空中舞者—垂直起降戰機走向何方？

春 水

空中舞者—垂直起降戰機走向何方？

春 水

據參考消息網4月16日報道，中航工業成都發動機集團與中航空天發動機研究院舉行簽約儀式，針對提高海軍兩棲作戰能力、填補該類作戰武器裝備空白，進行短距起飛/垂直降落飛機推進系統項目的探索與研發。這引發了人們對垂直起降戰機的討論，成為近期的熱點話題。

作為固定翼飛行器家族的“異教徒”，短距起飛/垂直降落戰斗機（以下簡稱“垂直起降戰機”）的誕生并不晚。二戰時期，一些軍事強國開始考慮研制垂直起降戰機，有些國家還付諸實踐，經過20余年的發展，垂直起降戰機走過了從探索到成熟再到裝備軍隊的不平凡之路。以1969年4月英國“鷂”式戰機加入英國皇家空軍為標志，開啟了垂直起降戰機登上戰爭舞臺的序幕。那么，新世紀下垂直起降戰機發展現狀如何？其未來又將走向何方？

以1969年4月英國“鷂”式戰機加入英國皇家空軍為標志，開啟了垂直起降戰機登上戰爭舞臺的序幕

垂直起降戰機裝備思想的演變

1908年9月10日，萊特兄弟的飛行壯舉讓人類迎來了航空時代，也將人類戰爭從以往的二維平面對抗推向了三維立體對抗。眾所周知，飛機要克服重力在天空中飛行，那就需要通過機翼上下表面的不同流動速度的空氣產生壓力差，形成托舉飛機的向上升力。這樣的話，飛機起飛時就需要至少數百米甚至上千米的滑跑距離進行加速，由于飛機設計和材料的限制，飛機起飛只能在較為平坦的平地或跑道上進行，機場應運而生。

通常，一個軍用機場包括一條或多條跑道、滑行道、停機坪、作戰指揮室等，這些組成部分都要占據大量的土地面積，因此一個機場的面積都超過3平方公里，目標特征非常明顯。可以說，在航天偵察大發展的當下，各軍事大國都了解彼此軍用機場的分布地點和外觀特征，在這方面已經沒什么秘密可言。軍用機場特征的明顯性意味著其易受攻擊，此外軍用機場還存在脆弱性，即一旦遭受攻擊，整個機場有可能陷入癱瘓狀態，比如跑道被摧毀后，軍用機場就無法放飛戰機升空作戰，戰機就成為一堆廢鐵，機場也就失去了應用的價值。

不少軍事科技總是在克服現有缺陷的情況下獲得發展，機場易受攻擊等缺陷促使人類開始研制一種對機場依賴性不高的固定翼戰機，垂直起降戰機技術開始走入人們的視線。人類很早就提出了飛行器垂直起降技術，據悉，早在1875年，幾位英國人就曾構想由蒸汽機和螺槳推進器為主要推進系統的飛行器，當時真正的飛機還未誕生。真正將研制垂直起降戰機付諸實踐的國家是二戰末期窮途末路的納粹德國。當時，盟軍開始對德國本土實施縱深轟炸，損失慘重的德國空軍經常為一條完整的跑道發愁。為此，德國接受巴赫姆公司的Ba349垂直起飛截擊機方案，試圖打造一種能從任意地點升空，然后用火箭彈突襲盟軍轟炸機的新概念戰機。納粹投降時，Ba349共生產了36架，雖然幾次試飛都成功，但沒有一架投入實戰使用就成為了盟軍的戰利品。戰后，美國、德國、英國等國都開展了垂直起降戰機的研制，技術上出現了百家爭鳴的局面。

垂直起降戰機最大的優勢就是使戰機擺脫了對跑道的依賴。1946年3月，丘吉爾在威斯特敏斯特學院那場著名的“鐵幕演說”，讓一幅橫貫歐洲大陸的鐵幕從波羅的海的什切青到亞得里亞海邊的的里雅斯特徐徐降落下來，將人類帶入了一個充滿冰與火之歌的冷戰時期。冷戰是人類軍事斗爭史上最復雜、深遠和廣博的系統性對抗，當時分庭抗禮的北約和華約兩大集團在歐亞大陸陳兵百萬，戰爭如同達摩克利斯之劍懸掛在人類頭上。

雅克-38戰斗機

冷戰剛拉開序幕時，英國、法國等國都有可搭載常規戰機的中型航母，對垂直起降艦載型戰機關注度不高，因此當時出現的“鷂”式垂直起降戰機更多的是扮演前線戰術戰斗攻擊機的角色。后來隨著英國國力衰弱，無力支持發展中型航母，輕型航母開始成為英國航母發展的重點，能夠在甲板上垂直起降的“鷂”式戰機成為了艦載機中的“香餑餑”。與此同時，歐洲北約國家由于靠近華約集團，尤其擔心本國空軍基地會在蘇軍第一輪進攻中被“一鍋端”，也開始研制能垂直起降的戰斗機、攻擊機甚至運輸機，盡量擺脫戰機對機場跑道的依賴，從而建立一支“無跑道空軍”。這一時期，鐵幕另一端的蘇聯熱衷于發展載機巡洋艦。為了提高載機巡洋艦驅逐反潛機的能力，蘇聯也開始發展垂直起降戰機，雅克-36、雅克-38和雅克-141被逐一推向臺前。

20世紀90年代初期是垂直起降戰機發展的一個分水嶺，隨著蘇聯的轟然解體，兩極對抗的時代也走向了終結。一些航空強國的壓力驟減，國防需求的放緩導致一些國家研制垂直起降戰機的意愿不斷減少，而原華約國家尤其是實力最強的俄羅斯，因為經濟不振，更是無力支持垂直起降戰機的發展，已經裝備部隊的雅克-38也黯然退場。除了美國，世界垂直起降戰機的發展進入了一個低潮期。與此同時，這一時期正是美國飛行器隱身技術大發展的時代，第四代戰機技術強烈影響了飛行器技術的發展。受此影響，垂直起降戰機在美國聯合攻擊戰斗機項目的帶領下進入了隱身時代，并且從這一時期開始，垂直起降戰機的主要牽引動力是滿足上艦要求，而不是20世紀50年代擺脫對機場的依賴。

“飛馬”發動機

垂直起降戰機技術關鍵是動力

大家常說航空發展，動力先行，這一點在垂直起降戰機的發展上體現得更加明顯。垂直起降戰機與常規固定翼戰機的最大區別就是發動機，可以說，成熟可靠的垂直起降發動機是一款垂直起降戰機能否研制成功的關鍵。人類為了實現固定翼戰機垂直起降的夢想，提出了各種各樣的垂直起降方案，不同方案一般搭配不同的垂直起降發動機。早期，尾座式垂直起降戰機方案獲得了許多國家的青睞，德國的Ba349、美國的XFV-1等都采用這種方案。尾座式方案是直線思維下的典型產物，既然戰機要垂直起降，那么最簡單的方法就是戰機起飛時頭朝上，垂直放置，起飛時拉力超過本身重量即可起飛，降落時則將平飛狀態轉到垂直向天的狀態，通過減少推力慢慢著陸。由于存在過多技術問題，尤其是降落時飛行員面朝天空，對地面情況一無所知，著陸風險特別大，發展無果而終。

隨著噴氣時代到來，垂直起降戰機也不可避免地受到潮流的影響。垂直起降戰機要垂直起飛和降落，那么裝備的噴氣式發動機必須賦予戰機一個垂直起飛的升力，起飛后又要賦予戰機平飛的向前推力，這就要求發動機能在垂直和水平兩種飛行狀態上進行有效工作，因此發動機的技術難度就成為成功研制垂直起降戰機的關鍵。科研人員首先想到的是研制一種發動機噴口可以調節的發動機，起飛和降落時發動機噴口朝下產生推力，平飛時恢復向后噴氣。20世紀50年代，美國、英國等航空強國都進行了相關探索和試驗，其中最成功的是羅·羅公司的“飛馬”發動機，裝備“飛馬”發動機的“茶隼”試驗機在1960年進行了成功首飛，最終演變成了現在家喻戶曉的“鷂”式垂直起降戰機。

“飛馬”發動機最大推力9300千克，發動機配備了4個可轉向的噴口，前面的左右兩個噴口是“冷”噴口，噴出的是發動機渦扇的增壓空氣，由于沒有經過噴油燃燒，溫度僅為105°C左右；發動機后面的左右兩個噴口是“熱”噴口，噴出的是經過高溫燃燒的氣流，溫度高達670°C。采用這種發動機的垂直起降戰機最大的缺陷是平飛速度慢。因為為提高升力和向下推力，發動機靠近戰機重心，發動機的大涵道比和中置限制了其推力，空中機動性能與同時代同級別的常規戰斗機相比有較大差距，難以在高強度的空戰環境下有效執行奪取制空權的任務。如“鷂”式戰斗機很多情況下執行“運泥巴”的任務（對地攻擊或轟炸），而雅克-38一開始就被定位為驅逐或攔截慢吞吞的北約反潛機。

采用小涵道比設計是提高發動機推力的技術措施之一，垂直起降戰機要提高空中機動性能就必須采用小涵道比加力渦扇發動機，在這種情況下，組合式動力系統開始出現。其典型代表有兩種：一是雅克-141戰機的升力噴氣發動機+尾部矢量噴氣發動機的組合；二是當下爭議不斷的F-35戰機的升力風扇+尾部矢量噴氣發動機的組合。雅克-141戰機的升力發動機型號為RD-41，單臺最大推力4250千克，巡航發動機為R-79V-300，最大推力8994千克。這種方案的最大特點是升推分離，保障了巡航發動機的效率和效能，最大平飛速度可達馬赫數1.7，缺陷是前面的升力發動機在懸停時噴出的高溫氣流容易在機體下方形成低壓區，會“吸住”戰機。F-35戰機的升力風扇+矢量推力發動機的組合可以說是雅克-141推進系統的改進型，對其形成低壓區的缺陷進行了有效克服，但也帶來了結構復雜的缺點。不過，它仍是現在較為理想的推進系統。

未來，路在何方？

在各軍種中，海軍是垂直起降戰機的主要用戶。垂直起降戰機具備常規戰機沒有的短距起飛/垂直降落的優點，擺脫了對彈射器和阻攔索這兩個航母關鍵技術的依賴，使航母平臺的技術難度大大降低，一些小型航母或兩棲攻擊艦都能搭載垂直起降戰機，甚至經過改裝的大型貨船也具備臨時扮演航母角色的能力。垂直起降戰機的出現降低了一些國家裝備航母的門檻。這就意味著垂直起降戰機在未來一段時間都有一定的裝備需求，但從目前相對成熟的F-35項目來看，其未來之路依然坎坷。

F-35是美軍最新且費用最高昂的聯合攻擊戰斗機項目。該項目的主要目的是為三軍研制聯合戰斗機，機型包括空軍常規起降的F-35A、海軍陸戰隊垂直短距起降的F-35B和海軍艦載彈射起飛的F-35C。F-35項目由于要滿足垂直起降的要求，整體設計不得不做出大量妥協，垂直起降型的F-35B采用了推力矢量發動機+升力風扇的推進系統，這種設計付出的代價就是內部結構復雜，為了給連接主發動機和升力風扇的傳動軸騰出空間，F-35B設計了左右兩個彈艙，不但增加了結構復雜程度，還增加了機體重量。現在，被命名為“閃電”的F-35已經被業內戲稱為“肥電”，更像一架機動性增強的攻擊機，空戰能力只能說是湊合。除了超重問題，進度拖延和費用節節攀升也困擾著F-35。根據2012年12月公布的選擇性采辦報告，美國海軍陸戰隊和海軍的F-35B和F-35C的采購費用為705億美元，比原計劃增長了79%，單價可能超過1.5億美元，和以往5000多萬美元的預計單價可謂天壤之別。

聯合軍機項目要照顧各個用戶的需求，但這種聯合難以抵消技術風險和研制難度導致的全壽命周期成本不斷上漲，尤其是在垂直起降戰機與常規戰機進行聯合時要更加慎重，不然很可能事與愿違。對于許多航空大國而言，設計和研制一款垂直起降戰機并不是一件難以企及的系統工程，難點是設計和研制出一款飛行性能與同級別常規戰機相近的戰機，而且還要把研制費用和未來單價控制在合理的范圍之內。以往對研制垂直起降戰機興趣盎然的歐洲諸國，早已有心無力或無心無力，而繼承蘇聯大部分遺產的俄羅斯由于囊中羞澀，雖不時傳出在雅克-141基礎上研制新型垂直起降戰機的消息，但也僅是說說而已。曾經財大氣粗的美國，雖然在F-35項目上做得有聲有色，但淪為“肥電”的F-35早已成為美國苦不堪言的雞肋，因此F-35之后美國是否還會研制垂直起降戰機，有待進一步觀察。

F-35B正在進行投擲炸彈的試驗

結 語

中國相關航空企業對垂直起降推進系統進行探索，對垂直起降戰機的發展是個福音。作為后發國家，各國從早期到現在對垂直起降戰機發展的探索和實踐的經驗、教訓都是寶貴的財富。三人行，必有我師，深入研究這些經驗和教訓，可以少走彎路，避免重蹈覆轍。

責任編輯：劉靖鑫