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垂直起落技術(shù)


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

  為什么人們會去發(fā)展垂直起落技術(shù)呢?首先,具有垂直起落能力的飛機(jī)不需要專門的機(jī)場和跑道,降低了使用成本;其次,垂直起落飛機(jī)只需要很小的平地就可以起飛和著陸,所以在戰(zhàn)爭中飛機(jī)可以分散配置,便于偽裝,不易被敵方發(fā)現(xiàn),大大提高了飛機(jī)的戰(zhàn)場生存率;第三,由于垂直起落飛機(jī)即使在被毀壞的機(jī)場跑道上或者是前線的簡易機(jī)場上也可以升空作戰(zhàn),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(shù)是怎么實現(xiàn)的呢?我們知道,飛機(jī)飛行需要克服兩種力—重力和阻力。重力是由飛機(jī)的氣動面,即機(jī)翼和尾翼產(chǎn)生的升力平衡的;阻力則是由發(fā)動機(jī)提供的推力克服的。正常飛機(jī)的起飛過程就是飛機(jī)在發(fā)動機(jī)的推動下,克服阻力向前滑跑,當(dāng)滑跑速度足夠大到使機(jī)翼產(chǎn)生的升力大于飛機(jī)的重量時,飛機(jī)就可以離開地面升空飛行了。而垂直起落飛機(jī)由于不需要滑跑,就不可能由機(jī)翼產(chǎn)生平衡重力的升力,所以要實現(xiàn)垂直起落,就只能把希望寄托到飛機(jī)的動力設(shè)備—發(fā)動機(jī)上了。垂直起落飛機(jī)就是由發(fā)動機(jī)提供向上的推力來克服重力實現(xiàn)垂直起落的。

  垂直起落飛機(jī)產(chǎn)生升力的辦法有三個,一個是偏轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)的噴管,第二種是直接使用升力發(fā)動機(jī)提供升力,第三個是前兩種辦法的組合,同時使用升力發(fā)動機(jī)和主發(fā)動機(jī)。

  英國的“鷂”式(Harrier)就是使用偏轉(zhuǎn)噴管方式的垂直起落飛機(jī)。這種飛機(jī)機(jī)身中部安裝有一臺“飛馬”式推力轉(zhuǎn)向發(fā)動機(jī)(“飛馬”發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖),前后兩對可旋轉(zhuǎn)噴口分別位于機(jī)身兩側(cè),相對機(jī)身重心保持對稱。發(fā)動機(jī)將從進(jìn)氣道吸入的空氣一部分通過前面的兩個可旋轉(zhuǎn)噴口噴出,另一部分經(jīng)過燃燒室和渦輪從后面的兩個可旋轉(zhuǎn)噴口噴出,四個噴口噴出的氣流共同產(chǎn)生供飛機(jī)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雅克141是使用升力發(fā)動機(jī)和偏轉(zhuǎn)噴口主發(fā)動機(jī)相結(jié)合的垂直起落飛機(jī)(雅克式飛機(jī)發(fā)動機(jī)原理圖)。飛機(jī)的兩臺升力發(fā)動機(jī)位于座艙后的機(jī)身內(nèi),其進(jìn)氣道在機(jī)身上部;主發(fā)動機(jī)裝在機(jī)身內(nèi),噴口在后機(jī)身兩側(cè)。當(dāng)飛機(jī)垂直起飛時,主發(fā)動機(jī)的一對可旋轉(zhuǎn)噴口從向后位置轉(zhuǎn)到向下位置,同時升力發(fā)動機(jī)工作,也是四束噴流提供了飛機(jī)的起飛升力。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入平飛狀態(tài)之后,主發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)至向后,升力發(fā)動機(jī)則停止工作,其進(jìn)氣道關(guān)閉。

雅克式飛機(jī)垂直起飛示意圖

雅克式飛機(jī)短距起飛示意圖

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

  垂直/短距起落飛機(jī)也是海軍青睞的機(jī)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(shù)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!昂z_”還使用了“斜曲面躍飛”的短距起落技術(shù),通過在航母上安裝12度的斜甲板,可以讓飛機(jī)滑跑躍飛,再利用推力轉(zhuǎn)向,使飛機(jī)在推力不足的情況下仍能在空中穩(wěn)定加速。

  目前世界上服役的垂直起落飛機(jī)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(jī),但是由于沒有經(jīng)費,并沒有進(jìn)入工程發(fā)展。

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

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