程。因此,垂直起落飞机又称为垂直/短距起落飞机。另外,由于垂直起落飞机在实战中,经常需要分散在野外,所以它的维护也非常的困难。

  垂直/短距起落飞机也是海军青睐的机种,因为舰船上的飞行甲板的长度总是有限的,垂直/短距起落技术就显得尤为实用。装备英国“皇家方舟”号航母的“海鹞”就是“鹞”式的海军型。“海鹞”还使用了“斜曲面跃飞”的短距起落技术,通过在航母上安装12度的斜甲板,可以让飞机滑跑跃飞,再利用推力转向,使飞机在推力不足的情况下仍能在空中稳定加速。

  目前世界上服役的垂直起落飞机有英国的“鹞”式系列,美国的AV-8系列以及俄罗斯的雅克36。俄罗斯还有另外一种编号为雅克141的超音速垂直起落飞机,但是由于没有经费,并没有进入工程发展。

  垂直起落技术虽然不是一个新技术,而且存在一些重大弱点,但是它的优点的确使人无法割舍。美国目前就正在发展新一代垂直/短距起落飞机(V/STOL)。随着航空科技的发展,垂直起落技术必将进入一个新的发展高峰。

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