科技生活迷|科普知识大揭秘:什么样的飞机能够垂直起降?

一般来说 , 除了直升机以外 , 固定翼飞机在起飞降落时都需要较长的跑道 , 这就需要人们修建占地庞大的机场 , 这样做不仅成本很高 , 而且目标很大 , 容易遭受攻击 。 如果机场在战时受到攻击 , 那么起飞、降落需要跑道的飞机就失去了用武之地 。 而对于直升机来说 , 虽然其起降不需要跑道 , 但直升机的速度、起飞重量和升限都无法与固定翼飞机相比 , 因此人们希望研制可以垂直起降的固定翼飞机 。
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在雅克-38基础上发展起来的雅克-141垂直起降战斗机
实现垂直起降可以有几种办法:倾转发动机喷口 , 如“鹞”式、AV-8B等战斗机;倾转喷口外加安装升力发动机 , 如雅克-38、雅克-141、F-35B等战斗机;倾转旋翼 , 如V-22、BA-609等旋翼机;机体竖直安置 , 如XFV-1、XFY-1等战斗机 。
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雅克-38垂直起降示意图
在这些方法中 , 战斗机主要是采用倾转喷口或倾转喷口外加装升力发动机的方式 , 因为这样做就可以采用喷气发动机 , 使飞行速度更快 , 甚至达到超声速的水平 。 但采用这种方式 , 飞机需要装有较大推力的发动机 , 或安装大推力的升力风扇 。 “鹞”式战斗机和AV-8B短距起飞/垂直降落战斗机所使用的英国劳斯莱斯公司研制的“飞马”发动机就是可旋转喷口的涡扇发动机 。 它有4个可旋转排气喷管 , 当垂直起降时喷管转向下方 , 平飞时转向后方 , 这样用一台发动机就可以满足平飞和垂直起降的需要 。 结构简单、紧凑的“飞马”发动机方案于1954年提出 , 几经改型 , 至1990年初 , 最新型“飞马11-61”最大起飞推力达到了105千牛(相当于推动约10吨重物的力) 。
而雅克-141、F-35B等战斗机则在倾转喷口之外 , 加装了升力风扇 。 例如 , F-35B的主发动机的喷口向下倾转时 , 可以提供80千牛的推力 , 升力风扇则能提供89千牛的推力 , 再加上两个从主发动机压气机引出的总推力17.4千牛的喷嘴 , 这样F-35B在垂直起降状态下的总推力超过186千牛 , 为“鹞”式战斗机的“飞马”发动机推力的两倍左右 。
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V-22旋翼机水平飞行(小图)和在舰上垂直降落的V-22旋翼机
除了采用倾转喷口的方法 , 还可以采用倾转喷气发动机的办法来实现垂直起降 。 但由于倾转发动机时 , 高速转动的发动机轴会产生较大的陀螺力矩 , 频繁地偏转发动机会对偏转轴和发动机本身都产生较大的作用力 , 影响其寿命 。 所以 , 对于战斗机常用的涡扇式喷气发动机来说 , 偏转喷管更为实用一些 。 V-22这类主要用于运输的旋翼机采用的则是涡轮轴发动机 , 其转速相对于涡扇式喷气发动机慢一些 。
【科技生活迷|科普知识大揭秘:什么样的飞机能够垂直起降?】其他的垂直起降方式 , 因为都具有一些较大的缺点 , 比如可靠性不佳、起降困难等 , 已经淘汰 。


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