主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫

旋翼也好，螺旋桨也好，产生推力的原理都是一样的。如果把螺旋桨用涵道包覆起来，变成涵道螺旋桨（ducted fan），初看和普通螺旋桨没有太大两样，但是涵道内外的气流有速度差，在贝努力原理的作用下，涵道内的高度气流可以拖动涵道外的低速气流，可以产生比涵道内气流流动多至50%的额外推力。涵道本身在平飞状态也产生升力，这时圆形的涵道实际上就构成了环形机翼。平直翼、后掠翼、三角翼甚至前掠翼是人们所熟悉的，但环形翼也是产生升力的一个有效方法。环形翼可以想象成翼梢小翼的一个极端，由于制造和分析上不如平面翼简单，一直没有得到重视，在涵道风扇上的应用可算是歪打正着。涵道风扇也可以倾转，除了涵道本身也产生升力外，倾转涵道风扇（tilt ducted fan）具有和倾转螺旋桨一样的优缺点，不过在涵道风扇在倾转过程中，唇部的迎角不断变化，倾转到一定程度时会引起失速，改变飞机的升力分布，带来一定的飞行控制上的困难，同时造成风扇进气的紊乱，和很大的嗡嗡声。Doak VZ-4是倾转涵道风扇的先驱，但最重要的倾转涵道风扇飞机应该是贝尔X-22。尽管美国海军这是三军联合的项目的一员，但海军更中意短小的倾转涵道风扇方案，以便由航母升降机容纳，也免除折叠机翼的必要。涵道风扇也对甲板人员比较安全。于是海军在参加XC-142的同时，推动贝尔X-22计划。贝尔X-22采用四台涡轴发动机，两两布置在垂尾两侧，通过交联的同步轴，驱动所有四副涵道风扇，每个涵道出口的一个气动控制面提供垂直起落和平飞中的飞行控制。巨大的垂尾实际上没有舵面，只是起方向稳定作用。X-22的涵道风扇的有35%的剩余功率，只要三个涵道风扇就能够实现垂直起落，只剩两个了还能正常平飞，在跑道降落只需要一个涵道风扇就够了。海军对X-22的试飞成果相当满意，责成负责研制X-22飞行控制的Cornell Aeronautical Laboratory（后称Calspan公司）继续完善自动飞行增稳控制系统。到80年Calspan完成项目，军方已经对垂直起落飞机失去耐心，X-22计划无疾而终。

Doak VZ-4是采用倾转涵道风扇的先驱

水平的涵道本身可以产生升力，但倾转过程中，涵道唇部会出现失速

Doak VZ-4从起飞到平飞的转换过程

贝尔X-22是又一个三军联合的项目

由于采用涵道风扇，没有不对称升力和后行桨叶失速的问题，可以放心采用刚性桨叶

四个大水桶一样的涵道风扇在空中翻转，也是一景

法国的Nord（后并入Aerospatiale）也研制了Nord 500 Cadet，发动机推力和涵道出口的菱形导流片提供悬停状态下的姿态控制

如果不倾转涵道风扇，而是把涵道风扇固定在机翼或机身内重心附近，用于在垂直起落时提供升力，在平飞的时候覆盖起来，减少阻力，这就是升力风扇的方案了。升力风扇方案并不新颖，二战后期纳粹德国热衷于一剑定乾坤的秘密武器，垂直起落战斗机是其中的一部分，升力风扇就是以研制号称二战中德国最优秀战斗机FW-190战斗机著名的Focke-Wulf的方案。但首先实现这个概念的，还是Vanguard Omniplane。Vanguard是由Piasecki分出来的一些人建立的，Omniplane时运不佳，完成系留试验后，机械可靠性的问题就早早终止了Omniplane的生涯。不久，制造航空发动机出生的通用电气希望涉足垂直起落领域，和Ryan合作，研制了XV-5研究机。XV-5比Omniplane要接近实用化多了，胜利风扇依然埋在机翼里，但在平飞的时候，可以由盖板盖起来，减小阻力。上盖板是背对背打开的两个半圆形，下盖板是百叶窗形，打开时用作悬停状态下的偏航控制。机首有一个由百叶窗遮盖的小型升力风扇，用于俯仰控制。XV-5的升力风扇有31%的剩余功率。XV-5暴露了升力风扇的一些问题：升力风扇占用体积过大，载油和机载设备很受限制。另外飞行控制响应不灵敏，悬停到平飞的转换只有很小的操作窗口，越界的话，容易失事。由于机翼内的风扇使机翼很厚，XV-5遇到很大的阻力问题，尽管是喷气式飞机，实际平飞速度不比二战时的螺旋桨飞机快。XV-5在70年代头上就下马了。不过升力风扇在90年代再现辉煌，入选的洛克希德F-35采用的就是升力风扇。F-35的故事容后再述。

Focke-Wulf的升力风扇方案

二战后期，德国秘密武器研制计划中，Focke-Wulf就有用升力风扇实现垂直起落的想法，但真正实现这一概念的，还是Vanguard Omniplane

其机翼中巨大的胜利风扇提供垂直起落时的升力，机尾的推进涵道螺旋桨提供推力，涵道后的气动控制面提供飞行控制

机翼实际上还是符合气动升力的要求的，就是特别肥厚了一点

通用电气是制造航空发动机的公司，但在50-60年代的垂直起落大潮中，也来赶了一回时髦，和Ryan联手，研制了XV-5垂直起落研究机，机翼上的盖板可以打开，暴露出机翼内的升力风扇

XV-5在悬停中，可以看到机翼上向上折起的风扇盖板，机翼下表面另有百叶窗式的盖板

这张图可以看到一点机翼下表面百叶窗

这里可以清楚地看到打开盖板后机翼里的升力风扇，注意机首还有一个关闭的“百叶窗”，下面是另一个较小的升力风扇，用于控制俯仰

平飞时，机翼上下表面的风扇盖板板关闭，减小机翼阻力

XV-5的风扇有点创意，是通过对翼尖吹气驱动的，即所谓tip turbine