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(二十)

采用各种增升手段实现垂直起落,在理论上效率可以比直接喷气产生更大的升力,但在实用中问题多多,常常不能实现理论上的优越性。相反,直接用喷气发动机产生升力,既不取巧,也不用担心理论和实际的匹配问题,至少是踏实的。50年代时,体积小、推力大的喷气发动机技术为航空界吹入了一股新鲜空气,罗尔斯•罗伊斯一马当先,推动专用的升力发动机的发展。从航空发动机公司的角度,研制专用的升力发动机十分有利。从技术上说,升力发动机要求推重比大,但工作条件简单,工作时间不长,用专用的升力发动机,容易对这一特定的工作条件最优化,用较简单的技术,实现很高的性能和可靠性。从生意的角度,一架飞机同时采用升力发动机(尤其是多台升力发动机)和推力发动机,这一笔生意就做出两笔的钱来,何乐而不为呢?罗尔斯•罗伊斯的策略是研制小巧的专用升力发动机,所以一架飞机上可以用多台升力发动机,便于在气动上平衡,也便于的结构上安装,还可以根据飞机的重量增减升力发动机的数量。54年英国的Short飞机公司首先将4台罗•罗RB108升力发动机垂直安装在中机身重心周围,另外再水平安装一台RB108在机尾,用作推进发动机。

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Short SC-1研究机,世界上第一架喷气式垂直起落飞机

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图中可以看到机背上四台升力发动机的进气门,和机尾垂尾根部的推进发动机进气口

同期,法国也在紧锣密鼓地研制自己的垂直起落战斗机,以幻影III为基础,把8台RB108两列分组纵向布置在加宽的中机身,前后由主起落架隔开,左右由推进发动机的进气道隔开,两个一组以加强可靠性,每组共用进气门和排气门。飞机被命名为巴尔扎克V(V指vertical,垂直),或许是看着它比较胖吧(作家巴尔扎克是一个胖子)。巴尔扎克尽管胖,这是第一家超音速垂直起落飞机。面对冷战威胁,北约上下的共同认识是,固定机场的优质混凝土跑道靠不住,新一代空军必须在不依靠机场跑道的分散部署、灵活出动上下功夫。在接下来的北约垂直起落战斗机竟标中,法国的幻影III V和英国的P.1154共同得标。但北约并不拨款,进一步的研发还是要靠东道国。法国继续使用罗尔斯•罗伊斯的升力发动机,这次换用更先进的RB162,推重比达到16:1!推进发动机加SNECMA的TF104加力涡喷(后先后改用TF-109和美国的普拉特•惠特尼TF30涡扇),垂直起落和悬停中的飞行控制改用首尾和翼尖的姿态控制喷嘴。幻影III V在65年2月首飞,66年3月首次完成垂直起落到水平飞行的转换,在以后的试飞中,最高速度达到M2.04,至今仍然是垂直起落飞机的最高速度纪录。巴尔扎克V和幻影III V证明了一点:任何飞机只要安装足够多的升力发动机,总可以实现垂直起落,问题是这些升力发动机占用了大量机内体积,燃油和武备就没有地方了。在一次试飞中,来自美国空军的一个试飞员在低空悬停和机动动作中,动作正在兴头上,燃油耗尽,被迫弹射逃生,飞机报销。

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胖胖的巴尔扎克V升空了,不知道那位MM在试验场地做什么?和巴尔扎克调情?

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不大的巴尔扎克机体内塞满了升力发动机,根本不给燃油和机载设备留下多少空间

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幻影III V在悬停中,可以清楚地看到机背打开的进气门

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幻影III V试过两种升力发动机的进气门:开门式(前图)和勺式(本图)

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洛克希德XV-4B研究机是在引射增升失败后,安装升力发动机的产物,还没有来得及做悬停,就在一次常规飞行中失事

意大利在现代航空界中不大起眼。作为北约内部分工,意大利在50年代受命设计轻型攻击机,其结果就是Fiat G.91。G.91轻巧、灵活,曾作为北约标准攻击机,装备意大利、西德和其它北约国家,但到了50年代末,已经过时。在北约大规模核报复战略指导下,意大利也开始研究可以垂直起落的G.91的替代飞机,代号G.95。在研制过程中,方案摇摆幅度很大,从高亚音速攻击机到超音速战斗机,一应俱全,但都采用专用的升力发动机,其中G.95/4还做了台架试验。最后G.95计划和西德的VAK-191合并。

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在现代航空界中并不起眼的意大利,在60年代也研究过垂直起落战斗机。意大利的目标是研制Fiat G.91的替代,代号为G.95

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G.91到G.95的研制思路的演变,其中G.95/6可以达到两倍音速,最后方案定在G.95/4,采用4台专用的升力发动机,巡航发动机后置,进气道从升力发动机两侧绕道

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G.95/3的方案比较有意思,除了机身内前后的升力发动机外,机身两侧的升力-巡航发动机索性和机身平行,不和升力发动机抢地方,垂直起落时,升力-巡航发动机的主喷管关闭,喷气从中间就向下偏转,产生升力

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G.95/4做了台架试验

苏联对垂直/短距起落战斗机具有和西方同样浓烈的兴趣,除了雅科夫列夫设计局专职设计垂直起落战斗机外,米格设计局和苏霍伊设计局也对量产战斗机设计了垂直/短距起落的型号。为了最大限度地简化设计,并利用现有机体,米格和苏霍伊都在现役主力战斗机座舱后机体重心处,增加一截机体,其中安排2-4台升力发动机,但主要目的不是垂直起落,而是短距起落。

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米格-21PD,升力发动机在机背的进气门和机腹的排气门已经打开。可以看到,机翼后的襟翼已经放下,说明这是在做短距起落,看样子这是在着陆

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可以看出,机首进气道在升力发动机出分叉绕道,对主发动机的工作也有一定的影响

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向上打开的“勺”形进气口(scoop intake)在前飞时增加升力发动机的进气效率

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米格-23PD也是类似的短距起落型号

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甚至3倍音速的米格-25也有类似的设想,其一前一后的机背进气口很有意思

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苏-15VD不光可以短距起落,还可以垂直起落

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不过米格的PD和苏霍伊的VD最终都只停留在研究机阶段,没有实用化,主要问题和幻影III V一样,升力发动机不光有死重,而且占用机内体积太多,没有地方装燃油了

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