飛機的發(fā)展與演變(doc 68頁).doc

XF-109 全尺寸模型 西德“全垂直起落化空軍”計劃中的運輸機部分由多尼爾 Do.31 完成。Do.31 采用翼尖升力發(fā)動機和翼下升力-巡航發(fā)動機。為了可靠性，翼尖的升力發(fā)動機組達到每側(cè) 4 臺之多，翼下發(fā)動機可以推力轉(zhuǎn)向，增加垂直起落時的升力，并在巡航時提供推力。Do.31 完成了大量的試飛科目，但在試飛中發(fā)現(xiàn)油耗驚人的問題。同時，垂直起落時，噪音非常驚人。翼尖巨大的升力發(fā)動機艙也在巡航時引起很大的阻力，作為戰(zhàn)術(shù)運輸 機，并不實用。隨著北約戰(zhàn)略從大規(guī)模核報復(fù)向靈活反應(yīng)轉(zhuǎn)變，空軍對垂直起落的要求大大降低，Do.31 也隨之下馬。多尼爾在戰(zhàn)后專注于垂直/短距起落運輸機，這是采用翼尖升力發(fā)動機加翼下升力-巡航發(fā)動機的 Do.31，本來要作為西德空軍的主要戰(zhàn)術(shù)運輸機，和 VC-101、VAK-191 一起，構(gòu)成一個“全垂直/短距起落化”的西德空軍Do.31 在懸停中，可以清楚地看到所有升力發(fā)動機門都打開了Do.31 在平飛中，可以看到，巨大的翼尖升力發(fā)動機艙形成很大的巡航阻力 / Do.31 已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過方案階段，多尼爾制成兩架原形機翼尖升力發(fā)動機的好處是不占用機內(nèi)體積 / 翼下升力-巡航發(fā)動機的細(xì)節(jié)翼尖的升力發(fā)動機細(xì)節(jié) / 打開的翼尖升力發(fā)動機排氣口 60 年代時，垂直起落的風(fēng)潮也席卷了歐洲民航界，德國航空工業(yè)力圖在垂直/短距起落客機市場取得突破，在研制垂直起落軍用運輸機的同時，舉辦了一個垂直起落客 機的竟標(biāo)，其中不乏富有創(chuàng)意的方案，前述 Messerschmitt Bo.140 和 VFW VC-180 也是其中的候選，更有噴氣式的 HFB-600，極有創(chuàng)意地采用渦噴發(fā)動機驅(qū)動風(fēng)扇，而風(fēng)扇的推力方向由百葉窗導(dǎo)流板控制，在垂直和水平之間轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)垂直升力和水平推力。HFB- 600 在機身內(nèi)另外布置 4 臺專用的升力發(fā)動機，不直接噴氣產(chǎn)生推力，也是驅(qū)動風(fēng)扇產(chǎn)生推力，相當(dāng)于渦漿發(fā)動機的變種，比純噴氣的低速推進效率更高，這對民航飛機更為重要。同期，德國航空工業(yè)力圖在垂直/短距起落客機市場取得突破，有國防部和漢莎航空出面，組織竟標(biāo)，這是 HFB-600 方案翼下的發(fā)動機不直接噴氣，而是驅(qū)動風(fēng)扇，風(fēng)扇的推力方向可以由“百葉窗”轉(zhuǎn)動，在直接升力和巡航推力之間轉(zhuǎn)換 / 機身中段另有 4 臺專用的升力發(fā)動機，同樣驅(qū)動升力風(fēng)扇，而不是直接噴氣產(chǎn)生推力 西德的“全垂直起落化空軍”中攻擊機部分是 VAK-191，這也是將專用的升力發(fā)動機和機身內(nèi)的升力-巡航發(fā)動機相結(jié)合的方案，在機身前后各布置一臺升力發(fā)動機，在中機身再布置一臺類似“鷂”式的 “飛馬”發(fā)動機的升力-巡航發(fā)動機。VFW（Vereinigte Flugtechnische Werke，包括 Focke-Wulf、Heinkel 和 Weser）的 VAK-191 是按北約大規(guī)模核報復(fù)的要求設(shè)計的，用來替代 Fiat G.91 輕型攻擊機，是北約當(dāng)時最為輕小的垂直起落戰(zhàn)術(shù)飛機。在設(shè)計期間，北約戰(zhàn)略改為靈活反應(yīng)，VAK-191 設(shè)計要求隨之改變，降低核攻擊的要求，更強調(diào)常規(guī)攻擊和作戰(zhàn)靈活性。VAK-191 最大的問題是攜載能力不足，短距起落靠滑跑中啟動升力發(fā)動機實現(xiàn)，技術(shù)要求高，飛行員工作負(fù)擔(dān)太大，在實戰(zhàn)中不實際。意大利退出共同研制計劃后，VAK- 191 作為量產(chǎn)型飛機的計劃就中止了。VAK-191 在垂直起飛，注意其打開的升力發(fā)動機進排氣口VAK-191 的發(fā)動機試驗臺正在試驗VAK-191 的 RB193 升力-巡航發(fā)動機，注意其與羅爾斯.羅伊斯“飛馬”發(fā)動機驚人的相似，這是羅爾斯.羅伊斯和 MTU 合作研制的，難怪 / 打開的后升力發(fā)動機進氣口翼尖傾轉(zhuǎn)的升力-巡航發(fā)動機有減少向下噴氣對機身燒蝕的好處，噴氣回吸的問題也相對比較好解決，但沉重的發(fā)動機像啞鈴一樣 掛在翼尖，遠(yuǎn)離重心，橫滾方向的轉(zhuǎn)動慣量很大，對機動性非常不利。像上述傾轉(zhuǎn)噴氣一樣，在垂直起落階段，遠(yuǎn)離中軸的升力發(fā)動機一旦故障或瞬時出力不足，非 常容易引起災(zāi)難性的事故，所以 VJ-101 和 XF-109 都在翼尖采用雙份發(fā)動機，但進一步增加翼尖發(fā)動機組的重量和復(fù)雜性。如果把升力發(fā)動機全部集中到機身內(nèi)，這個問題就可以得到解決。蘇聯(lián)的雅可夫列夫就是這 么做的，直接結(jié)果就是：雅克-38 只有兩臺升力發(fā)動機和一臺升力-巡航發(fā)動機。機體內(nèi)的升力發(fā)動機也降低了單發(fā)失效對安全的威脅。但升力發(fā)動機安裝在機體內(nèi)，也是有其問題的。首先，熾熱的 噴氣里發(fā)動機進氣口很近，容易造成噴氣回吸問題。第二，高速噴氣在機體下延地面向兩側(cè)流動，而機體上方除升力發(fā)動機進氣口附近外，空氣相對靜止，造成使機 體向地面吸附的效果，即所謂 suck down。雅克-38 在使用中對飛行員的操控要求十分苛刻，一個不小心，就會出事故。雅克為此專門設(shè)計自動彈射救生系統(tǒng)，在垂直起落階段，一旦機體傾斜超過一定程度，就自動彈 射，速度和高度達到一定程度以上，自動解除。從某種意義上說，雅克-38 是為了和“基輔”級航空母艦配套而匆匆投入使用的。作為作戰(zhàn)飛機，雅克-38 并不成功，只有 600 公斤的載彈量、100 公里的航程和有限的機載電子設(shè)備，在實戰(zhàn)中，很難作為同時代的 F-14、F-18 的對手。雅克-38 的可靠性也十分糟糕，第一個中隊的 6 架雅克-38 隨“基輔”號出航時，出發(fā)伊始，就有一半不能飛，等到一個月后返航時，只剩一架還能升空了。為了盡可能增加航程和載彈量，蘇聯(lián)海軍飛行員最后走上德國和英 國同行的路，采用短滑跑起落。但早期的雅克-38 沒有考慮滑跑起飛，前機輪不能控制轉(zhuǎn)向。雅可夫列夫設(shè)計局根據(jù)使用經(jīng)驗，設(shè)計了改進型雅克-38M，不光前機輪可以轉(zhuǎn)向，而且在機背升力發(fā)動機進氣口兩 側(cè)，增加了縱向的擋板，可以緩解一點噴氣回吸的問題。蘇聯(lián)曾經(jīng)想過將雅克-38 用于前線近距對地支援，并在阿富汗試驗性地部署了幾架雅克-38，但垂直起落時造成的巨大塵土大大增加發(fā)動機的磨損，也嚴(yán)重惡化了飛行員視界，危害飛行安 全。很高的地勤支援要求也使前線部署不實際，這個想法很快就放棄了，雅克-38 再也沒有作為陸地起落的戰(zhàn)斗機部署過。蘇聯(lián)解體后，軍費劇減，雞肋的雅克-38 在 92 年就 退出現(xiàn)役，配套的“基輔”級航空母艦也很快推出現(xiàn)役，其中的“明斯克”號成了中國人的海上主題公園。 最早在海上遭遇雅克-38 時，西方很是為之一震：莫非這是航母化的蘇聯(lián)海軍的前奏？雅克-38 曾經(jīng)是蘇聯(lián)海軍航母化的希望，但只有 600 公斤的載彈量和 100 公里的作戰(zhàn)航程，使雅克-38 的實際作戰(zhàn)空域和圖中相差不遠(yuǎn) / 可以看到，前升力發(fā)動機的進氣門和排氣門已經(jīng)打開，升力-巡航發(fā)動機的噴口也轉(zhuǎn)向垂直按照設(shè)計，雅克-38 只能垂直起落，但飛行員們創(chuàng)造性地使雅克-38 短滑跑起落，大大改善了航程和載彈雅克-38 試驗過在民船上垂直起落，由于對甲板燒蝕過于嚴(yán)重，只有在緊急情況下偶爾為之，沒有作戰(zhàn)價值，最后放棄了雅克-38M 是雅克-38 的改進型，外表上最明顯的改動，就是機背升力發(fā)動機進氣口兩側(cè)的擋板，用于改善噴氣回吸的問題。不太明顯的改動是前機輪改為可轉(zhuǎn)向，便于短滑跑起落時的控制 / 雅克-38 雙座型，這可以競選選丑冠軍了蘇軍曾試圖將雅克-38 用于陸上的近距空中支援，但垂直起落造成的沙塵對發(fā)動機壽命和飛行員視野影像太大，其載彈、航程太低，對地勤的要求太高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如武裝直升機實用，很快放棄了 在雅克-38 的基礎(chǔ)上，雅可夫列夫設(shè)計局進一步設(shè)計了超音速的雅克-41（也稱雅克-141）。雅克-41 在設(shè)計上比雅克-38 要成熟很多，據(jù)說作為戰(zhàn)斗機的基本性能不亞于米格-29，那比雅克-38 是一個非常大的進步。雅克-38 的發(fā)動機噴口是 Y 形的，在中機身向兩側(cè)分叉。這是為了保證升力-巡航發(fā)動機的噴口在機體重心附近。雅克-41 反其道而行之，采用單一的向量噴口，但尾翼安裝在噴口兩側(cè)的尾撐上。雅克-41 進行了成功的試飛，但雅克-41 生不逢時，正好趕上蘇聯(lián)解體，軍購急劇縮水。雅可夫列夫用自己的經(jīng)費還勉強支撐了幾年，希望能吸引外國合作伙伴，但沒有結(jié)果。海灣戰(zhàn)爭和 ATF 竟標(biāo)后，雅可夫列夫看到隱身對新一代作戰(zhàn)飛機的影響，將雅克-41 按隱身要求修形成雅克-43，后來還進一步改進成雅克-201，最后還是無果而終。然而，洛克希德看中了雅克-41 的設(shè)計經(jīng)驗。盡管不能說 X-35 抄襲雅克-41，但 X-35 的設(shè)計受到雅克-41 的影響是沒有問題的，尤其是其升力-巡航發(fā)動機的安排，這是和雅可夫列夫交流的結(jié)果，洛克希德也供認(rèn)不諱。雅克-41（也稱雅克-141）是吸取雅克-38 的經(jīng)驗后研制的，本來有望成為第一架實戰(zhàn)型超音速垂直起落戰(zhàn)斗機，圖中可以清楚地看到尾矢量噴管轉(zhuǎn)到垂直起落狀態(tài)，升力發(fā)動機的進氣門、排氣門也已經(jīng)打開雅克-41 在較高高度懸停，可以看到升力發(fā)動機正在工作。較長的尾撐和雙垂尾是配平全機重心的需要吸取雅克-38 的經(jīng)驗后，雅克-41 從一開始就是按可以常規(guī)滑跑起落設(shè)計的 / 雅克-41 的主要用戶當(dāng)然還是海軍在 91 年海灣戰(zhàn)爭后，雅可夫列夫意識到隱身將是新一代作戰(zhàn)飛機的重要特征。在見識了 F-22 的新姿后，雅可夫列夫急忙推出雅克-43 的方案，明顯地采用一些隱身修形，但雅克-41 的基本布局不變雅克-43 將比 F-35 更大，但性能就不好說了，畢竟是蘿卜、青菜，不好比還有更時尚的雅克-201 方案，不過沒有走下紙面噴氣式垂直起落飛機的終極當(dāng)然是只用升力-巡航發(fā)動機，沒有專用的升力發(fā)動機或巡航發(fā)動機，最大限度地減少死重。法國人 Michel Wibault 在 50 年代構(gòu)想了這樣一臺發(fā)動機，將發(fā)動機主軸延長，驅(qū)動四臺可以傾轉(zhuǎn)的離心式壓縮機，產(chǎn)生垂直升力，主發(fā)動機噴口也用百葉窗導(dǎo)流板，將剩余推力用于垂直起落。 用四臺壓縮機是為了同時提供前后左右的姿態(tài)控制力矩，即所謂“四立柱原理”（4 poster），用離心式壓縮機是因為當(dāng)時技術(shù)條件下，離心式壓縮機體積最小，產(chǎn)生的壓力最高。事實上，早期噴氣發(fā)動機很多都是用離心式壓縮機的。 Wibault 找上法國航空界，但法國空軍的興趣集中在看起來技術(shù)上風(fēng)險較小 tail sitter，后來導(dǎo)致 SNECMA Coleoptere 系列，對 Wibault 的“體制外”的方案沒有興趣，Wibault 只好去找北約的美國資助的“共同武器開發(fā)計劃”（Mutual Weapons Development Program，簡稱 MWDP），MWDP 的 Johnny Driscoll 很快把 Wibault 的設(shè)想轉(zhuǎn)交給英國的 Bristol 航空發(fā)動機公司，當(dāng)時 Bristol 正在設(shè)計用于 G.91 輕型攻擊機的M WDP 資助的 Orpheus 發(fā)動機，所以兩家互相都很熟悉。Bristol 的 Gordon Lewis 很快把 Wibault 的離心壓縮機更換成效率更高的軸流壓縮機，并把核心發(fā)動機更換成最新的 Orpheus，新的發(fā)動機成為 BE.52，并申請了專利。Bristol 把 BE.52 的方案呈交給 MWDP，MWDP 出資 75%，Bristol 出資 25%，兩者聯(lián)合起來，向 Short 飛機公司兜售。Short 正在打 MWDP 的主意，一口答應(yīng)，但資金到手后，還是回到前面提到過的 SC.1 研究機，把 BE.52（此時改名為 BE.53）為基礎(chǔ)的垂直起落研究機丟到腦后去了。Michel Wibault 的方案，用軸驅(qū)動的離心壓縮機產(chǎn)生垂直升力布雷蓋 1010 方案準(zhǔn)備采用類似 Wibault 的設(shè)計，但法國空軍的興趣集中在 SNECMA 的 Coleoptere 系列 tail sitter 上，布雷蓋 1010 和其它類似的法國方案都無疾而終 但是上帝關(guān)閉了一扇門，一定打開了一扇窗。英國的另一家飛機公司 Hawker 這個時候正在琢磨 Hawker“獵人”（Hunter）式戰(zhàn)斗機的后繼問題。Hawker 的“獵人”是英國 50 年代很成功的一種噴氣式戰(zhàn)斗機，在英國皇家空軍和很多國外空軍（如瑞士、印度）中服役，但 50 年代航空技術(shù)發(fā)展飛快，Hawker 十分明白，必須立刻著手后繼機的研制，否則就會落伍。Hawker 推出了 P.1103 方案，競爭英國皇家空軍的新型兩倍音速、掛載導(dǎo)彈的高性能戰(zhàn)斗機，但是落選。Hawker 不灰心，自費將 P.1103 改進成 P.1121，希望獲得英國和國外的“獵人”式戰(zhàn)斗機的升級市場。但 57 年英國政府宣布，國防研發(fā)重點轉(zhuǎn)向?qū)棧腥笋{駛飛機項目大量下馬。Hawker 一面繼續(xù)寄希望于 P.1121，一面開始尋求退路，希望在垂直/短距起落飛機上殺出重圍，Hawker 就是在這樣的背景下，開始和 Bristol 就 BE.53 合作的。Hawker“獵人”式戰(zhàn)斗機，50 年代英國和英聯(lián)邦國家的主力戰(zhàn)斗機 / Hawker 本來是在用 P.1103 方案競爭英國皇家空軍的新型戰(zhàn)斗機，無奈落選Hawker 不灰心，在 P.1103 方案上，自費改進成 P.1121，希望用來取代“獵人”式戰(zhàn)斗機 / P.1121 也在英國國防采購政策傾向?qū)椇笙埋R，Hawker 只好另辟蹊徑，在垂直起落戰(zhàn)斗機上出奇兵 Hawker 開始時還是三心二意的，對 BE.53 也不是太認(rèn)真，主管的 Ralph Hooper 馬馬虎虎畫了一個草圖，但這是 BE.53 還是只有前面的四個轉(zhuǎn)向噴管可以產(chǎn)生垂直升力。尾噴管只向后噴，這嚴(yán)重影響了發(fā)動機和全機的重心布置，最后設(shè)計成一個在地面需要高高揚起的怪設(shè)計，只有這 樣，才有可能借助尾噴管的推力實現(xiàn)垂直起飛。Hooper 把先前的頜下進氣道改成兩側(cè)進氣道，再在翼尖和首尾增加了姿態(tài)控制噴嘴，這個時候靈機一動，把原本單一的尾噴管改成分叉的尾噴管，前后噴管都可以轉(zhuǎn)動，這 樣所有四個噴管都可以用于產(chǎn)生垂直升力和水平推力，這就成了現(xiàn)在“飛馬”發(fā)動機的基本布局。Bristol 進一步將發(fā)動機風(fēng)扇和壓氣機改成同軸反轉(zhuǎn)，以抵消發(fā)動機軸向一個方向旋轉(zhuǎn)在懸停時產(chǎn)生的陀螺章動，前噴管的噴氣從壓氣機引出，而不再需要專門的軸流壓縮機 和相應(yīng)的進氣道，“飛馬”發(fā)動機成形了。但是，三心二意的 Hawker 這時候被英國皇家空軍的攻擊機競爭項目所吸引，但是又一次落選（入選的 TSR.2 也沒有好下場，試飛成功后下馬了）。軍方對 P.1121 依然無動于衷，Hawker 只好又回到 P.1127 上來。這個時候，英國皇家空軍才姍姍來遲地提供風(fēng)洞，但對于 Hawker 來說，這是軍方有興趣的第一個表示，而之前一直只是北約（其實就是美國）在資助。不過這又帶來了新的問題：皇家空軍和北約的要求不同，最后北約的要求演變 到德國的 VAK-191。59 年時，P.1127 正式上馬， BE.53 發(fā)動機也改名為“飛馬”。這期間，Ralph Hooper 帶著 Hawker 的試飛員到 NASA，和美國同行研究垂直起落飛機從垂直起落向水平飛行過渡時的飛行穩(wěn)定性問題，并在 Bell X-14 上作了實地試驗。NASA 也主動幫助試驗自由飛模型，試驗結(jié)果對 Hooper 非常鼓舞。60 年 10 月 21 日，P.1127 終于首次在系留狀態(tài)下升空。第一架 P.1127 的垂直升力勉強能把飛機升入空中，連無線電通信裝置都要拆除，以節(jié)約重量。試飛員 Bill Bedford 的右腿剛在車禍中骨折，還上著石膏，但他還是帶傷上陣。姿態(tài)控制和系留索打架，飛機在離地不高的空中像喝醉的母牛一樣?xùn)|倒西歪。61 年 9 月 12 日，Bill Bedford 完成了第一次垂直起落到水平飛行的轉(zhuǎn)換，10 月 28 日完成了短距起飛，從一開始，人們就認(rèn)識到短距起飛對增加載重-航程的作用。最初的 P.1127 方案，尾噴管只向后噴，這嚴(yán)重影響了發(fā)動機和全機的重心布置入選的 TSR.2 最后也沒有逃過下馬的命運P.1127 的原型“雀鷹”（Kestrel），已經(jīng)初具“鷂”式戰(zhàn)斗機的形象“飛馬”發(fā)動機示意圖 / “飛馬”發(fā)動機向量噴口的液壓作動機構(gòu)示意圖羅爾斯.羅伊斯“飛馬”發(fā)動機，注意其四叉的噴口“飛馬”發(fā)動機首次裝入 Kestrel 研究機“飛馬”發(fā)動機的安裝位置 / Kestrel 的姿態(tài)控制系統(tǒng)，注意首尾和翼尖姿態(tài)控制噴嘴和高壓空氣導(dǎo)管為了避開發(fā)動機噴流對起落架的影響，Kestrel 的起落架被布置成現(xiàn)代戰(zhàn)斗機上很少見的自行車式，除前后主起落架外，還在翼尖設(shè)置了輔助的起落架 / Kestrel 的向下的熾熱噴流很容易燒蝕地面，地勤人員正在噴水冷卻Kestrel 的四叉噴口在這張圖里很容易看見隨著各種技術(shù)問題不斷出現(xiàn)，又得到解決，P.1127 最終被命名為“雀鷹”（Kestrel），Hawker 把“雀鷹”正式呈報給軍方。但空軍又改主意了，把“雀鷹”的速度從高亞音速改為 1.2 倍超音速，但這超出了“雀鷹”的能力，加大發(fā)動機推力也不行，需要大動干戈修改。與此同時，西德在竟標(biāo)垂直起落攻擊機（最后 VAK-191 入選），英國試圖把西德拉入“雀鷹”計劃，而美國陸軍又對“雀鷹”有了興趣，并把諾斯羅普拉進按許可生產(chǎn)“雀鷹”的意向書，所以英美德三方商議成立聯(lián)合評 估中隊，共同評估垂直起落戰(zhàn)斗機的飛行性能、訓(xùn)練和地勤支援要求、對空戰(zhàn)和對地攻擊的戰(zhàn)術(shù)使用。不過這從一開始就是充滿了黑幕，西德根本沒有把 P.1127 太當(dāng)一回事，還是一門心思在自己的 VAK-191 上。美國空軍對陸軍介入固定翼飛機感到不滿，因此反對陸軍加入三國聯(lián)合評估中隊。英國皇家空軍也對 P.1127 性能不能達到超音速不滿，正想找借口溜號。這場各懷鬼胎的扯皮談了一年，最后三國中隊在 65 年 4 月 1 日（愚人節(jié)，不是一個好日子呀）成立，包括了皇家空軍、德國空軍、美國空軍、陸軍、海軍，演練了垂直、短距起落技巧，在野外簡易機場的隱蔽和起落，以及模 擬對地攻擊。 Kestrel 由英國、美國和德國飛行員共同評估，機尾上就是“三國評估中隊”的標(biāo)志 / 按照設(shè)計，Kestrel 要能夠在林間空地起落，以實現(xiàn)核大戰(zhàn)條件下的分散部署和隱蔽出擊。實際使用經(jīng)驗表明，分散部署對地勤支援的要求太高，在戰(zhàn)時根本不實際。以后北約戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向 強調(diào)高性能戰(zhàn)斗機，集中部署，集中保護，強調(diào)打擊敵人，而不是分散生存P.1154“鷂”式超音速戰(zhàn)斗機下馬后，Kestrel 得到進一步發(fā)展，作為過渡，“鷂”的名字被轉(zhuǎn)用到這個改進型 Kestrel 上 / “鷂”式的賣點當(dāng)然還是垂直起落“鷂”式垂直起飛 / 手動轉(zhuǎn)動向量噴口的示意“鷂”式垂直起飛時的計算流體力學(xué)示意圖進氣口旁的輔助進氣口，用于垂直起落時增加進氣量在 實用中，飛行員發(fā)現(xiàn)，如果在垂直起落中有一點前進速度，可以大大降低噴氣回吸的影響，圖中地面塵土和飛機的相對位置，表明這個飛行員正在向前低速移動 / “鷂”式戰(zhàn)斗機上的“飛馬”發(fā)動機在這張剖視圖中清晰可見，其四叉噴口是實現(xiàn)向量推力的關(guān)鍵，但成也蕭何，敗也蕭何，正是這四叉噴口，極大地限制了發(fā)動機 和飛機的整體布置，而注定了“鷂”式只可能用“飛馬”發(fā)動機，而不大可能有任何別的替代發(fā)動機羅爾斯羅伊斯和 BAe 正在試驗 PCB（Plenum Combustion Chamber，增壓燃燒室） 但是皇家空軍對超音速要求還是念念不忘，堅持要求 Hawker 把 P.1127 改進成超音速，否則不會訂貨，北約也有相應(yīng)的要求。這倒不是皇家空軍和北約出花頭，而是大勢所趨。60 年代是一個追求高空高速的時代，戰(zhàn)術(shù)飛機不能達到超音速被看作是一個嚴(yán)重的缺陷。Hawker 將“雀鷹”加長，發(fā)動機的前轉(zhuǎn)向噴管采用噴管加力燃燒（Plenum Chamber Burning，簡稱 PCB）技術(shù)，和主發(fā)動機的加力推力一起，使飛機達到超音速，P.1127 也因此改名為 P.1154，并正式取名為“鷂”式。在 62 年北約竟標(biāo)中，P.1154 贏得了技術(shù)分，但法國的幻影 III V 贏得了政治分，因為幻影對工作量在北約內(nèi)均勻分布有利，否則好事全叫英國攤上了。不過最后結(jié)果實在也是無關(guān)緊要，因為北約并不對贏者撥款，還是要靠成員國 自己出資進一步研發(fā)。在英國，軍方希望用 P.1154 取代空軍的“獵人”和海軍的“海狐”（Sea Vixen），但是空軍需要的是單座攻擊機，海軍需要的是雙座截?fù)魴C，很快空軍和海軍就為了不同的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)要求而爭得不可開交。盡管 Hawker 對于在技術(shù)上是否可能同時滿足空海軍的要求根本沒有信心，但先把鴨子煮熟，調(diào)味以后再說。但釣魚工程不能瞞過所有人，最后的妥協(xié)方案空海軍同時拒絕了。 63 年底，軍方?jīng)Q定海軍的艦載戰(zhàn)斗機由裝備羅爾斯羅伊斯“斯貝”渦扇發(fā)動機的 F-4“鬼怪”式戰(zhàn)斗機完成，海軍退出“鷂”式計劃?！八关悺比蘸蟊恢袊M，用于“飛豹”戰(zhàn)斗轟炸機，不過這是后話了。Hawker 終于可以輕裝上陣了，但這是風(fēng)水又轉(zhuǎn)了，工黨政府對英國航空工業(yè)的大砍刀下來，P.1154（和前述 TSR.2）一同下馬。不過 Hawker 這一頭沒有一棍子打死，空軍的“獵人”也有“鬼怪”式代替，但是由“雀鷹”配合，作為對地攻擊使用，“鷂”的名字也被用于放大的“雀鷹”?！苞_”式在外形 上和“雀鷹”十分相似，但要增大一圈，也增加了很多實用的戰(zhàn)術(shù)裝備。但是政府對“鷂”依然三心二意，財政部一算，外購“鬼怪”式和正在和法國合作研制的 “美洲豹”（Jaguar）比自研“鷂”是節(jié)約一億三千萬英鎊。在財政部提議取消“鷂”式的時候，科技部強烈反對再砍碩果僅存的“鷂”式，“鬼怪”式的采 購計劃由于“斯貝”發(fā)動機和“鬼怪”式的進氣道適配問題而大大拖延、超支，“鷂”式是這樣才躲過了下馬的大砍刀。政府對“鷂”式毫無感情，軍方對“鷂”式 更是充滿了敵意，三年前取消“雀鷹”的采購計劃時的理由一個也沒有改變，皇家空軍是把“鷂”式當(dāng)作過渡性的應(yīng)急之作。Hawker 就是這樣步履維艱地開始了歷史上唯一參加過實戰(zhàn)的噴氣式垂直起落戰(zhàn)斗機的研制。經(jīng)過多年的研制、改善，“鷂”式從單純的對地攻擊型，發(fā)展成具有空戰(zhàn)能力的 “海鷂”和“鷂 II”。 “鷂”式戰(zhàn)斗機不僅在英國空海軍服役，還出口到美國、西班牙、泰國、印度，成為戰(zhàn)后英國最成功的戰(zhàn)斗機。諾斯羅普和 Hawker 的意向書已經(jīng)過期，Hawker 和這時已經(jīng)通過“鬼怪”式和 Hawker 有合作的麥克唐納合作，為美國海軍陸戰(zhàn)隊制造“鷂”式。Bristol Siddeley 被并入當(dāng)年試圖用帶推力轉(zhuǎn)向的“雙斯貝”攪局的羅爾斯羅伊斯，Hawker 也和當(dāng)年的競爭對手德哈維蘭、英國通用電氣等一起并入英國宇航，真是物是人非?；始铱哲姷摹矮C人”戰(zhàn)斗機，反正老了，打不動仗了，就做做秀吧 / 皇家海軍的艦載戰(zhàn)斗機“海狐”（Sea Vixen）“鷂”式的名字本來是給 P.1154 的，計劃用來取代“獵人”和“海狐” / 這張圖比較容易看到采用加力燃燒的前噴管，進氣口可以向外張大，以便在垂直起落是加大進氣量，在平時則關(guān)回去，以減小阻力P.1154 的 Bristol Siddeley BS.100 發(fā)動機P.1154 已經(jīng)進入全尺寸模型階段了，這是發(fā)動機噴管轉(zhuǎn)向時的樣子 / 第一架 P.1154 的機身已經(jīng)開始制造“鷂”式是至今唯一參加過實戰(zhàn)的垂直起落戰(zhàn)斗機。在馬島戰(zhàn)爭中，作為皇家海軍特混艦隊唯一的艦載戰(zhàn)斗機，“鷂” 式在實戰(zhàn)中，創(chuàng)造性地使用推力轉(zhuǎn)向，極大地增強了空戰(zhàn)機動能力，打破了高亞音速戰(zhàn)斗機難以匹敵超音速戰(zhàn)斗機的謎思。采用跳板起飛后，“鷂”式的航程和載重 大大增加，極大地增加的實戰(zhàn)性能。垂直起落能力使“鷂”式在惡劣氣候的出動能力甚至超過彈射起飛、攔阻降落的常規(guī)艦載戰(zhàn)斗機?！苞_”式不僅在馬島實戰(zhàn)中證 明了自己的能力，而且重新點燃了中小國海軍的航母之夢，成為意大利、西班牙、印度、泰國海軍航母艦載機唯一現(xiàn)實的選擇。美國海軍陸戰(zhàn)隊是“鷂”式的最大的 海外用戶。在美國海軍陸戰(zhàn)隊里，“鷂”式稱為 AV-8，參加了 91 年的海灣戰(zhàn)爭、95 年中的波黑和科索沃戰(zhàn)爭以及 2003 年的伊拉克戰(zhàn)爭。盡管美國海軍最終拋棄了“制海艦”的概念，美國海軍陸戰(zhàn)隊沒有完全放棄這個概念，而是把“制海艦”和大型兩棲攻擊艦結(jié)合起來。大型兩棲攻 擊艦的大甲板本來是給垂直登陸的直升機用的，但給“鷂”式用，也同樣合適。美國海軍陸戰(zhàn)隊的打算是，在登陸階段，“鷂”式從兩棲攻擊艦上出擊，提供灘頭的 局部制空權(quán)和近距支援；上陸后，在陸上用鋼板鋪簡易起落場，從陸上出擊，隨陸戰(zhàn)隊的地面部隊向縱深滾動。然而，在實戰(zhàn)中，美國海軍陸戰(zhàn)隊還沒有遇到向離岸 縱深進攻的需要，在陸地上建造簡易機場，也不僅是用鋼板鋪跑道的問題，還有油料、軍械、維修和其他地勤問題，不如直接從兩棲攻擊艦上出擊，所以“鷂”式?jīng)] 有在陸地上前進部署過。不過，“鷂”式的垂直起落能力和跳板起飛要求也給飛行員訓(xùn)練帶來更高的要求，垂直起落和跳板起飛都是容易出事故的時候，90 年代，美國海軍陸戰(zhàn)隊曾在不長的時間內(nèi)在接連損失 45 架“鷂”式，英國皇家海軍和空軍的“鷂”式也是一樣的問題，原因基本上是垂直起落階段發(fā)動機故障或飛行員操作失當(dāng)。發(fā)動機的問題通過不斷的技術(shù)改進得到解 決，飛行員訓(xùn)練也通過雙座型“鷂”式逐漸得到解決。 “赫爾姆斯”號航母上的“海鷂”式在惡劣天氣中準(zhǔn)備起飛 / 油畫描繪了“海鷂”正在追擊攻擊圣卡洛斯灣的英國艦船后撤離的阿根廷“短劍”式戰(zhàn)斗機“海鷂”正在“大西洋運送者”（Atlantic Conveyer）號上著陸，這艘集裝箱船臨時改裝的簡易航母后來被阿根廷的飛魚導(dǎo)彈擊沉，隨船沉沒的還有若干“鷂”式和 CH-47 直升機 / 英國皇家海軍的“海鷂”從“無敵”號航母出擊，執(zhí)行伊拉克南方禁飛區(qū)任務(wù)美國海軍陸戰(zhàn)隊的 AV-8B 出擊后返航伊拉克的 Al Asad 基地 / 英國皇家空軍的“鷂”式在伊拉克作夜航出擊AV-8B 在航母上作垂直降落 / 美國海軍陸戰(zhàn)隊的 AV-8B 正在伊拉克沙漠上空作空中加油 用單一的升力-巡航發(fā)動機最大限度的避免死重，“雀鷹”/“鷂”式不是第一家。美國的貝爾首先用 X-14 研究機驗證了轉(zhuǎn)向噴管產(chǎn)生垂直升力的原理，日后 Hawker 的試飛員 Bill Bedford 在 Ralph Hooper 訪美期間，在 X-14 上作過試飛，重點探索垂直起落和水平飛行之間的過渡，對日后“雀鷹”的設(shè)計和試飛提供了極其寶貴的第一手資料。蘇聯(lián)的第一架垂直起落研究機雅克-36 也是采用轉(zhuǎn)向噴管。X-14 和雅克-36 遇上共同的問題：為了確保垂直升力的作用點在機體重心附近，發(fā)動機必須盡量往前安裝，這樣就需要一個長長的后機身來平衡發(fā)動機的重量，后機身有一個顯著的 “階梯”形，大大增加氣動阻力，全機布置也極不平衡。為了保證姿態(tài)控制，雅克-36 在機頭還特地向前延伸出一根又粗又長的桿子，用于安裝俯仰控制的噴嘴。西方情報機關(guān)一開始對這根長桿的作用十分困惑，有人甚至開玩笑地說，這該不是蘇聯(lián)恢 復(fù)了海軍在風(fēng)帆時代的沖撞戰(zhàn)術(shù)，要用這根“長槍”把敵機捅下來吧？這些早期的嘗試作為實用型飛機的氣動設(shè)計并不成功，盡管蘇聯(lián)曾在航展上為雅克-36 象征性地安裝過武器，想使之實用化，但是這些早期的經(jīng)驗為后來的“雀鷹”/“鷂”式和雅克-38 提供了思路：采用分叉式尾噴管，從兩側(cè)避開后機身，使機身和尾噴管的流線型大大改善。但是這還是不能避免單一升力-巡航發(fā)動機的另外一些固有的問題。為了 實現(xiàn)垂直起飛，發(fā)動機必須具有很大的推力。事實上，“鷂”式戰(zhàn)斗機的“飛馬”發(fā)動機曾經(jīng)是西方推力最大的戰(zhàn)斗機用噴氣發(fā)動機。但是，為最大推力而優(yōu)化的發(fā) 動機對巡航油耗的降低不利。為了最大推力，發(fā)動機的核心加大，進氣道也必須加大，但巡航時要不了那么大的推力，過大的進氣道和發(fā)動機造成不必要的阻力和結(jié) 構(gòu)重量。由于升力-巡航發(fā)動機的特殊結(jié)構(gòu)，極其和機體設(shè)計的高度一體化，不經(jīng)過大動干戈的改動，在別的戰(zhàn)斗機上成功應(yīng)用的新型發(fā)動機很難應(yīng)用到垂直起落戰(zhàn) 斗機上，所以“鷂”式的“飛馬”發(fā)動機一用就是40年，盡管羅爾斯.羅伊斯一直在不斷改進，但“飛馬”的核心發(fā)動機依然是 40 年前的 Bristol Orpheus。這個問題直到 F-35 采得到解決。貝爾 X-14 首先驗證了向量推力用作垂直起落的原理，Hawker 的試飛員在 X-14 上獲得了寶貴的垂直起落經(jīng)驗，大大幫助了日后 Kestrel 的試飛 / 為了使矢量噴口能夠安排在重心附近，兩臺發(fā)動機只能拼命往前放雅克-36 是蘇聯(lián)第一架真正的垂直起落飛機 / 雅克-36 的發(fā)動機布置和貝爾 X-14 相似，也是拼命往前放機頭、機尾和翼尖有姿態(tài)控制噴嘴，其中機頭的姿態(tài)控制噴嘴在延長桿的頂端 英國皇家空軍從一開始就是把“鷂”式戰(zhàn)斗機作為過渡性的應(yīng)急之作，最終目標(biāo)依然是超音速垂直起落戰(zhàn)斗機，所以很早就開始研究“鷂”式的后繼方案。由于位于 Kingston 的 Hawker 是“鷂”式的始作俑者，“鷂”式的后繼方案基本都是在 Kingston 的原 Hawker 的設(shè)施里搞的，所以被稱為 Kingston Projects。以下是 Kingston Projects 中的一些方案，有些達到具體設(shè)計階段，有些只是初步概念。超音速垂直起落一直是“鷂”式之后可望而不可及的目標(biāo)，BAe P.121 采用前掠翼以解決發(fā)動機和噴口位置必須處于全機重心的矛盾 / BAe P.1214 的三視圖這個模型更清楚地表示了發(fā)動機噴口的布置Hawker-Siddley P.1216 方案，重點在于超音速，格外長的尾撐用于平衡全機重心，主發(fā)動機的向量推力噴口可以布置在重心附近P.1216 的三視圖 受到“鷂”式成功的鼓舞，和美國海軍在 80 年代“制海艦”設(shè)想的驅(qū)動，美國航空工業(yè)也推出一些意圖取代 S-3 艦載反潛機的方案，如圖中的洛克希德方案和沃特 V-530 方案，V-530 的雙涵道渦扇發(fā)動機是其特色，在概念上是洛克希德 F-35 的升力風(fēng)扇的先驅(qū)。洛克希德的垂直起落艦載機方案Vought V530 的機翼可以折疊，以減少在航母機庫里的占地面積。其雙涵道渦扇發(fā)動機是其特色，在概念上是洛克希德 F-35 的升力風(fēng)扇的先驅(qū)V-530 的發(fā)動機從垂直起落狀態(tài)向水平飛行轉(zhuǎn)換 / V-530 意圖取代 S-3 艦載反潛機!進入 90 年代，美國空軍的 F-16A/B 已經(jīng)開始大批退役，A-10 的替代也早就上了議事日程，美國海軍的 F-18A/B 也是一樣。更緊迫的是海軍陸戰(zhàn)隊的 AV-8B，空軍的 F-22 已經(jīng)落實了，海軍的 F-18E 也落實了，但海軍陸戰(zhàn)隊的 AV-8B 面臨后繼無人的窘?jīng)r。面對三軍都需要 F-16/F-18/AV-8 這一級的下一代戰(zhàn)斗機，美國國會指令三軍聯(lián)合研制，這就是“聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機”（Joing Strike Fighter，簡稱 JSF）的起源。JSF 要求能夠作為 F-22 和 F-18E 的低檔搭配，并且具有垂直/短距起落能力，以接替 AV-8B，為此，JSF 具有陸基型、艦載型和垂直起落型，共用基本機體設(shè)計和發(fā)動機。JSF 難度最大的地方，在于在嚴(yán)格控制成本和風(fēng)險的前提下，要求具有垂直起落能力。普拉特.惠特尼的 F119 發(fā)動機已經(jīng)用于 F-22，被軍方指定為 JSF 的基本發(fā)動機，通用電氣的 F120 作為備選發(fā)動機低速發(fā)展。這里必須對美國航空發(fā)動機的研發(fā)能力敬佩一下，普拉特.惠特尼從 F119 基本發(fā)動機出發(fā)，一方面大大增加推力以滿足垂直起落的要求，另一方面左右開弓，同時滿足 JSF 所有方案的不同垂直起落方案，這個功力非同小可。 麥道、波音和洛克希德分別提交了方案。麥道的方案采用單獨的升力發(fā)動機，在氣動布局上為無垂尾的 V 形尾方案，機翼后緣呈 M 形，可以說是空軍的“先進技術(shù)戰(zhàn)斗機”ATF 競爭中落選的 YF-23 的縮小版。采用單獨的升力發(fā)動機有利于降低動力系統(tǒng)的研制風(fēng)險，通過適當(dāng)?shù)陌才?，在主發(fā)動機故障或戰(zhàn)損時，升力發(fā)動機可以使飛機安全返航，至少在理論上可 以實現(xiàn)這樣的動力備份。麥道方案的機翼設(shè)計很有新意，機翼和尾翼之間的“邊條”既強化翼身融合體，又在大迎角時起到升力體的作用，是神來之筆。但垂直起落 設(shè)計了無新意，死重大，成本高。最大的問題還是在 V 形尾。V 形尾重量輕，隱身好，阻力小，但 V 形尾一動，在滾轉(zhuǎn)和偏航上就有交聯(lián)，對飛行控制系統(tǒng)的要求很高，對機動性的影響也大，YF-23 就是栽在這上面。麥道的方案在還沒有進入最后的對比試飛前就被淘汰了。JSF 落選對麥道是致命的，這個曾經(jīng)研制 F-4、F-15，主要承包 F-18、AV-8 的公司，就這樣降下了帷幕。麥道 JSF 的方案可以看到 YF-23 的很多影子，尤其是它的 V 形尾但麥道 JSF 的進氣道有很重的 F-22 的影子 / 其升力發(fā)動機在理論上可以在主發(fā)動機故障或戰(zhàn)損的時候，單獨將飛機返航回去麥道在情急之中，增加了鴨翼，力圖彌補 V 形尾控制不足的問題，但為時已晚 盡管波音在二戰(zhàn)之前就再也沒有得到過美國戰(zhàn)斗機的訂單，但波音對所有戰(zhàn)斗機競爭從不放過，屢敗屢戰(zhàn)。正因為沒有歷史，波音也就沒有包袱，設(shè)計方案就敢于另 類。波音 JSF 方案是一反美國常規(guī)的大三角翼方案，采用和“鷂”式相似的升力-巡航發(fā)動機，其血盆大口一般的超大進氣道十分引人注目。由于發(fā)動機要盡量前置，進氣道只能 又大又短，這給隱身帶來很大的問題。波音用“雷達屏障”（radar blocker）來解決，就是在進氣道中用涂覆雷達吸波材料的導(dǎo)流片使進氣氣流有一定的扭轉(zhuǎn)后才進入風(fēng)扇正面，而這扭轉(zhuǎn)就有效地阻止電磁波長驅(qū)直入，多次 折射、反射的電磁波被反復(fù)吸收能量，最后反射回入射方向時能量已經(jīng)大大降低，達到降低雷達特征的效果。麥道的 F-18E 的進氣道也是采用了類似的技術(shù)，才達到準(zhǔn)隱身效果的。導(dǎo)流片的另外一個作用是將進氣氣流理順，增加風(fēng)扇的效率。缺點是結(jié)構(gòu)重量，和導(dǎo)流片產(chǎn)生的進氣壓力損 失。波音 JSF 得到最后對比試飛的資格，代號為 X-32。X-32 的 F119 改型增加了前轉(zhuǎn)向噴嘴以產(chǎn)生機體重心處的垂直升力，其后是延長的尾噴管，在機尾噴氣，尾噴管可以推力轉(zhuǎn)向，但用于改善機動性，而不是用于產(chǎn)生垂直升力。事 實上，在垂直起落是，主要垂直升力由前噴嘴實現(xiàn)，姿態(tài)控制噴嘴實現(xiàn)其余的升力，尾噴管關(guān)閉。X-32 的 F119 還有一個特色：從發(fā)動機風(fēng)扇引出高壓空氣，在前機體下方向下噴射，形成氣簾，阻止熾熱噴氣回流到進氣口。發(fā)動機上所有和垂直起落有關(guān)的額外系統(tǒng)總重約 300 公斤。X-32 肥厚、寬大的機翼為機內(nèi)燃油提供了極大的容積，機翼翼載小，機動性相當(dāng)好。X-32 的問題在于過于圍繞垂直起落性能而設(shè)計，常規(guī)起落的性能損失太大。海軍對此尤其敏感，對無尾三角翼布局極力反對，因為航母上起落所必需的大迎角性能難以得 到保證。波音試圖亡羊補牢，在最后時刻將 X-32 改稱有尾布局，但為時已晚。波音 JSF 最大的特點有兩個：一個是無尾三角翼，這是康維爾 F-106 后第一架美國的無尾三角翼戰(zhàn)斗機 / 第二個特點是其超大的進氣道，這是采用機內(nèi)的升力-巡航發(fā)動機所必需，但對前向隱身帶來很大的挑戰(zhàn)波音 JSF 的肥大的機體對布置武器艙十分有利 / 但波音 JSF 也是美國現(xiàn)代航空史上少有的丑陋波 音 X-32 的垂直升力機制基本和“鷂”式同出一轍，不同的是后向噴管一直延伸到機尾，在垂直起落時，使用偏轉(zhuǎn)裝置，從機身重心附近就“提前”噴射出來，這樣對后機身 氣動設(shè)計比較容易 / 懸停中的 X-32，不容易看到的是，進氣口稍后的地方，有一個輔助噴口，有壓氣機導(dǎo)出高壓空氣，向下噴射一道冷空氣簾，用于阻隔熾熱噴氣的回吸波音和洛克希德的不同的 F119 發(fā)動機變形，其中藍色的部分為基本發(fā)動機，黃色部分為垂直起落專用的擴充部分波音方案的 F119 發(fā)動機，可以看到其轉(zhuǎn)向噴嘴和氣簾噴射裝置海軍對 短距起落和大迎角性能特別講究，強烈反對波音 X-32 的無尾三角翼布局 / 面對海軍的強烈反對，波音在最后時刻將 X-32 的無尾三角翼改稱有尾，從根本上打亂了設(shè)計進程，也對用戶帶來很大的混亂但 X-32 的“超級大嘴”依然保留，給關(guān)注隱身的人們帶來極大的疑惑 洛克希德 JSF 基本就是 F-22 的縮小版。洛克希德 JSF 在早期曾經(jīng)設(shè)想過用鴨式布局，但不久就放棄了，回到駕輕就熟的常規(guī)布局，采用與 F-22 相似的菱形翼和外傾的雙垂尾，此外并無驚人之筆。不過在性能上比較平衡，不會出大的意外，符合 JSF 最低風(fēng)險和成本的原則。在氣動設(shè)計上，洛克希德 JSF 的最大特點是“無邊界層分離板超音速進氣道”（Diverterless Supersonic Intake，簡稱 DSI），既改善了隱身，又提高了進氣效率。洛克希德為了少走彎路，早早和雅可夫列夫合作，吸取前者在垂直起落戰(zhàn)斗機研制上的經(jīng)驗，最后方案和雅克-41 有相似之處也就不奇怪了。洛克希德 JSF 采用升力風(fēng)扇加升力-巡航發(fā)動機的方案，不過在升力風(fēng)扇的驅(qū)動方式上有過一段猶豫，最后采用了技術(shù)上比較成熟的軸驅(qū)動，配以號稱世界上最強大的離合器，在 不用垂直升力的時候，離合器將驅(qū)動軸和升力風(fēng)扇脫開。洛克希德最初是想用噴氣驅(qū)動的升力風(fēng)扇的，也就是說，將低壓壓氣機后的壓縮空氣引出一股，折向前面， 驅(qū)動升力風(fēng)扇。驅(qū)動方式可以向軸心的渦輪吹氣以驅(qū)動風(fēng)扇，或者向升力風(fēng)扇的翼尖吹氣，像驅(qū)動水輪一樣，也就是所謂的 tip je