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空中舞者—垂直起降戰(zhàn)機(jī)走向何方？

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據(jù)參考消息網(wǎng)4月16日?qǐng)?bào)道，中航工業(yè)成都發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)與中航空天發(fā)動(dòng)機(jī)研究院舉行簽約儀式，針對(duì)提高海軍兩棲作戰(zhàn)能力、填補(bǔ)該類作戰(zhàn)武器裝備空白，進(jìn)行短距起飛/垂直降落飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)項(xiàng)目的探索與研發(fā)。這引發(fā)了人們對(duì)垂直起降戰(zhàn)機(jī)的討論，成為近期的熱點(diǎn)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(zhàn)斗機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“垂直起降戰(zhàn)機(jī)”）的誕生并不晚。二戰(zhàn)時(shí)期，一些軍事強(qiáng)國(guó)開始考慮研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)，有些國(guó)家還付諸實(shí)踐，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，垂直起降戰(zhàn)機(jī)走過(guò)了從探索到成熟再到裝備軍隊(duì)的不平凡之路。以1969年4月英國(guó)“鷂”式戰(zhàn)機(jī)加入英國(guó)皇家空軍為標(biāo)志，開啟了垂直起降戰(zhàn)機(jī)登上戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)的序幕。那么，新世紀(jì)下垂直起降戰(zhàn)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀如何？其未來(lái)又將走向何方？

以1969年4月英國(guó)“鷂”式戰(zhàn)機(jī)加入英國(guó)皇家空軍為標(biāo)志，開啟了垂直起降戰(zhàn)機(jī)登上戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)的序幕

垂直起降戰(zhàn)機(jī)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(lái)了航空時(shí)代，也將人類戰(zhàn)爭(zhēng)從以往的二維平面對(duì)抗推向了三維立體對(duì)抗。眾所周知，飛機(jī)要克服重力在天空中飛行，那就需要通過(guò)機(jī)翼上下表面的不同流動(dòng)速度的空氣產(chǎn)生壓力差，形成托舉飛機(jī)的向上升力。這樣的話，飛機(jī)起飛時(shí)就需要至少數(shù)百米甚至上千米的滑跑距離進(jìn)行加速，由于飛機(jī)設(shè)計(jì)和材料的限制，飛機(jī)起飛只能在較為平坦的平地或跑道上進(jìn)行，機(jī)場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

通常，一個(gè)軍用機(jī)場(chǎng)包括一條或多條跑道、滑行道、停機(jī)坪、作戰(zhàn)指揮室等，這些組成部分都要占據(jù)大量的土地面積，因此一個(gè)機(jī)場(chǎng)的面積都超過(guò)3平方公里，目標(biāo)特征非常明顯?？梢哉f(shuō)，在航天偵察大發(fā)展的當(dāng)下，各軍事大國(guó)都了解彼此軍用機(jī)場(chǎng)的分布地點(diǎn)和外觀特征，在這方面已經(jīng)沒(méi)什么秘密可言。軍用機(jī)場(chǎng)特征的明顯性意味著其易受攻擊，此外軍用機(jī)場(chǎng)還存在脆弱性，即一旦遭受攻擊，整個(gè)機(jī)場(chǎng)有可能陷入癱瘓狀態(tài)，比如跑道被摧毀后，軍用機(jī)場(chǎng)就無(wú)法放飛戰(zhàn)機(jī)升空作戰(zhàn)，戰(zhàn)機(jī)就成為一堆廢鐵，機(jī)場(chǎng)也就失去了應(yīng)用的價(jià)值。

不少軍事科技總是在克服現(xiàn)有缺陷的情況下獲得發(fā)展，機(jī)場(chǎng)易受攻擊等缺陷促使人類開始研制一種對(duì)機(jī)場(chǎng)依賴性不高的固定翼戰(zhàn)機(jī)，垂直起降戰(zhàn)機(jī)技術(shù)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(shù)，據(jù)悉，早在1875年，幾位英國(guó)人就曾構(gòu)想由蒸汽機(jī)和螺槳推進(jìn)器為主要推進(jìn)系統(tǒng)的飛行器，當(dāng)時(shí)真正的飛機(jī)還未誕生。真正將研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)付諸實(shí)踐的國(guó)家是二戰(zhàn)末期窮途末路的納粹德國(guó)。當(dāng)時(shí)，盟軍開始對(duì)德國(guó)本土實(shí)施縱深轟炸，損失慘重的德國(guó)空軍經(jīng)常為一條完整的跑道發(fā)愁。為此，德國(guó)接受巴赫姆公司的Ba349垂直起飛截?fù)魴C(jī)方案，試圖打造一種能從任意地點(diǎn)升空，然后用火箭彈突襲盟軍轟炸機(jī)的新概念戰(zhàn)機(jī)。納粹投降時(shí)，Ba349共生產(chǎn)了36架，雖然幾次試飛都成功，但沒(méi)有一架投入實(shí)戰(zhàn)使用就成為了盟軍的戰(zhàn)利品。戰(zhàn)后，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)都開展了垂直起降戰(zhàn)機(jī)的研制，技術(shù)上出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的局面。

垂直起降戰(zhàn)機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)就是使戰(zhàn)機(jī)擺脫了對(duì)跑道的依賴。1946年3月，丘吉爾在威斯特敏斯特學(xué)院那場(chǎng)著名的“鐵幕演說(shuō)”，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(lái)，將人類帶入了一個(gè)充滿冰與火之歌的冷戰(zhàn)時(shí)期。冷戰(zhàn)是人類軍事斗爭(zhēng)史上最復(fù)雜、深遠(yuǎn)和廣博的系統(tǒng)性對(duì)抗，當(dāng)時(shí)分庭抗禮的北約和華約兩大集團(tuán)在歐亞大陸陳兵百萬(wàn)，戰(zhàn)爭(zhēng)如同達(dá)摩克利斯之劍懸掛在人類頭上。

雅克-38戰(zhàn)斗機(jī)

冷戰(zhàn)剛拉開序幕時(shí)，英國(guó)、法國(guó)等國(guó)都有可搭載常規(guī)戰(zhàn)機(jī)的中型航母，對(duì)垂直起降艦載型戰(zhàn)機(jī)關(guān)注度不高，因此當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的“鷂”式垂直起降戰(zhàn)機(jī)更多的是扮演前線戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的角色。后來(lái)隨著英國(guó)國(guó)力衰弱，無(wú)力支持發(fā)展中型航母，輕型航母開始成為英國(guó)航母發(fā)展的重點(diǎn)，能夠在甲板上垂直起降的“鷂”式戰(zhàn)機(jī)成為了艦載機(jī)中的“香餑餑”。與此同時(shí)，歐洲北約國(guó)家由于靠近華約集團(tuán)，尤其擔(dān)心本國(guó)空軍基地會(huì)在蘇軍第一輪進(jìn)攻中被“一鍋端”，也開始研制能垂直起降的戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)甚至運(yùn)輸機(jī)，盡量擺脫戰(zhàn)機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道的依賴，從而建立一支“無(wú)跑道空軍”。這一時(shí)期，鐵幕另一端的蘇聯(lián)熱衷于發(fā)展載機(jī)巡洋艦。為了提高載機(jī)巡洋艦驅(qū)逐反潛機(jī)的能力，蘇聯(lián)也開始發(fā)展垂直起降戰(zhàn)機(jī)，雅克-36、雅克-38和雅克-141被逐一推向臺(tái)前。

20世紀(jì)90年代初期是垂直起降戰(zhàn)機(jī)發(fā)展的一個(gè)分水嶺，隨著蘇聯(lián)的轟然解體，兩極對(duì)抗的時(shí)代也走向了終結(jié)。一些航空強(qiáng)國(guó)的壓力驟減，國(guó)防需求的放緩導(dǎo)致一些國(guó)家研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)的意愿不斷減少，而原華約國(guó)家尤其是實(shí)力最強(qiáng)的俄羅斯，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)不振，更是無(wú)力支持垂直起降戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展，已經(jīng)裝備部隊(duì)的雅克-38也黯然退場(chǎng)。除了美國(guó)，世界垂直起降戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)低潮期。與此同時(shí)，這一時(shí)期正是美國(guó)飛行器隱身技術(shù)大發(fā)展的時(shí)代，第四代戰(zhàn)機(jī)技術(shù)強(qiáng)烈影響了飛行器技術(shù)的發(fā)展。受此影響，垂直起降戰(zhàn)機(jī)在美國(guó)聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目的帶領(lǐng)下進(jìn)入了隱身時(shí)代，并且從這一時(shí)期開始，垂直起降戰(zhàn)機(jī)的主要牽引動(dòng)力是滿足上艦要求，而不是20世紀(jì)50年代擺脫對(duì)機(jī)場(chǎng)的依賴。

“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)

垂直起降戰(zhàn)機(jī)技術(shù)關(guān)鍵是動(dòng)力

大家常說(shuō)航空發(fā)展，動(dòng)力先行，這一點(diǎn)在垂直起降戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展上體現(xiàn)得更加明顯。垂直起降戰(zhàn)機(jī)與常規(guī)固定翼戰(zhàn)機(jī)的最大區(qū)別就是發(fā)動(dòng)機(jī)，可以說(shuō)，成熟可靠的垂直起降發(fā)動(dòng)機(jī)是一款垂直起降戰(zhàn)機(jī)能否研制成功的關(guān)鍵。人類為了實(shí)現(xiàn)固定翼戰(zhàn)機(jī)垂直起降的夢(mèng)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(fā)動(dòng)機(jī)。早期，尾座式垂直起降戰(zhàn)機(jī)方案獲得了許多國(guó)家的青睞，德國(guó)的Ba349、美國(guó)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(chǎn)物，既然戰(zhàn)機(jī)要垂直起降，那么最簡(jiǎn)單的方法就是戰(zhàn)機(jī)起飛時(shí)頭朝上，垂直放置，起飛時(shí)拉力超過(guò)本身重量即可起飛，降落時(shí)則將平飛狀態(tài)轉(zhuǎn)到垂直向天的狀態(tài)，通過(guò)減少推力慢慢著陸。由于存在過(guò)多技術(shù)問(wèn)題，尤其是降落時(shí)飛行員面朝天空，對(duì)地面情況一無(wú)所知，著陸風(fēng)險(xiǎn)特別大，發(fā)展無(wú)果而終。

隨著噴氣時(shí)代到來(lái)，垂直起降戰(zhàn)機(jī)也不可避免地受到潮流的影響。垂直起降戰(zhàn)機(jī)要垂直起飛和降落，那么裝備的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)必須賦予戰(zhàn)機(jī)一個(gè)垂直起飛的升力，起飛后又要賦予戰(zhàn)機(jī)平飛的向前推力，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)能在垂直和水平兩種飛行狀態(tài)上進(jìn)行有效工作，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)難度就成為成功研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)的關(guān)鍵?？蒲腥藛T首先想到的是研制一種發(fā)動(dòng)機(jī)噴口可以調(diào)節(jié)的發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛和降落時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴口朝下產(chǎn)生推力，平飛時(shí)恢復(fù)向后噴氣。20世紀(jì)50年代，美國(guó)、英國(guó)等航空強(qiáng)國(guó)都進(jìn)行了相關(guān)探索和試驗(yàn)，其中最成功的是羅·羅公司的“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)，裝備“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)的“茶隼”試驗(yàn)機(jī)在1960年進(jìn)行了成功首飛，最終演變成了現(xiàn)在家喻戶曉的“鷂”式垂直起降戰(zhàn)機(jī)。

“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力9300千克，發(fā)動(dòng)機(jī)配備了4個(gè)可轉(zhuǎn)向的噴口，前面的左右兩個(gè)噴口是“冷”噴口，噴出的是發(fā)動(dòng)機(jī)渦扇的增壓空氣，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)噴油燃燒，溫度僅為105°C左右；發(fā)動(dòng)機(jī)后面的左右兩個(gè)噴口是“熱”噴口，噴出的是經(jīng)過(guò)高溫燃燒的氣流，溫度高達(dá)670°C。采用這種發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直起降戰(zhàn)機(jī)最大的缺陷是平飛速度慢。因?yàn)闉樘岣呱拖蛳峦屏Γl(fā)動(dòng)機(jī)靠近戰(zhàn)機(jī)重心，發(fā)動(dòng)機(jī)的大涵道比和中置限制了其推力，空中機(jī)動(dòng)性能與同時(shí)代同級(jí)別的常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)相比有較大差距，難以在高強(qiáng)度的空戰(zhàn)環(huán)境下有效執(zhí)行奪取制空權(quán)的任務(wù)。如“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī)很多情況下執(zhí)行“運(yùn)泥巴”的任務(wù)（對(duì)地攻擊或轟炸），而雅克-38一開始就被定位為驅(qū)逐或攔截慢吞吞的北約反潛機(jī)。

采用小涵道比設(shè)計(jì)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力的技術(shù)措施之一，垂直起降戰(zhàn)機(jī)要提高空中機(jī)動(dòng)性能就必須采用小涵道比加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在這種情況下，組合式動(dòng)力系統(tǒng)開始出現(xiàn)。其典型代表有兩種：一是雅克-141戰(zhàn)機(jī)的升力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)+尾部矢量噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的組合；二是當(dāng)下爭(zhēng)議不斷的F-35戰(zhàn)機(jī)的升力風(fēng)扇+尾部矢量噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的組合。雅克-141戰(zhàn)機(jī)的升力發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為RD-41，單臺(tái)最大推力4250千克，巡航發(fā)動(dòng)機(jī)為R-79V-300，最大推力8994千克。這種方案的最大特點(diǎn)是升推分離，保障了巡航發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和效能，最大平飛速度可達(dá)馬赫數(shù)1.7，缺陷是前面的升力發(fā)動(dòng)機(jī)在懸停時(shí)噴出的高溫氣流容易在機(jī)體下方形成低壓區(qū)，會(huì)“吸住”戰(zhàn)機(jī)。F-35戰(zhàn)機(jī)的升力風(fēng)扇+矢量推力發(fā)動(dòng)機(jī)的組合可以說(shuō)是雅克-141推進(jìn)系統(tǒng)的改進(jìn)型，對(duì)其形成低壓區(qū)的缺陷進(jìn)行了有效克服，但也帶來(lái)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。不過(guò)，它仍是現(xiàn)在較為理想的推進(jìn)系統(tǒng)。

未來(lái)，路在何方？

在各軍種中，海軍是垂直起降戰(zhàn)機(jī)的主要用戶。垂直起降戰(zhàn)機(jī)具備常規(guī)戰(zhàn)機(jī)沒(méi)有的短距起飛/垂直降落的優(yōu)點(diǎn)，擺脫了對(duì)彈射器和阻攔索這兩個(gè)航母關(guān)鍵技術(shù)的依賴，使航母平臺(tái)的技術(shù)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(zhàn)機(jī)，甚至經(jīng)過(guò)改裝的大型貨船也具備臨時(shí)扮演航母角色的能力。垂直起降戰(zhàn)機(jī)的出現(xiàn)降低了一些國(guó)家裝備航母的門檻。這就意味著垂直起降戰(zhàn)機(jī)在未來(lái)一段時(shí)間都有一定的裝備需求，但從目前相對(duì)成熟的F-35項(xiàng)目來(lái)看，其未來(lái)之路依然坎坷。

F-35是美軍最新且費(fèi)用最高昂的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的主要目的是為三軍研制聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)，機(jī)型包括空軍常規(guī)起降的F-35A、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)垂直短距起降的F-35B和海軍艦載彈射起飛的F-35C。F-35項(xiàng)目由于要滿足垂直起降的要求，整體設(shè)計(jì)不得不做出大量妥協(xié)，垂直起降型的F-35B采用了推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)+升力風(fēng)扇的推進(jìn)系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)付出的代價(jià)就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了給連接主發(fā)動(dòng)機(jī)和升力風(fēng)扇的傳動(dòng)軸騰出空間，F(xiàn)-35B設(shè)計(jì)了左右兩個(gè)彈艙，不但增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，還增加了機(jī)體重量。現(xiàn)在，被命名為“閃電”的F-35已經(jīng)被業(yè)內(nèi)戲稱為“肥電”，更像一架機(jī)動(dòng)性增強(qiáng)的攻擊機(jī)，空戰(zhàn)能力只能說(shuō)是湊合。除了超重問(wèn)題，進(jìn)度拖延和費(fèi)用節(jié)節(jié)攀升也困擾著F-35。根據(jù)2012年12月公布的選擇性采辦報(bào)告，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和海軍的F-35B和F-35C的采購(gòu)費(fèi)用為705億美元，比原計(jì)劃增長(zhǎng)了79%，單價(jià)可能超過(guò)1.5億美元，和以往5000多萬(wàn)美元的預(yù)計(jì)單價(jià)可謂天壤之別。

聯(lián)合軍機(jī)項(xiàng)目要照顧各個(gè)用戶的需求，但這種聯(lián)合難以抵消技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和研制難度導(dǎo)致的全壽命周期成本不斷上漲，尤其是在垂直起降戰(zhàn)機(jī)與常規(guī)戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行聯(lián)合時(shí)要更加慎重，不然很可能事與愿違。對(duì)于許多航空大國(guó)而言，設(shè)計(jì)和研制一款垂直起降戰(zhàn)機(jī)并不是一件難以企及的系統(tǒng)工程，難點(diǎn)是設(shè)計(jì)和研制出一款飛行性能與同級(jí)別常規(guī)戰(zhàn)機(jī)相近的戰(zhàn)機(jī)，而且還要把研制費(fèi)用和未來(lái)單價(jià)控制在合理的范圍之內(nèi)。以往對(duì)研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)興趣盎然的歐洲諸國(guó)，早已有心無(wú)力或無(wú)心無(wú)力，而繼承蘇聯(lián)大部分遺產(chǎn)的俄羅斯由于囊中羞澀，雖不時(shí)傳出在雅克-141基礎(chǔ)上研制新型垂直起降戰(zhàn)機(jī)的消息，但也僅是說(shuō)說(shuō)而已。曾經(jīng)財(cái)大氣粗的美國(guó)，雖然在F-35項(xiàng)目上做得有聲有色，但淪為“肥電”的F-35早已成為美國(guó)苦不堪言的雞肋，因此F-35之后美國(guó)是否還會(huì)研制垂直起降戰(zhàn)機(jī)，有待進(jìn)一步觀察。

F-35B正在進(jìn)行投擲炸彈的試驗(yàn)

結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)相關(guān)航空企業(yè)對(duì)垂直起降推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行探索，對(duì)垂直起降戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展是個(gè)福音。作為后發(fā)國(guó)家，各國(guó)從早期到現(xiàn)在對(duì)垂直起降戰(zhàn)機(jī)發(fā)展的探索和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)都是寶貴的財(cái)富。三人行，必有我?guī)?，深入研究這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，可以少走彎路，避免重蹈覆轍。

責(zé)任編輯：劉靖鑫