垂直起落之路上的匪夷所思（四）

晨枫

最“循规蹈矩”的垂直起落还是推力转向，“鹞”式是经典。


在F-35B之前，“鹞”是最重要的垂直起落飞机。F-35B以短距起飞-垂直降落为主，但有垂直起飞能力，只是基本上不能携带武器弹药了


% _: _2 n( ~- N9 }3 h  V“鹞”式的罗尔斯-罗伊斯“飞马”发动机活像趴着的乌龟，这是精妙之所在，也是阻止改进的命门

* H: Y! q3 i- |; p1 d# c' c
“鹞”式用“四立柱”原理，四个喷口在垂直起落和悬停中保持平衡
* B  o/ a& x5 t( t

喷口有“关节”控制上下偏转，还用“百叶窗”导流
8 T, l4 l: X) d5 X' j- B
8 `  ], {! Z2 w0 X# m, B" b5 b# c! s
“鹞”式的“四立柱”决定了发动机的四个喷口必须推力均匀，而且围绕在飞机重心周围。这是很要命的限制。
" W3 L3 \# q1 [+ g/ a/ A  E
5 i. k5 @5 o* t1 Q" R就战斗机而言，发动机靠后才是常规，这样前半机体可以用于座舱、航电、武器、燃油等。发动机把中间的黄金位置占了，总体和气动布局就很不好布置。“四立柱”必须平衡出力，这也决定了需要单发、四喷口，否则很难保证同步，而不同步的结果是任何不平衡都在刹那间就导致失事。垂直起落和悬停都是在极低空，根本没有时间作出反应。
! U% F4 m1 O: Q8 I
“飞马”的独特要求决定了必须是高涵道比涡扇，前喷口从压气机引出，后喷口才是“热”的。这也限制了“飞马”没法用加力燃烧室，也没法用收敛-扩散喷管，“鹞”式在原理上就不可能达到超音速。罗尔斯-罗伊斯想过在前喷管里引入某种形式的“加力燃烧”，但因为各种技术问题，更因为英国政府不给钱了，没弄下去。
! `0 W2 ^3 T! b
2 j! @4 `3 t7 x* M  o6 g! B1 |* Z
8 c  S! P. x& }9 J2 qF-35B把四立柱改成三立柱，用翼尖姿态控制喷口保持横滚方向上的平衡，但升力风扇和发动机保持机械传动，不仅免除升力发动机，也保证绝对同步
; Q4 d/ y; M7 @& T5 k
" X' x( v4 c- O& T1 R4 z在“鹞”式之后，英国研究过很多垂直起落的超音速战斗机，其中不乏奇思妙想。


4 U5 u% Z, p3 }" Q! Z这些设计还相对常规，用了各种升力发动机、引射增升等技术，但思路上与50-60年代的构想没大两样

2 u8 k8 e, J3 N  q: j( V
BAe P.103看似貌不惊人的双发战斗机，只是采用了已经很少见的翼下发动机布局

. t# z0 u. x1 r5 W* [
3 e* k; s( S$ W& q9 d但发动机可以倾转，实际上用于垂直起飞可能吃力，但短距起飞还是很能胜任的
& W7 Z# V2 @# Q* z+ f- i# b9 b, z
在“鹞”式之后，英国做了大量研究，试图研制超音速垂直起落战斗机。实际上根据“鹞”式的使用经验，重点已经转向短距起飞、垂直降落（STOVL）了。利用一点机翼气动升力的短距起飞比垂直起飞的起飞重量大得多，才能携带有用的作战载荷。即使在机场受到严重破坏的情况下，总还是有一些平整的铺装地面可供短距起飞，死抱着零滑跑的垂直起飞（VTOL）实际上缺乏实战意义。

7 g3 k# p2 X0 q除了在常规战斗机布局前后左右打补丁、贴膏药地加装升力发动机、升力风扇、引射增升，有意思的是P.1214和P.1216设计方案。

; B; ^" \% y  M
1 J  P- ?! {8 d5 R9 Z比较惊人的是P.1214。这里当然是玩具模型，但这是一个真实的设计方案

% [" V  S6 ?7 c+ A+ e, X% f
如果成真，看着就很科幻，很提气
6 v. c4 s* o& A

肚皮翻过来的话，马王爷真是有三只眼
: t1 x% R0 u2 `( [: _

双垂尾是高机动战斗机的标配，也是后置X翼的必须
2 H+ }" w) x* z, c8 V8 O. Y$ M- V; D

大面积的机翼很适合外挂
$ l  ~4 E& b, a% U) V
- r( c* S7 |, A3 V5 B, ?. a$ F: dP.1214采用非同寻常的X形机翼，可以看作前掠翼和后掠翼的组合。
# U0 s( }  q8 L7 \
+ Z& v( g! A/ k前掠翼的气动优点在二战末年就发现了，纳粹德国的容克-287就采用前掠翼。
" B5 e5 m0 }! ]# B- }8 H

" t, v2 a, N9 M6 y2 D0 J! V容克-287
* }" l, ~' C! m) p
3 S" K. r1 e6 q2 [5 j2 K后掠翼的气流有展向流动，在翼尖“滑落”，有翼尖损失。翼梢小翼可以降低，但不能避免。前掠翼没有这个问题，气动效率高，也不容易失速，因此低速机动性特别好。但前掠翼有气动弹性发散问题，机翼的气动弹性变形容易造成横滚失控，直到定向编织复材机翼出现才解决这个问题。这正好是P.1214的时代。

X形机翼不仅极大增加了翼面积，降低翼载，提高机动性，还解决了垂直起落和悬停要求发动机的“四立柱”（或者“三立柱”）推力围绕重心，但机翼气动升力中心需要为超音速考虑而向后移动过的问题。前机身设计也容许更加宽松的进气道设计，不像“鹞”式那样，几乎没地方安排进气道，空气一入进气口就是压气机，然后就是前喷口。

在理论上，更多的机翼也提供了更多的翼下挂载武器和副油箱的空间。最重要的是，这样的X翼战斗机看着就很涨士气。不过这个方案太前卫了，悄悄出台，悄悄搁置。
) X$ W5 F" ?4 E' d+ F* q6 R" U

P.1216常规一点，改用双尾撑


5 N  L) y+ l- M$ _$ c# P发动机还是一样的三点式布置
, g' Y- E0 B3 |$ {
) A( p) U3 a% @- N6 o' `7 J3 h& h$ l" eP.1126没有那么前卫，但还是悄悄搁置了。
7 {% e  y! N2 S8 u5 H
9 s  G0 P0 |- [英国已经没钱了。慢说自己单干搞先进STOVL战斗机，常规战斗机都需要拉上欧洲国家一起干，最后成事的还是“台风”。积攒的STOVL研究最后“孝敬”美国了，一些经验最后体现在JSF计划的竞标方案里，波音X-32就是“鹞”式看着一点不像的远方亲戚。

( x1 s. Y! E" N
波音X-32采用“三立柱”推力
6 ~4 X! M) F0 F2 N; m
波音X-32采用“三立柱”推力，但机尾喷管只提供推力，不提供升力。重心后两侧的向下转向喷管实际上通过导流阀引导过来，推力喷管方向在垂直起落和悬停状态下关闭；平飞时导流阀关闭向升力喷管的通路，打开向推力喷管的通路
6 a0 V, x- k5 ^) R8 W# N& r7 o
波音X-32落选了，但其他英国经验还是用上了。“鹞”式的一个大问题是炽热喷流回吸。在X-32上，前喷管前方有一道向下的“气帘”，降低炽热喷流向机头进气口方向的流动；在X-35（最后成为F-35）上，升力风扇的排气是“冷”的（实际上由于压缩作用，还是升温的，只是没有喷气排气那么高），对发动机进气影响不大。姿控喷口更是英国经验，“鹞”式用四立柱，横向和纵向控制力臂都很短，不利于控制。在X-35上，升力风扇和尾喷口的距离很长，很有利于纵摇稳定。在X-32上，前后“立柱”之间的距离也比“鹞”式更长。

mezhan

"“鹞”式在远离上就不可能达到超音速。"

% w5 h$ K- C4 G0 C原理?

" L% X5 U3 ]9 ^2 Z8 U, Z; |9 T

huma

好像老美在意大利偷了不少雅克的技术

晨枫

huma 发表于 2024-10-29 18:30
) r; E7 i( \% \$ Z" F( Y* h好像老美在意大利偷了不少雅克的技术

! G- G' }. o1 A  F% m1 K0 q% z3 W为什么到意大利去偷俄罗斯的技术？

牛腰

晨枫 发表于 2024-10-30 08:43
' I0 w: m9 g: o' r为什么到意大利去偷俄罗斯的技术？

/ h2 J: \; M. H2 d  h, N) ?; p* n+ v据说俄罗斯为了偿还意大利的债务，在90年代把雅克130的技术资料交给意大利了

晨枫

牛腰 发表于 2024-10-29 19:50
据说俄罗斯为了偿还意大利的债务，在90年代把雅克130的技术资料交给意大利了 ...

- q2 P- M9 W* w4 o& b* h. Z
没错，不过那和垂直起落没关系啊。

/ t" w  F5 A1 ^; G5 _4 o; X还有，主要不是为了偿还债务，而是为雅克刚研制得差不多（但还没有完成）的雅克-130寻找西方技术援助，希望打开国际市场。
; i+ |* I, d: |7 Y
3 V; G$ ~$ a  Y' z/ wAlenia笑嘻嘻地收下，然后把雅克踢开，雅克只好自己完成剩余研发。所以现在有两个很相像的飞机：M349和雅克130。

9 h, ]3 P8 X. p6 N. A, |* A$ `  U

牛腰

晨枫 发表于 2024-10-30 10:11
没错，不过那和垂直起落没关系啊。

- C6 x- T7 q  j  r0 `& {还有，主要不是为了偿还债务，而是为雅克刚研制得差不多（但还没有完 ...

那我就不知道意大利还有什么雅克的技术可以让美国偷了