天空“變形金剛”挑戰(zhàn)飛行短板

苗若玖

如果從1911年爆發(fā)的意大利和奧斯曼土耳其之間的戰(zhàn)爭算起，飛機(jī)被應(yīng)用于軍事的歷史距今已有105年。而來自軍備競賽的壓力，令軍用飛機(jī)的性能已較之前大大提高，并與科幻作品中的預(yù)言難分伯仲，有些時候甚至還可以實現(xiàn)“反超”。其中，人們對飛機(jī)改變形態(tài)以適應(yīng)不同戰(zhàn)場的研究，就有著諸多“現(xiàn)實比想象更科幻”的實例。

?一些航空母艦艦載機(jī)會折疊機(jī)翼以節(jié)省空間

從折疊機(jī)翼到可變后掠翼

“科技的迅猛進(jìn)步，使越來越多的科幻預(yù)言成為明日黃花?！泵绹苹米骷伊_伯特·海因萊茵曾這樣寫道。他在寫作核技術(shù)題材的科幻小說《爆炸總會發(fā)生》時，小說的情節(jié)曾5次被迅速發(fā)展的核技術(shù)超越，使他不得不做出內(nèi)容上的修正。而在航空領(lǐng)域，類似的現(xiàn)象也同樣存在。1908年，英國著名科幻作家赫伯特·喬治·威爾斯創(chuàng)作了反映未來空戰(zhàn)的科幻小說《空中戰(zhàn)爭》。在這部作品里，重于空氣動力的飛機(jī)成為空戰(zhàn)的主力。1909年，曾經(jīng)試圖研發(fā)蒸汽動力飛機(jī)但未能成功的法國飛行先驅(qū)克萊門特·阿代爾，出版了一本帶有未來預(yù)言性質(zhì)的科普讀物《軍用飛機(jī)》。他在其中預(yù)言了當(dāng)時尚未出現(xiàn)的航空母艦及其管理和作戰(zhàn)方式，甚至包括艦載機(jī)需要折疊機(jī)翼以適應(yīng)狹窄機(jī)庫這樣的細(xì)節(jié)。僅僅10年之內(nèi)，這些設(shè)想幾乎全部變?yōu)楝F(xiàn)實。

?美國戰(zhàn)斗機(jī)F-14，它是可變后掠翼飛機(jī)中的經(jīng)典

另一方面，阿代爾的預(yù)言將人們的目光引到了一個新的方向，那就是飛機(jī)可以通過改變自身的形態(tài)來適應(yīng)不同的戰(zhàn)場環(huán)境，盡管他并沒有預(yù)言飛機(jī)在飛行中如何實現(xiàn)這一點，但還是有飛機(jī)設(shè)計師想到了這一步。

兩次世界大戰(zhàn)之間，固定翼飛機(jī)逐漸從雙翼機(jī)向單翼機(jī)過渡。此前，在飛機(jī)發(fā)動機(jī)功率有限、速度不快的情況下，雙翼布局有助于提供更大的升力，降落時也更為穩(wěn)定;但當(dāng)飛機(jī)速度提升之后，雙翼布局高阻力的劣勢就顯現(xiàn)出來。因此，蘇聯(lián)和美國都曾有人試圖研究可以自由切換單翼和雙翼布局的飛機(jī)，以便在起降時使用雙翼，巡航時使用單翼，因需而變。不過，以當(dāng)時的技術(shù)水平來說，這樣的設(shè)計勢必導(dǎo)致飛機(jī)的可靠性被大幅削弱，而執(zhí)行切換的機(jī)械裝置增加的質(zhì)量，也足以抵消單翼布局的加速優(yōu)勢。隨著更先進(jìn)的飛機(jī)發(fā)動機(jī)誕生，這種切換的設(shè)想便失去了存在的價值。后來在《星球大戰(zhàn)》系列科幻電影中出現(xiàn)的“X翼戰(zhàn)斗機(jī)”，很難說是否借鑒了這些設(shè)計，因為X翼戰(zhàn)斗機(jī)的主要戰(zhàn)場是氣動布局不很重要的外層空間，而在攻擊時展開X翼結(jié)構(gòu)，也是為了讓激光炮的射界更廣。

?歐洲空中客車公司的高速直升機(jī)方案“歐洲直升機(jī)X3”，混合了兩種螺旋槳的直升機(jī) ?

當(dāng)人類進(jìn)入噴氣時代，隨著飛機(jī)速度的增加，人們逐漸注意到機(jī)翼后掠角與飛機(jī)性能之間的關(guān)系：機(jī)翼平直有利于短距起降，后掠則有助于高速飛行。這使得另一種變換機(jī)翼形態(tài)的思路——變后掠翼技術(shù)在數(shù)十年間大行其道。第二次世界大戰(zhàn)末期，納粹德國著手研制新一代噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，其中一種名為梅塞施密特Me P.1101的機(jī)型，就可以由地勤人員在地面上改變后掠翼角度，以適應(yīng)不同的任務(wù)需要。戰(zhàn)后，各戰(zhàn)勝國消化吸收了納粹德國的航空技術(shù)成果，使飛行中改變后掠翼角度成為可能，這樣的飛機(jī)也在20世紀(jì)60～80年代大行其道。不過，變后掠翼裝置同樣沉重而復(fù)雜，因此，隨著航空設(shè)計思想和技術(shù)水平的進(jìn)步，進(jìn)入21世紀(jì)之后，各國已不再有新的變后掠翼飛機(jī)研發(fā)計劃。

?S-72“X翼計劃”試驗機(jī)在固定翼模式下的飛行測試，模擬“X翼”被拋棄的情況

傾轉(zhuǎn)旋

翼機(jī)與復(fù)

合直升機(jī)

不過，改變飛機(jī)形態(tài)的研究，并不只是聚焦于機(jī)翼。隨著空戰(zhàn)越發(fā)激烈，以及破壞敵軍機(jī)場也成為戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的一部分，讓軍用飛機(jī)兼有垂直起降和高速飛行能力的研究，已有超過半個世紀(jì)的歷史。

早在飛機(jī)發(fā)明之前，法國科幻作家儒勒·凡爾納在其代表作《征服者羅比爾》里，就預(yù)言過未來飛行器將以螺旋槳驅(qū)動，而且螺旋槳很可能分為兩組，分別負(fù)責(zé)提供升力和推進(jìn)力。這樣的思想，曾在1965年由美國著名直升機(jī)企業(yè)西科斯基公司嘗試過，后來又被21世紀(jì)的一些高速直升機(jī)研發(fā)項目所承襲。而在更早一些的時候，其他若干種解決方案就已經(jīng)出現(xiàn)。設(shè)法讓軍用飛機(jī)在直升機(jī)與固定翼飛機(jī)兩種形態(tài)之間切換，便是其中之一。

從20世紀(jì)30年代最初步的設(shè)想和第二次世界大戰(zhàn)期間不成功的研究開始，人類用了近40年的時間，方才得到具有這種功能并且在可靠性方面可以接受的XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。在此基礎(chǔ)上，供美國軍隊使用的V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，也于1981年開始研發(fā)。

這些仿佛來自未來的飛機(jī)，在固定翼狀態(tài)下，好似一架在兩側(cè)翼尖有兩個超大號螺旋槳的固定翼飛機(jī);在直升機(jī)狀態(tài)下，又好似一架有兩個偏小的橫列旋翼的直升機(jī)。這兩種狀態(tài)，可以在飛行過程中切換，從而使飛機(jī)能擁有遠(yuǎn)比傳統(tǒng)直升機(jī)更快的速度。這種看上去匪夷所思的飛機(jī)，反過來啟迪了科幻界。在日本科幻游戲《特勤機(jī)甲隊》系列里，數(shù)百年后幫助女特工們從異星戰(zhàn)場撤離的交通工具，仍然是一種以V-22為原型的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。

另一種在直升機(jī)與固定翼飛機(jī)之間切換的思路，是更為復(fù)雜也更難以實現(xiàn)的復(fù)合直升機(jī)。這一類直升機(jī)的旋翼，可以在起飛后鎖定充當(dāng)固定翼，再以噴氣式發(fā)動機(jī)驅(qū)動飛機(jī)高速前進(jìn)。對于這一類技術(shù)，科幻與現(xiàn)實暫時“并駕齊驅(qū)”。2000年上映的科幻電影《第六日》里，擁有這種能力的“細(xì)語”式直升機(jī)，成為重要的交通工具;而在現(xiàn)實生活中，美國有多家飛機(jī)制造廠商進(jìn)行過這方面的研究，致力于打造由雙葉、三葉或四葉螺旋槳“兼任”機(jī)翼的復(fù)合直升機(jī)，其構(gòu)思相當(dāng)精妙。比如，20世紀(jì)80年代，西科斯基公司就曾對S-72型直升機(jī)進(jìn)行改裝，安裝了一副特制的X形四葉旋翼、一對短機(jī)翼和兩臺噴氣式發(fā)動機(jī)，使它兼具直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的“雙重身份”。以四葉旋翼起飛之后，飛行員只要將其鎖定，就能夠讓直升機(jī)以固定翼模式飛行;如果旋翼失控，飛行員還可以將其拋棄，憑借短翼飛行并安全降落。但所有類似的設(shè)計，都面臨著轉(zhuǎn)換飛行模式，或者說鎖定旋翼這一段時間里的飛行控制問題，而且憑現(xiàn)有技術(shù)難以得到有效解決，因而不得不暫時擱淺。

“地空通吃”為時尚早

盡管有關(guān)變形飛機(jī)的研究已經(jīng)不勝枚舉，但在現(xiàn)實生活中，幾乎所有研以致用的成果，依然是飛行器，而難以“地空通吃”，變形為陸戰(zhàn)單位沖鋒陷陣。與地面作戰(zhàn)武器最為接近的，或許是美國正在研制的一種可以切換載荷的無人機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。它的傾轉(zhuǎn)旋翼模塊可以附加在“悍馬”軍車、補(bǔ)給貨盤、急救吊艙等不同類型的載荷上，賦予這些陸戰(zhàn)單位飛行機(jī)動的能力。

在“地空通吃”方面，科幻作品要走得比現(xiàn)實更遠(yuǎn)。根據(jù)日本著名的科幻動漫《超時空要塞》系列的設(shè)定，人類通過發(fā)掘和研究一艘失事外星戰(zhàn)艦的殘骸，找到了讓軍事裝備“變形”的方法。在故事的開場，地球被外星侵略者燒成焦土，被人類修復(fù)并使用的外星戰(zhàn)艦“超時空要塞”，成為復(fù)興人類文明和奪回地球的最后希望。由于動漫中設(shè)定的外星侵略軍主力，是經(jīng)過基因改造、身高數(shù)倍于人類的天頂星巨人族，因此人類建造了多種可以變形的戰(zhàn)斗機(jī)，既可以在遠(yuǎn)距離向天頂星人射擊，又可以在必要時變?yōu)槿诵尾叫袡C(jī)械與之肉搏。除此之外，戰(zhàn)斗機(jī)還可以處于混合兩者的“守護(hù)神”形態(tài)，擔(dān)當(dāng)類似于武裝直升機(jī)的角色并實現(xiàn)垂直起降。

而在掀起全球熱潮的科幻游戲《星際爭霸2》里，人類陣營也有一種“地空通吃”，能夠在戰(zhàn)斗機(jī)和陸戰(zhàn)步行機(jī)械間切換的“維京”戰(zhàn)斗機(jī)。在飛行狀態(tài)下，它的武器只能攻擊空中單位;而如果切換到陸戰(zhàn)模式，它就只能攻擊陸地單位。這樣的設(shè)計，賦予了“維京”戰(zhàn)斗機(jī)出色的機(jī)動能力，并且能隨時在敵軍可能進(jìn)攻的地方筑起防線。（想了解更多關(guān)于軍用步行軍用機(jī)械的知識，請查看本刊2016年第3期）

“地空通吃”軍用載具的設(shè)想，或者說飛機(jī)與陸戰(zhàn)單位之間的有機(jī)組合，聽起來頗具吸引力。不過，正如《星際爭霸2》的官方設(shè)定文件所言，如何讓駕駛員在載具模式切換后，迅速適應(yīng)不同的操控方式并繼續(xù)作戰(zhàn)，無論在科幻世界還是現(xiàn)實生活中，都是無法忽視的關(guān)鍵問題。