五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】像鸟儿一样腾飞(一) -- 晨枫

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家园 【原创】像鸟儿一样腾飞(十六)

比升力风扇上更“优美”的是所谓引射增升(ejector)。引射是贝努力原理的一个应用,如果对文丘里管(背对背的喇叭口)吹入高速气流,在文丘里管的喉部会产生低压,这个低压会拉动文丘里管外上游的空气,和吹入气流混合,一起喷出文丘里管,最后文丘里管出口的气流流量大于吹入的气流。工业上常用这个原理,将大型容器内的气体抽吸出来。理论和实验证明,拉动气流和吹入气流之比可以达到1.5-2:1,如果在机身或机翼上安装引射装置,就可以用较少的喷气发动机引出高压气流,产生较大的直接升力,这就是引射增升的基本道理。和直接采用旋翼/螺旋桨/风扇的方案相比,引射增升容易和机体气动外形实现保形,减小正常飞行时的气动阻力;引射装置的布置比较灵活;引射的排气和周围的冷空气混合,温度、速度大大降低,对跑道或甲板的烧蚀较小,发动机吸入肺气的影响也小一些。70年代时,由于越南战争的拖累,加上传统的大甲板航母的采购和运行实在太贵,在时任海军作战部长Elmo Zumwalt海军上将(最新的“21世纪驱逐舰”DDG21就是用他的名字命名的)的倡导下,美国开始研究“海上控制舰”(Sea Control Ship)概念,意图用较小的(一到两万吨)的直通甲板小型航母,运载较少但仍有足够战斗力的垂直/段距起落飞机,补充大甲板航母的作战,美国海军开始对垂直起落战斗机认真起来。美国海军和工业界研究了众多方案,(十四)里的变形金刚也是当时的一个方案,目的是结合当时在阿波罗飞船上获得成功的空中对接技术,用重型吊车把垂直起落飞机吊到舷侧,然后点燃发动机,炽热的喷气流直接射向海面,不损伤甲板,着陆时把顺序反过来。类似的还有在“鹞”式战斗机背上吊挂的方案,但最后选定的是采用引射增升的罗克韦尔XFV-12方案。

XFV-12采用美国战斗机中不常见的鸭式布局,鸭翼低置,主翼为上单翼,翼尖设垂尾,总体布局比较前卫,但最前卫的当然是在机翼内和鸭翼内的引射增升装置。发动机为F401,这是本打算用于F-14B的海军型的F100发动机,F-14A的TF-30发动机发动机一直有动力不足和可靠性低下的问题,海军一直就是把F-14A作为过渡型战斗机,采用和F-15的F100发动机大量共享的F401发动机的F-14B才是海军心目中的理想战斗机,但F100和F-15的发动机进气道匹配问题及F100本身的可靠性问题,在F-15复议的前几年,差不多使任何时候至少有一半的F-15“永久性”地趴窝,海军的F-14A也就变成“永久性”的,直到装F110的F-14D的出现,但那已经为时太晚,不过这扯远了。对于XFV-12来说,F401的可靠性还没有成为问题,自身的基本设计已经问题多多。XFV-12的前后左右的引射增升装置控制俯仰和横滚,引射增升装置下方下洗气流中的控制面控制偏航。考虑到实际气动损失和不完全混合,实验室规模的XFV-12引射系统可以达到55%的增升率,也就是说,1份吹气可以拉动0.55份环境空气,但实际试飞时,主翼的引射装置只达到可怜的19%的增升率,鸭翼只达到几乎可以忽略不计的6%,远远没有达到设计要求。在计划大大超时超支后,海军的战略也转为“向大甲板航母一边倒”,XFV-12就此下马了。

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洛克希德XV-4A“蜂鸟”是首先探索引射增升概念的研究机,XV-4A已经开始显现引射用于增升在理论效益和实际效果上的差异

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平飞中的XV-4A,引射装置关闭,以减小阻力

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在JSF之前,罗克韦尔XFV-12是美国最接近实用的垂直/短距起落战斗机

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罗克韦尔XFV-12本来是准备成为海军的主力垂直起落战斗机的

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机翼和鸭翼上的百叶窗打开后,引射增生装置就可以工作了,前后左右的引射装置及下面的导流片控制俯仰、横滚和偏航

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两架XFV-12样机在装配中

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这是已经装配好的两架样机

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鸭翼上打开的百叶窗和喷气导管清晰可见

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机尾的“塞”式喷管,在垂直起落状态下,主喷管关闭,喷气流通过导管导向机翼和鸭翼内的引射增升装置

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XFV-12完成了系留状态下的悬停试验,但还没有进入到自由飞状态下的悬停试验,就下马了

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XFV-12正在准备系留试验

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