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塞斯納龐巴迪

垂直起落技術

  垂直起落技術顧名思義就是飛機不需要滑跑就可以起飛和著陸的技術。它是從50年代末期開始發展的一項航空技術。

  為什么人們會去發展垂直起落技術呢?首先,具有垂直起落能力的飛機不需要專門的機場和跑道,降低了使用成本;其次,垂直起落飛機只需要很小的平地就可以起飛和著陸,所以在戰爭中飛機可以分散配置,便于偽裝,不易被敵方發現,大大提高了飛機的戰場生存率;第三,由于垂直起落飛機即使在被毀壞的機場跑道上或者是前線的簡易機場上也可以升空作戰,所以出勤率也大幅提高,并且對敵方的打擊具有很高的突然性。

  那么,垂直起落技術是怎么實現的呢?我們知道,飛機飛行需要克服兩種力—重力和阻力。重力是由飛機的氣動面,即機翼和尾翼產生的升力平衡的;阻力則是由發動機提供的推力克服的。正常飛機的起飛過程就是飛機在發動機的推動下,克服阻力向前滑跑,當滑跑速度足夠大到使機翼產生的升力大于飛機的重量時,飛機就可以離開地面升空飛行了。而垂直起落飛機由于不需要滑跑,就不可能由機翼產生平衡重力的升力,所以要實現垂直起落,就只能把希望寄托到飛機的動力設備—發動機上了。垂直起落飛機就是由發動機提供向上的推力來克服重力實現垂直起落的。

  垂直起落飛機產生升力的辦法有三個,一個是偏轉發動機的噴管,第二種是直接使用升力發動機提供升力,第三個是前兩種辦法的組合,同時使用升力發動機和主發動機。

  英國的“鷂”式(Harrier)就是使用偏轉噴管方式的垂直起落飛機。這種飛機機身中部安裝有一臺“飛馬”式推力轉向發動機(“飛馬”發動機結構圖),前后兩對可旋轉噴口分別位于機身兩側,相對機身重心保持對稱。發動機將從進氣道吸入的空氣一部分通過前面的兩個可旋轉噴口噴出,另一部分經過燃燒室和渦輪從后面的兩個可旋轉噴口噴出,四個噴口噴出的氣流共同產生供飛機垂直起降、空中懸停和水平飛行的動力(圖為“鷂”式垂直起飛示意圖)。

  俄羅斯的雅克-36和雅克141是使用升力發動機和偏轉噴口主發動機相結合的垂直起落飛機(雅克式飛機發動機原理圖)。飛機的兩臺升力發動機位于座艙后的機身內,其進氣道在機身上部;主發動機裝在機身內,噴口在后機身兩側。當飛機垂直起飛時,主發動機的一對可旋轉噴口從向后位置轉到向下位置,同時升力發動機工作,也是四束噴流提供了飛機的起飛升力。當飛機進入平飛狀態之后,主發動機轉至向后,升力發動機則停止工作,其進氣道關閉。

雅克式飛機垂直起飛示意圖

雅克式飛機短距起飛示意圖

  正如前面提到的,使用垂直起落技術的飛機機動靈活,具有常規飛機無可比擬的優點,但同時也有許多重大的缺點。首先是航程短,由于要實現垂直起落,飛機的起飛重量只能是發動機推力的83%-85%,這就使飛機的有效載荷大大受到限制,影響了飛機的載油量和航程。同時,飛機垂直起飛時發動機工作在最大狀態,耗油量極大,也限制了飛機的作戰半徑。例如“鷂”式飛機的載重量為1060千克時,作戰半徑只有92公里。所以在實際使用中,“鷂”式飛機盡量使用短距起飛的方式,以延長飛機的航程。因此,垂直起落飛機又稱為垂直/短距起落飛機。另外,由于垂直起落飛機在實戰中,經常需要分散在野外,所以它的維護也非常的困難。

  垂直/短距起落飛機也是海軍青睞的機種,因為艦船上的飛行甲板的長度總是有限的,垂直/短距起落技術就顯得尤為實用。裝備英國“皇家方舟”號航母的“海鷂”就是“鷂”式的海軍型。“海鷂”還使用了“斜曲面躍飛”的短距起落技術,通過在航母上安裝12度的斜甲板,可以讓飛機滑跑躍飛,再利用推力轉向,使飛機在推力不足的情況下仍能在空中穩定加速。

  目前世界上服役的垂直起落飛機有英國的“鷂”式系列,美國的AV-8系列以及俄羅斯的雅克36。俄羅斯還有另外一種編號為雅克141的超音速垂直起落飛機,但是由于沒有經費,并沒有進入工程發展。

  垂直起落技術雖然不是一個新技術,而且存在一些重大弱點,但是它的優點的確使人無法割舍。美國目前就正在發展新一代垂直/短距起落飛機(V/STOL)。隨著航空科技的發展,垂直起落技術必將進入一個新的發展高峰。

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