飞机的发展与演变.docx

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1、XF-109 全尺寸模型 西德“全垂直起落化空军”计划中的运输机部分由多尼尔 Do.31 完成。Do.31 采用翼尖升力发动机和翼下升力-巡航发动机。为了可靠性，翼尖的升力发动机组达到每侧 4 台之多，翼下发动机可以推力转向，增加垂直起落时的升力，并在巡航时提供推力。Do.31 完成了大量的试飞科目，但在试飞中发现油耗惊人的问题。同时，垂直起落时，噪音非常惊人。翼尖巨大的升力发动机舱也在巡航时引起很大的阻力，作为战术运输 机，并不实用。随着北约战略从大规模核报复向灵活反应转变，空军对垂直起落的要求大大降低，Do.31 也随之下马。多尼尔在战后专注于垂直/短距起落运输机，这是采用翼尖升力发动机加

2、翼下升力-巡航发动机的 Do.31，本来要作为西德空军的主要战术运输机，和 VC-101、VAK-191 一起，构成一个“全垂直/短距起落化”的西德空军Do.31 在悬停中，可以清楚地看到所有升力发动机门都打开了Do.31 在平飞中，可以看到，巨大的翼尖升力发动机舱形成很大的巡航阻力 / Do.31 已经远远超过方案阶段，多尼尔制成两架原形机翼尖升力发动机的好处是不占用机内体积 / 翼下升力-巡航发动机的细节翼尖的升力发动机细节 / 打开的翼尖升力发动机排气口 60 年代时，垂直起落的风潮也席卷了欧洲民航界，德国航空工业力图在垂直/短距起落客机市场取得突破，在研制垂直起落军用运输机的同时，举办

3、了一个垂直起落客 机的竟标，其中不乏富有创意的方案，前述 Messerschmitt Bo.140 和 VFW VC-180 也是其中的候选，更有喷气式的 HFB-600，极有创意地采用涡喷发动机驱动风扇，而风扇的推力方向由百叶窗导流板控制，在垂直和水平之间转换，实现垂直升力和水平推力。HFB- 600 在机身内另外布置 4 台专用的升力发动机，不直接喷气产生推力，也是驱动风扇产生推力，相当于涡浆发动机的变种，比纯喷气的低速推进效率更高，这对民航飞机更为重要。同期，德国航空工业力图在垂直/短距起落客机市场取得突破，有国防部和汉莎航空出面，组织竟标，这是 HFB-600 方案翼下的发动机不直接喷

4、气，而是驱动风扇，风扇的推力方向可以由“百叶窗”转动，在直接升力和巡航推力之间转换 / 机身中段另有 4 台专用的升力发动机，同样驱动升力风扇，而不是直接喷气产生推力 西德的“全垂直起落化空军”中攻击机部分是 VAK-191，这也是将专用的升力发动机和机身内的升力-巡航发动机相结合的方案，在机身前后各布置一台升力发动机，在中机身再布置一台类似“鹞”式的 “飞马”发动机的升力-巡航发动机。VFW（Vereinigte Flugtechnische Werke，包括 Focke-Wulf、Heinkel 和 Weser）的 VAK-191 是按北约大规模核报复的要求设计的，用来替代 Fiat G.

5、91 轻型攻击机，是北约当时最为轻小的垂直起落战术飞机。在设计期间，北约战略改为灵活反应，VAK-191 设计要求随之改变，降低核攻击的要求，更强调常规攻击和作战灵活性。VAK-191 最大的问题是携载能力不足，短距起落靠滑跑中启动升力发动机实现，技术要求高，飞行员工作负担太大，在实战中不实际。意大利退出共同研制计划后，VAK- 191 作为量产型飞机的计划就中止了。VAK-191 在垂直起飞，注意其打开的升力发动机进排气口VAK-191 的发动机试验台正在试验VAK-191 的 RB193 升力-巡航发动机，注意其与罗尔斯.罗伊斯“飞马”发动机惊人的相似，这是罗尔斯.罗伊斯和 MTU 合作研

6、制的，难怪 / 打开的后升力发动机进气口翼尖倾转的升力-巡航发动机有减少向下喷气对机身烧蚀的好处，喷气回吸的问题也相对比较好解决，但沉重的发动机像哑铃一样 挂在翼尖，远离重心，横滚方向的转动惯量很大，对机动性非常不利。像上述倾转喷气一样，在垂直起落阶段，远离中轴的升力发动机一旦故障或瞬时出力不足，非 常容易引起灾难性的事故，所以 VJ-101 和 XF-109 都在翼尖采用双份发动机，但进一步增加翼尖发动机组的重量和复杂性。如果把升力发动机全部集中到机身内，这个问题就可以得到解决。苏联的雅可夫列夫就是这 么做的，直接结果就是：雅克-38 只有两台升力发动机和一台升力-巡航发动机。机体内的升力发

7、动机也降低了单发失效对安全的威胁。但升力发动机安装在机体内，也是有其问题的。首先，炽热的 喷气里发动机进气口很近，容易造成喷气回吸问题。第二，高速喷气在机体下延地面向两侧流动，而机体上方除升力发动机进气口附近外，空气相对静止，造成使机 体向地面吸附的效果，即所谓 suck down。雅克-38 在使用中对飞行员的操控要求十分苛刻，一个不小心，就会出事故。雅克为此专门设计自动弹射救生系统，在垂直起落阶段，一旦机体倾斜超过一定程度，就自动弹 射，速度和高度达到一定程度以上，自动解除。从某种意义上说，雅克-38 是为了和“基辅”级航空母舰配套而匆匆投入使用的。作为作战飞机，雅克-38 并不成功，只有

8、 600 公斤的载弹量、100 公里的航程和有限的机载电子设备，在实战中，很难作为同时代的 F-14、F-18 的对手。雅克-38 的可靠性也十分糟糕，第一个中队的 6 架雅克-38 随“基辅”号出航时，出发伊始，就有一半不能飞，等到一个月后返航时，只剩一架还能升空了。为了尽可能增加航程和载弹量，苏联海军飞行员最后走上德国和英 国同行的路，采用短滑跑起落。但早期的雅克-38 没有考虑滑跑起飞，前机轮不能控制转向。雅可夫列夫设计局根据使用经验，设计了改进型雅克-38M，不光前机轮可以转向，而且在机背升力发动机进气口两 侧，增加了纵向的挡板，可以缓解一点喷气回吸的问题。苏联曾经想过将雅克-38 用

9、于前线近距对地支援，并在阿富汗试验性地部署了几架雅克-38，但垂直起落时造成的巨大尘土大大增加发动机的磨损，也严重恶化了飞行员视界，危害飞行安 全。很高的地勤支援要求也使前线部署不实际，这个想法很快就放弃了，雅克-38 再也没有作为陆地起落的战斗机部署过。苏联解体后，军费剧减，鸡肋的雅克-38 在 92 年就 退出现役，配套的“基辅”级航空母舰也很快推出现役，其中的“明斯克”号成了中国人的海上主题公园。 最早在海上遭遇雅克-38 时，西方很是为之一震：莫非这是航母化的苏联海军的前奏？雅克-38 曾经是苏联海军航母化的希望，但只有 600 公斤的载弹量和 100 公里的作战航程，使雅克-38 的

10、实际作战空域和图中相差不远 / 可以看到，前升力发动机的进气门和排气门已经打开，升力-巡航发动机的喷口也转向垂直按照设计，雅克-38 只能垂直起落，但飞行员们创造性地使雅克-38 短滑跑起落，大大改善了航程和载弹雅克-38 试验过在民船上垂直起落，由于对甲板烧蚀过于严重，只有在紧急情况下偶尔为之，没有作战价值，最后放弃了雅克-38M 是雅克-38 的改进型，外表上最明显的改动，就是机背升力发动机进气口两侧的挡板，用于改善喷气回吸的问题。不太明显的改动是前机轮改为可转向，便于短滑跑起落时的控制 / 雅克-38 双座型，这可以竞选选丑冠军了苏军曾试图将雅克-38 用于陆上的近距空中支援，但垂直起落

11、造成的沙尘对发动机寿命和飞行员视野影像太大，其载弹、航程太低，对地勤的要求太高，远远不如武装直升机实用，很快放弃了 在雅克-38 的基础上，雅可夫列夫设计局进一步设计了超音速的雅克-41（也称雅克-141）。雅克-41 在设计上比雅克-38 要成熟很多，据说作为战斗机的基本性能不亚于米格-29，那比雅克-38 是一个非常大的进步。雅克-38 的发动机喷口是 Y 形的，在中机身向两侧分叉。这是为了保证升力-巡航发动机的喷口在机体重心附近。雅克-41 反其道而行之，采用单一的向量喷口，但尾翼安装在喷口两侧的尾撑上。雅克-41 进行了成功的试飞，但雅克-41 生不逢时，正好赶上苏联解体，军购急剧缩水

12、。雅可夫列夫用自己的经费还勉强支撑了几年，希望能吸引外国合作伙伴，但没有结果。海湾战争和 ATF 竟标后，雅可夫列夫看到隐身对新一代作战飞机的影响，将雅克-41 按隐身要求修形成雅克-43，后来还进一步改进成雅克-201，最后还是无果而终。然而，洛克希德看中了雅克-41 的设计经验。尽管不能说 X-35 抄袭雅克-41，但 X-35 的设计受到雅克-41 的影响是没有问题的，尤其是其升力-巡航发动机的安排，这是和雅可夫列夫交流的结果，洛克希德也供认不讳。雅克-41（也称雅克-141）是吸取雅克-38 的经验后研制的，本来有望成为第一架实战型超音速垂直起落战斗机，图中可以清楚地看到尾矢量喷管转到

13、垂直起落状态，升力发动机的进气门、排气门也已经打开雅克-41 在较高高度悬停，可以看到升力发动机正在工作。较长的尾撑和双垂尾是配平全机重心的需要吸取雅克-38 的经验后，雅克-41 从一开始就是按可以常规滑跑起落设计的 / 雅克-41 的主要用户当然还是海军在 91 年海湾战争后，雅可夫列夫意识到隐身将是新一代作战飞机的重要特征。在见识了 F-22 的新姿后，雅可夫列夫急忙推出雅克-43 的方案，明显地采用一些隐身修形，但雅克-41 的基本布局不变雅克-43 将比 F-35 更大，但性能就不好说了，毕竟是萝卜、青菜，不好比还有更时尚的雅克-201 方案，不过没有走下纸面喷气式垂直起落飞机的终极

14、当然是只用升力-巡航发动机，没有专用的升力发动机或巡航发动机，最大限度地减少死重。法国人 Michel Wibault 在 50 年代构想了这样一台发动机，将发动机主轴延长，驱动四台可以倾转的离心式压缩机，产生垂直升力，主发动机喷口也用百叶窗导流板，将剩余推力用于垂直起落。 用四台压缩机是为了同时提供前后左右的姿态控制力矩，即所谓“四立柱原理”（4 poster），用离心式压缩机是因为当时技术条件下，离心式压缩机体积最小，产生的压力最高。事实上，早期喷气发动机很多都是用离心式压缩机的。 Wibault 找上法国航空界，但法国空军的兴趣集中在看起来技术上风险较小 tail sitter，后来导致

15、 SNECMA Coleoptere 系列，对 Wibault 的“体制外”的方案没有兴趣，Wibault 只好去找北约的美国资助的“共同武器开发计划”（Mutual Weapons Development Program，简称 MWDP），MWDP 的 Johnny Driscoll 很快把 Wibault 的设想转交给英国的 Bristol 航空发动机公司，当时 Bristol 正在设计用于 G.91 轻型攻击机的M WDP 资助的 Orpheus 发动机，所以两家互相都很熟悉。Bristol 的 Gordon Lewis 很快把 Wibault 的离心压缩机更换成效率更高的轴流压缩机，并

16、把核心发动机更换成最新的 Orpheus，新的发动机成为 BE.52，并申请了专利。Bristol 把 BE.52 的方案呈交给 MWDP，MWDP 出资 75%，Bristol 出资 25%，两者联合起来，向 Short 飞机公司兜售。Short 正在打 MWDP 的主意，一口答应，但资金到手后，还是回到前面提到过的 SC.1 研究机，把 BE.52（此时改名为 BE.53）为基础的垂直起落研究机丢到脑后去了。Michel Wibault 的方案，用轴驱动的离心压缩机产生垂直升力布雷盖 1010 方案准备采用类似 Wibault 的设计，但法国空军的兴趣集中在 SNECMA 的 Coleop

17、tere 系列 tail sitter 上，布雷盖 1010 和其它类似的法国方案都无疾而终 但是上帝关闭了一扇门，一定打开了一扇窗。英国的另一家飞机公司 Hawker 这个时候正在琢磨 Hawker“猎人”（Hunter）式战斗机的后继问题。Hawker 的“猎人”是英国 50 年代很成功的一种喷气式战斗机，在英国皇家空军和很多国外空军（如瑞士、印度）中服役，但 50 年代航空技术发展飞快，Hawker 十分明白，必须立刻着手后继机的研制，否则就会落伍。Hawker 推出了 P.1103 方案，竞争英国皇家空军的新型两倍音速、挂载导弹的高性能战斗机，但是落选。Hawker 不灰心，自费将 P

18、.1103 改进成 P.1121，希望获得英国和国外的“猎人”式战斗机的升级市场。但 57 年英国政府宣布，国防研发重点转向导弹，有人驾驶飞机项目大量下马。Hawker 一面继续寄希望于 P.1121，一面开始寻求退路，希望在垂直/短距起落飞机上杀出重围，Hawker 就是在这样的背景下，开始和 Bristol 就 BE.53 合作的。Hawker“猎人”式战斗机，50 年代英国和英联邦国家的主力战斗机 / Hawker 本来是在用 P.1103 方案竞争英国皇家空军的新型战斗机，无奈落选Hawker 不灰心，在 P.1103 方案上，自费改进成 P.1121，希望用来取代“猎人”式战斗机 /

19、 P.1121 也在英国国防采购政策倾向导弹后下马，Hawker 只好另辟蹊径，在垂直起落战斗机上出奇兵 Hawker 开始时还是三心二意的，对 BE.53 也不是太认真，主管的 Ralph Hooper 马马虎虎画了一个草图，但这是 BE.53 还是只有前面的四个转向喷管可以产生垂直升力。尾喷管只向后喷，这严重影响了发动机和全机的重心布置，最后设计成一个在地面需要高高扬起的怪设计，只有这 样，才有可能借助尾喷管的推力实现垂直起飞。Hooper 把先前的颌下进气道改成两侧进气道，再在翼尖和首尾增加了姿态控制喷嘴，这个时候灵机一动，把原本单一的尾喷管改成分叉的尾喷管，前后喷管都可以转动，这 样所

20、有四个喷管都可以用于产生垂直升力和水平推力，这就成了现在“飞马”发动机的基本布局。Bristol 进一步将发动机风扇和压气机改成同轴反转，以抵消发动机轴向一个方向旋转在悬停时产生的陀螺章动，前喷管的喷气从压气机引出，而不再需要专门的轴流压缩机 和相应的进气道，“飞马”发动机成形了。但是，三心二意的 Hawker 这时候被英国皇家空军的攻击机竞争项目所吸引，但是又一次落选（入选的 TSR.2 也没有好下场，试飞成功后下马了）。军方对 P.1121 依然无动于衷，Hawker 只好又回到 P.1127 上来。这个时候，英国皇家空军才姗姗来迟地提供风洞，但对于 Hawker 来说，这是军方有兴趣的第

21、一个表示，而之前一直只是北约（其实就是美国）在资助。不过这又带来了新的问题：皇家空军和北约的要求不同，最后北约的要求演变 到德国的 VAK-191。59 年时，P.1127 正式上马， BE.53 发动机也改名为“飞马”。这期间，Ralph Hooper 带着 Hawker 的试飞员到 NASA，和美国同行研究垂直起落飞机从垂直起落向水平飞行过渡时的飞行稳定性问题，并在 Bell X-14 上作了实地试验。NASA 也主动帮助试验自由飞模型，试验结果对 Hooper 非常鼓舞。60 年 10 月 21 日，P.1127 终于首次在系留状态下升空。第一架 P.1127 的垂直升力勉强能把飞机升入

22、空中，连无线电通信装置都要拆除，以节约重量。试飞员 Bill Bedford 的右腿刚在车祸中骨折，还上着石膏，但他还是带伤上阵。姿态控制和系留索打架，飞机在离地不高的空中像喝醉的母牛一样东倒西歪。61 年 9 月 12 日，Bill Bedford 完成了第一次垂直起落到水平飞行的转换，10 月 28 日完成了短距起飞，从一开始，人们就认识到短距起飞对增加载重-航程的作用。最初的 P.1127 方案，尾喷管只向后喷，这严重影响了发动机和全机的重心布置入选的 TSR.2 最后也没有逃过下马的命运P.1127 的原型“雀鹰”（Kestrel），已经初具“鹞”式战斗机的形象“飞马”发动机示意图 /

23、 “飞马”发动机向量喷口的液压作动机构示意图罗尔斯.罗伊斯“飞马”发动机，注意其四叉的喷口“飞马”发动机首次装入 Kestrel 研究机“飞马”发动机的安装位置 / Kestrel 的姿态控制系统，注意首尾和翼尖姿态控制喷嘴和高压空气导管为了避开发动机喷流对起落架的影响，Kestrel 的起落架被布置成现代战斗机上很少见的自行车式，除前后主起落架外，还在翼尖设置了辅助的起落架 / Kestrel 的向下的炽热喷流很容易烧蚀地面，地勤人员正在喷水冷却Kestrel 的四叉喷口在这张图里很容易看见随着各种技术问题不断出现，又得到解决，P.1127 最终被命名为“雀鹰”（Kestrel），Hawke

24、r 把“雀鹰”正式呈报给军方。但空军又改主意了，把“雀鹰”的速度从高亚音速改为 1.2 倍超音速，但这超出了“雀鹰”的能力，加大发动机推力也不行，需要大动干戈修改。与此同时，西德在竟标垂直起落攻击机（最后 VAK-191 入选），英国试图把西德拉入“雀鹰”计划，而美国陆军又对“雀鹰”有了兴趣，并把诺斯罗普拉进按许可生产“雀鹰”的意向书，所以英美德三方商议成立联合评 估中队，共同评估垂直起落战斗机的飞行性能、训练和地勤支援要求、对空战和对地攻击的战术使用。不过这从一开始就是充满了黑幕，西德根本没有把 P.1127 太当一回事，还是一门心思在自己的 VAK-191 上。美国空军对陆军介入固定翼飞机

25、感到不满，因此反对陆军加入三国联合评估中队。英国皇家空军也对 P.1127 性能不能达到超音速不满，正想找借口溜号。这场各怀鬼胎的扯皮谈了一年，最后三国中队在 65 年 4 月 1 日（愚人节，不是一个好日子呀）成立，包括了皇家空军、德国空军、美国空军、陆军、海军，演练了垂直、短距起落技巧，在野外简易机场的隐蔽和起落，以及模 拟对地攻击。 Kestrel 由英国、美国和德国飞行员共同评估，机尾上就是“三国评估中队”的标志 / 按照设计，Kestrel 要能够在林间空地起落，以实现核大战条件下的分散部署和隐蔽出击。实际使用经验表明，分散部署对地勤支援的要求太高，在战时根本不实际。以后北约战略转向

26、 强调高性能战斗机，集中部署，集中保护，强调打击敌人，而不是分散生存P.1154“鹞”式超音速战斗机下马后，Kestrel 得到进一步发展，作为过渡，“鹞”的名字被转用到这个改进型 Kestrel 上 / “鹞”式的卖点当然还是垂直起落“鹞”式垂直起飞 / 手动转动向量喷口的示意“鹞”式垂直起飞时的计算流体力学示意图进气口旁的辅助进气口，用于垂直起落时增加进气量在 实用中，飞行员发现，如果在垂直起落中有一点前进速度，可以大大降低喷气回吸的影响，图中地面尘土和飞机的相对位置，表明这个飞行员正在向前低速移动 / “鹞”式战斗机上的“飞马”发动机在这张剖视图中清晰可见，其四叉喷口是实现向量推力的关键

27、，但成也萧何，败也萧何，正是这四叉喷口，极大地限制了发动机 和飞机的整体布置，而注定了“鹞”式只可能用“飞马”发动机，而不大可能有任何别的替代发动机罗尔斯罗伊斯和 BAe 正在试验 PCB（Plenum Combustion Chamber，增压燃烧室） 但是皇家空军对超音速要求还是念念不忘，坚持要求 Hawker 把 P.1127 改进成超音速，否则不会订货，北约也有相应的要求。这倒不是皇家空军和北约出花头，而是大势所趋。60 年代是一个追求高空高速的时代，战术飞机不能达到超音速被看作是一个严重的缺陷。Hawker 将“雀鹰”加长，发动机的前转向喷管采用喷管加力燃烧（Plenum Chamb

28、er Burning，简称 PCB）技术，和主发动机的加力推力一起，使飞机达到超音速，P.1127 也因此改名为 P.1154，并正式取名为“鹞”式。在 62 年北约竟标中，P.1154 赢得了技术分，但法国的幻影 III V 赢得了政治分，因为幻影对工作量在北约内均匀分布有利，否则好事全叫英国摊上了。不过最后结果实在也是无关紧要，因为北约并不对赢者拨款，还是要靠成员国 自己出资进一步研发。在英国，军方希望用 P.1154 取代空军的“猎人”和海军的“海狐”（Sea Vixen），但是空军需要的是单座攻击机，海军需要的是双座截击机，很快空军和海军就为了不同的技术、战术要求而争得不可开交。尽管

29、Hawker 对于在技术上是否可能同时满足空海军的要求根本没有信心，但先把鸭子煮熟，调味以后再说。但钓鱼工程不能瞒过所有人，最后的妥协方案空海军同时拒绝了。 63 年底，军方决定海军的舰载战斗机由装备罗尔斯罗伊斯“斯贝”涡扇发动机的 F-4“鬼怪”式战斗机完成，海军退出“鹞”式计划。“斯贝”日后被中国引进，用于“飞豹”战斗轰炸机，不过这是后话了。Hawker 终于可以轻装上阵了，但这是风水又转了，工党政府对英国航空工业的大砍刀下来，P.1154（和前述 TSR.2）一同下马。不过 Hawker 这一头没有一棍子打死，空军的“猎人”也有“鬼怪”式代替，但是由“雀鹰”配合，作为对地攻击使用，“鹞”

30、的名字也被用于放大的“雀鹰”。“鹞”式在外形 上和“雀鹰”十分相似，但要增大一圈，也增加了很多实用的战术装备。但是政府对“鹞”依然三心二意，财政部一算，外购“鬼怪”式和正在和法国合作研制的 “美洲豹”（Jaguar）比自研“鹞”是节约一亿三千万英镑。在财政部提议取消“鹞”式的时候，科技部强烈反对再砍硕果仅存的“鹞”式，“鬼怪”式的采 购计划由于“斯贝”发动机和“鬼怪”式的进气道适配问题而大大拖延、超支，“鹞”式是这样才躲过了下马的大砍刀。政府对“鹞”式毫无感情，军方对“鹞”式 更是充满了敌意，三年前取消“雀鹰”的采购计划时的理由一个也没有改变，皇家空军是把“鹞”式当作过渡性的应急之作。Hawk

31、er 就是这样步履维艰地开始了历史上唯一参加过实战的喷气式垂直起落战斗机的研制。经过多年的研制、改善，“鹞”式从单纯的对地攻击型，发展成具有空战能力的 “海鹞”和“鹞 II”。 “鹞”式战斗机不仅在英国空海军服役，还出口到美国、西班牙、泰国、印度，成为战后英国最成功的战斗机。诺斯罗普和 Hawker 的意向书已经过期，Hawker 和这时已经通过“鬼怪”式和 Hawker 有合作的麦克唐纳合作，为美国海军陆战队制造“鹞”式。Bristol Siddeley 被并入当年试图用带推力转向的“双斯贝”搅局的罗尔斯罗伊斯，Hawker 也和当年的竞争对手德哈维兰、英国通用电气等一起并入英国宇航，真是物

32、是人非。皇家空军的“猎人”战斗机，反正老了，打不动仗了，就做做秀吧 / 皇家海军的舰载战斗机“海狐”（Sea Vixen）“鹞”式的名字本来是给 P.1154 的，计划用来取代“猎人”和“海狐” / 这张图比较容易看到采用加力燃烧的前喷管，进气口可以向外张大，以便在垂直起落是加大进气量，在平时则关回去，以减小阻力P.1154 的 Bristol Siddeley BS.100 发动机P.1154 已经进入全尺寸模型阶段了，这是发动机喷管转向时的样子 / 第一架 P.1154 的机身已经开始制造“鹞”式是至今唯一参加过实战的垂直起落战斗机。在马岛战争中，作为皇家海军特混舰队唯一的舰载战斗机，“鹞

33、” 式在实战中，创造性地使用推力转向，极大地增强了空战机动能力，打破了高亚音速战斗机难以匹敌超音速战斗机的谜思。采用跳板起飞后，“鹞”式的航程和载重 大大增加，极大地增加的实战性能。垂直起落能力使“鹞”式在恶劣气候的出动能力甚至超过弹射起飞、拦阻降落的常规舰载战斗机。“鹞”式不仅在马岛实战中证 明了自己的能力，而且重新点燃了中小国海军的航母之梦，成为意大利、西班牙、印度、泰国海军航母舰载机唯一现实的选择。美国海军陆战队是“鹞”式的最大的 海外用户。在美国海军陆战队里，“鹞”式称为 AV-8，参加了 91 年的海湾战争、95 年中的波黑和科索沃战争以及 2003 年的伊拉克战争。尽管美国海军最终

34、抛弃了“制海舰”的概念，美国海军陆战队没有完全放弃这个概念，而是把“制海舰”和大型两栖攻击舰结合起来。大型两栖攻 击舰的大甲板本来是给垂直登陆的直升机用的，但给“鹞”式用，也同样合适。美国海军陆战队的打算是，在登陆阶段，“鹞”式从两栖攻击舰上出击，提供滩头的 局部制空权和近距支援；上陆后，在陆上用钢板铺简易起落场，从陆上出击，随陆战队的地面部队向纵深滚动。然而，在实战中，美国海军陆战队还没有遇到向离岸 纵深进攻的需要，在陆地上建造简易机场，也不仅是用钢板铺跑道的问题，还有油料、军械、维修和其他地勤问题，不如直接从两栖攻击舰上出击，所以“鹞”式没 有在陆地上前进部署过。不过，“鹞”式的垂直起落能

35、力和跳板起飞要求也给飞行员训练带来更高的要求，垂直起落和跳板起飞都是容易出事故的时候，90 年代，美国海军陆战队曾在不长的时间内在接连损失 45 架“鹞”式，英国皇家海军和空军的“鹞”式也是一样的问题，原因基本上是垂直起落阶段发动机故障或飞行员操作失当。发动机的问题通过不断的技术改进得到解 决，飞行员训练也通过双座型“鹞”式逐渐得到解决。 “赫尔姆斯”号航母上的“海鹞”式在恶劣天气中准备起飞 / 油画描绘了“海鹞”正在追击攻击圣卡洛斯湾的英国舰船后撤离的阿根廷“短剑”式战斗机“海鹞”正在“大西洋运送者”（Atlantic Conveyer）号上着陆，这艘集装箱船临时改装的简易航母后来被阿根廷的

36、飞鱼导弹击沉，随船沉没的还有若干“鹞”式和 CH-47 直升机 / 英国皇家海军的“海鹞”从“无敌”号航母出击，执行伊拉克南方禁飞区任务美国海军陆战队的 AV-8B 出击后返航伊拉克的 Al Asad 基地 / 英国皇家空军的“鹞”式在伊拉克作夜航出击AV-8B 在航母上作垂直降落 / 美国海军陆战队的 AV-8B 正在伊拉克沙漠上空作空中加油 用单一的升力-巡航发动机最大限度的避免死重，“雀鹰”/“鹞”式不是第一家。美国的贝尔首先用 X-14 研究机验证了转向喷管产生垂直升力的原理，日后 Hawker 的试飞员 Bill Bedford 在 Ralph Hooper 访美期间，在 X-14

37、上作过试飞，重点探索垂直起落和水平飞行之间的过渡，对日后“雀鹰”的设计和试飞提供了极其宝贵的第一手资料。苏联的第一架垂直起落研究机雅克-36 也是采用转向喷管。X-14 和雅克-36 遇上共同的问题：为了确保垂直升力的作用点在机体重心附近，发动机必须尽量往前安装，这样就需要一个长长的后机身来平衡发动机的重量，后机身有一个显著的 “阶梯”形，大大增加气动阻力，全机布置也极不平衡。为了保证姿态控制，雅克-36 在机头还特地向前延伸出一根又粗又长的杆子，用于安装俯仰控制的喷嘴。西方情报机关一开始对这根长杆的作用十分困惑，有人甚至开玩笑地说，这该不是苏联恢 复了海军在风帆时代的冲撞战术，要用这根“长枪

38、”把敌机捅下来吧？这些早期的尝试作为实用型飞机的气动设计并不成功，尽管苏联曾在航展上为雅克-36 象征性地安装过武器，想使之实用化，但是这些早期的经验为后来的“雀鹰”/“鹞”式和雅克-38 提供了思路：采用分叉式尾喷管，从两侧避开后机身，使机身和尾喷管的流线型大大改善。但是这还是不能避免单一升力-巡航发动机的另外一些固有的问题。为了 实现垂直起飞，发动机必须具有很大的推力。事实上，“鹞”式战斗机的“飞马”发动机曾经是西方推力最大的战斗机用喷气发动机。但是，为最大推力而优化的发 动机对巡航油耗的降低不利。为了最大推力，发动机的核心加大，进气道也必须加大，但巡航时要不了那么大的推力，过大的进气道和

39、发动机造成不必要的阻力和结 构重量。由于升力-巡航发动机的特殊结构，极其和机体设计的高度一体化，不经过大动干戈的改动，在别的战斗机上成功应用的新型发动机很难应用到垂直起落战 斗机上，所以“鹞”式的“飞马”发动机一用就是40年，尽管罗尔斯.罗伊斯一直在不断改进，但“飞马”的核心发动机依然是 40 年前的 Bristol Orpheus。这个问题直到 F-35 采得到解决。贝尔 X-14 首先验证了向量推力用作垂直起落的原理，Hawker 的试飞员在 X-14 上获得了宝贵的垂直起落经验，大大帮助了日后 Kestrel 的试飞 / 为了使矢量喷口能够安排在重心附近，两台发动机只能拼命往前放雅克-3

40、6 是苏联第一架真正的垂直起落飞机 / 雅克-36 的发动机布置和贝尔 X-14 相似，也是拼命往前放机头、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 英国皇家空军从一开始就是把“鹞”式战斗机作为过渡性的应急之作，最终目标依然是超音速垂直起落战斗机，所以很早就开始研究“鹞”式的后继方案。由于位于 Kingston 的 Hawker 是“鹞”式的始作俑者，“鹞”式的后继方案基本都是在 Kingston 的原 Hawker 的设施里搞的，所以被称为 Kingston Projects。以下是 Kingston Projects 中的一些方案，有些达到具体设计阶段，有些只是初步概

41、念。超音速垂直起落一直是“鹞”式之后可望而不可及的目标，BAe P.121 采用前掠翼以解决发动机和喷口位置必须处于全机重心的矛盾 / BAe P.1214 的三视图这个模型更清楚地表示了发动机喷口的布置Hawker-Siddley P.1216 方案，重点在于超音速，格外长的尾撑用于平衡全机重心，主发动机的向量推力喷口可以布置在重心附近P.1216 的三视图 受到“鹞”式成功的鼓舞，和美国海军在 80 年代“制海舰”设想的驱动，美国航空工业也推出一些意图取代 S-3 舰载反潜机的方案，如图中的洛克希德方案和沃特 V-530 方案，V-530 的双涵道涡扇发动机是其特色，在概念上是洛克希德 F

42、-35 的升力风扇的先驱。洛克希德的垂直起落舰载机方案Vought V530 的机翼可以折叠，以减少在航母机库里的占地面积。其双涵道涡扇发动机是其特色，在概念上是洛克希德 F-35 的升力风扇的先驱V-530 的发动机从垂直起落状态向水平飞行转换 / V-530 意图取代 S-3 舰载反潜机!进入 90 年代，美国空军的 F-16A/B 已经开始大批退役，A-10 的替代也早就上了议事日程，美国海军的 F-18A/B 也是一样。更紧迫的是海军陆战队的 AV-8B，空军的 F-22 已经落实了，海军的 F-18E 也落实了，但海军陆战队的 AV-8B 面临后继无人的窘况。面对三军都需要 F-16

43、/F-18/AV-8 这一级的下一代战斗机，美国国会指令三军联合研制，这就是“联合打击战斗机”（Joing Strike Fighter，简称 JSF）的起源。JSF 要求能够作为 F-22 和 F-18E 的低档搭配，并且具有垂直/短距起落能力，以接替 AV-8B，为此，JSF 具有陆基型、舰载型和垂直起落型，共用基本机体设计和发动机。JSF 难度最大的地方，在于在严格控制成本和风险的前提下，要求具有垂直起落能力。普拉特.惠特尼的 F119 发动机已经用于 F-22，被军方指定为 JSF 的基本发动机，通用电气的 F120 作为备选发动机低速发展。这里必须对美国航空发动机的研发能力敬佩一下，

44、普拉特.惠特尼从 F119 基本发动机出发，一方面大大增加推力以满足垂直起落的要求，另一方面左右开弓，同时满足 JSF 所有方案的不同垂直起落方案，这个功力非同小可。 麦道、波音和洛克希德分别提交了方案。麦道的方案采用单独的升力发动机，在气动布局上为无垂尾的 V 形尾方案，机翼后缘呈 M 形，可以说是空军的“先进技术战斗机”ATF 竞争中落选的 YF-23 的缩小版。采用单独的升力发动机有利于降低动力系统的研制风险，通过适当的安排，在主发动机故障或战损时，升力发动机可以使飞机安全返航，至少在理论上可 以实现这样的动力备份。麦道方案的机翼设计很有新意，机翼和尾翼之间的“边条”既强化翼身融合体，又

45、在大迎角时起到升力体的作用，是神来之笔。但垂直起落 设计了无新意，死重大，成本高。最大的问题还是在 V 形尾。V 形尾重量轻，隐身好，阻力小，但 V 形尾一动，在滚转和偏航上就有交联，对飞行控制系统的要求很高，对机动性的影响也大，YF-23 就是栽在这上面。麦道的方案在还没有进入最后的对比试飞前就被淘汰了。JSF 落选对麦道是致命的，这个曾经研制 F-4、F-15，主要承包 F-18、AV-8 的公司，就这样降下了帷幕。麦道 JSF 的方案可以看到 YF-23 的很多影子，尤其是它的 V 形尾但麦道 JSF 的进气道有很重的 F-22 的影子 / 其升力发动机在理论上可以在主发动机故障或战损的

46、时候，单独将飞机返航回去麦道在情急之中，增加了鸭翼，力图弥补 V 形尾控制不足的问题，但为时已晚 尽管波音在二战之前就再也没有得到过美国战斗机的订单，但波音对所有战斗机竞争从不放过，屡败屡战。正因为没有历史，波音也就没有包袱，设计方案就敢于另 类。波音 JSF 方案是一反美国常规的大三角翼方案，采用和“鹞”式相似的升力-巡航发动机，其血盆大口一般的超大进气道十分引人注目。由于发动机要尽量前置，进气道只能 又大又短，这给隐身带来很大的问题。波音用“雷达屏障”（radar blocker）来解决，就是在进气道中用涂覆雷达吸波材料的导流片使进气气流有一定的扭转后才进入风扇正面，而这扭转就有效地阻止电

47、磁波长驱直入，多次 折射、反射的电磁波被反复吸收能量，最后反射回入射方向时能量已经大大降低，达到降低雷达特征的效果。麦道的 F-18E 的进气道也是采用了类似的技术，才达到准隐身效果的。导流片的另外一个作用是将进气气流理顺，增加风扇的效率。缺点是结构重量，和导流片产生的进气压力损 失。波音 JSF 得到最后对比试飞的资格，代号为 X-32。X-32 的 F119 改型增加了前转向喷嘴以产生机体重心处的垂直升力，其后是延长的尾喷管，在机尾喷气，尾喷管可以推力转向，但用于改善机动性，而不是用于产生垂直升力。事 实上，在垂直起落是，主要垂直升力由前喷嘴实现，姿态控制喷嘴实现其余的升力，尾喷管关闭。X

48、-32 的 F119 还有一个特色：从发动机风扇引出高压空气，在前机体下方向下喷射，形成气帘，阻止炽热喷气回流到进气口。发动机上所有和垂直起落有关的额外系统总重约 300 公斤。X-32 肥厚、宽大的机翼为机内燃油提供了极大的容积，机翼翼载小，机动性相当好。X-32 的问题在于过于围绕垂直起落性能而设计，常规起落的性能损失太大。海军对此尤其敏感，对无尾三角翼布局极力反对，因为航母上起落所必需的大迎角性能难以得 到保证。波音试图亡羊补牢，在最后时刻将 X-32 改称有尾布局，但为时已晚。波音 JSF 最大的特点有两个：一个是无尾三角翼，这是康维尔 F-106 后第一架美国的无尾三角翼战斗机 / 第二个特点是其超大的进气道，这是采用机内的升力-巡航发动机所必需，但对前向隐身带来很大的挑战波音 JSF 的肥大的机体对布置武器舱十分有利 / 但波音 JSF 也是美国现代航空史上少有的丑陋波 音 X-32 的垂直