主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫

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。

Short SC-1研究机，世界上第一架喷气式垂直起落飞机

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。

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？

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

幻影III V在悬停中，可以清楚地看到机背打开的进气门

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）

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。

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

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

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

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。

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

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

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

米格-23PD也是类似的短距起落型号

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

苏-15VD不光可以短距起落，还可以垂直起落

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

推力偏转可以实现垂直起落，但很费劲，难怪YC-15、C-17只用推力偏转实现短距起落而不是垂直起落，一个是空军的要求降低了，最主要的还是垂直起落比短距起落难好几个数量级。但垂直起落毕竟是航空人孜孜以求的。最彻底的推力偏转莫过于把发动机直接对着地面，但水平飞行的时候，发动机还是要水平才是，那何不打破飞机水平起飞的常规，让飞机竖立起来，尾巴坐在地上垂直起飞，起飞后再改平呢？由于起飞、着陆时飞机都是机尾冲地，所以称为“坐地”式（tail sitter）。以FW-190战斗机出名的Focke-Wulf在二战后期众多的秘密武器研究计划中，就有一个tail sitter的方案Triebflugel，用冲压式发动机驱动三叶宽弦大弯度刚性旋翼，旋翼和机身通过滑环连接。从道理上讲，这样的战斗机没有理由为什么不能升空，尽管有很多技术细节的问题，诸如滑环的可靠性问题。如果战争再晚几年结束，没准Triebflugel真能服役。实际性能不说，那挥舞的机翼像耍把式的恶汉，没准就把敌人给吓着了。战后，根据战时的经验，美国海军对减少对护航航母的依赖，在民船上分散部署可以垂直起落的护航战斗机很感兴趣，tail sitter在技术上的风险最小，成为首选。洛克希德和康维尔分别推出XFV-1和XFY-1。两者都用巨大的机头同轴反转螺旋桨驱动，用下洗气流作用下的机翼上的气动控制面控制垂直起落和平飞阶段的飞行。试飞结果表明，垂直起飞和向平飞的转换十分容易，但着陆是一个大难题。着陆时，由于剩余的前进速度，飞机不光头朝上，还稍有一点尾冲前的姿态，由于飞行员是仰面朝天的姿态，习惯的参照物像地平线、地标等全都看不见，对估计飞机在下降过程中的前进速度、下降速度、高度、位置都带来极大的困难。Tail sitter在经过初期的乐观后，很快消失了。Tail sitter的主要问题是着陆时飞行员的控制问题，但无人机就没有这个问题，所以波音在近年重又捡起tail sitter的概念，用于Heliwing无人机上，现在仍在接受军方的评估。

德国人疯狂起来真是吃不消，这不是哈德分子的狂想，而是Focke-Wulf Triebflugel的设计方案，如果战争再延长几年，没准会投入战斗的。这样用机翼作旋翼，在道理上是可行的，不过和机身相连的滑环要求很高

这样挥舞着机翼迎击敌人，像飞舞着巨锤的妖怪，心理脆弱一点的敌人，还不掉头就逃？

战后，Focke-Wulf没有放弃tail sitter的概念，这是喷气式FW 860 tail sitter的方案

在地面中奇怪的支架支撑

起飞时，可以先短滑跑，然后支架把飞机猛地竖起来（这就是图中的erection，不要有联想哦！），然后像tail sitter一样垂直起飞，着陆时顺序反过来

洛克希德XFV-1

康维尔XFY-1 Pogo

康维尔XFY-1在平飞中

进入喷气时代了，Tail Sitter也要与时俱进，Ryan研制了用喷气发动机的X-13 Vertijet

Vertijet也可以从倾斜导轨上起飞

Tail sitter作为有人驾驶战斗机已经是一个过时的概念了，但用于无人机，还是不错的，波音的Heliwing就是一个例子

Tail sitter不光在美国引起很大的兴趣，在法国同样得到很大的重视。SNECMA是制造航空发动机的，但SNECMA在50-60年代也卷入了对垂直起落飞机的研究，推出Coleoptere系列的tail sitter研究机。Coleoptere和美国海军的tail sitter还不同，不光采用喷气发动机，还采用了罕见的环形翼（annular wing）。环形翼可以看作圆整后的上下双翼，而且上下双翼之间还用翼梢小翼连接起来。在同样翼展情况下，环形翼可以产生比水平翼更高的升力。环形翼没有横滚稳定性的问题，滚到哪个角度对机翼都是一样的，尽管机舱里的人可能已经颠三倒四了。当然，环形翼在气动分析和制造上比较麻烦，用于水平起飞时，前起落架必须出奇地高，但用于tail sitter，这就不成问题。SNACMA的Coleoptere发展到C450，这时tail sitter的着陆困难问题已经很显眼，法国空军的作战要求也已经改变，仅仅能作垂直起落不再足够，tail sitter和常规战斗机的性能相差甚远，法国空军的兴趣也挥发了。

法国对Tail Sitter的概念很感兴趣，SNECMA设计了这个采用奇特的环形翼的C450 Coleoptere研究机

C450在起飞

这个角度可以清楚地看到环形翼，从某种意义上说，这就是翼梢小翼走向了极端，或者说双翼机的双翼用圆环完整地连到一起

法国对Tail Sitter是很认真的，曾考虑过采用Tail Sitter概念的JCM88战斗机