【探索時分】美國第五代戰機如何垂直起降?

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【新唐人北京時間2021年11月11日訊】美國的F35戰機作為最先進的第五代戰機,不僅具有超音速巡航、極強的隱身能力和超視距打擊能力,最突出的特點是可以進行垂直起降。上一款可以垂直起降的戰鬥機,還是英國研發的鷂式戰鬥機,屬於二代半戰鬥機,只能亞音速不能超音速。而F35不僅可以超音速巡航,而且可以垂直起降,就改變了整個航空界的格局,它使得飛機的部署更為靈活。

比如說,日本一開始只採購了45架F35A,不能垂直起飛。之後,看到F35的卓越性能增購了102架,其中大量都是能夠垂直起降的F35B。為什麼呢?因為在日本西南琉球群島缺少高質量的長距離跑道,那F35這種短距起降就非常適合日本。同時,日本還有兩棲攻擊艦,搭載上短距起降F35B,就可以轉變成航母。

只要有一艘有全通甲板的軍艦 可成航空母艦

F35B的出現,就使得很多國家原本沒有經濟實力,沒有科技實力去造航母的,但隨著F35B的出現,你只要有一艘有全通甲板的軍艦,不管你是兩棲攻擊艦也好,不管你是直升機航母也好,你瞬間就可以變成能夠搭載第五代最先進戰機的航空母艦。

所以隨著F35B的服役,像日本、韓國、英國、意大利的海軍航空兵實力大大增強,那我們今天就來好好聊一聊,F35到底是怎麼垂直起降的,美國人用了哪些先進的技術?

F35B是短距起飛 垂直降落

很多人認為F35是垂直起降,準確來說,F35B是短距起飛,垂直降落。這一點和傳統意義上的垂直起降有很大的區別。英國研發的鷂式戰鬥機和俄羅斯的雅克三八都是垂直起降,美國海軍和海軍陸戰隊後來引進了英國的鷂式戰鬥機,經過實戰,就發現了完全垂直起飛,並沒有太大的戰術意義,因為垂直起飛,要求發動機提供全部的升力。

這樣對起飛重量有非常嚴格的要求,所以戰機往往無法滿載起飛,不要說掛載重型武器了,甚至你內部油箱都無法裝滿油。比如說吧,鷂式戰鬥機攜帶武器,它垂直起飛的作戰半徑只有92公里,甚至還沒有驅逐艦自身的導彈射程遠。

而短距起飛,飛機滑行一段距離,將飛機加速到一定速度後,這個時候飛機本身已經能夠提供一定的升力。這個時候再動用矢量發動機提供向上的升力,對發動機的負擔就會大大降低,可以有更大的起飛重量。

雖然滑跑需要一點空間,但這個空間已經非常小了,相比機場只是一個零頭,在很多地方都是能夠找到足夠空間,特別是美國的兩棲攻擊艦上甲板足夠長,完全可以讓你短距離起飛,從而使得你飛機的作戰半徑更大,載彈量更大。所以F35最佳作戰模式是滿彈滿油短距離起飛,等回程的時候你的彈藥和燃油已經消耗了一部分了,這個時候你可以垂直降落。

我們再多說一句,F35B既然可以垂直降落,它就可以垂直起飛,只不過垂直起飛的時候有重量要求。F35B垂直起飛時,起飛重量只有16.8噸,而F35B本身的空重就已經達到了14.7噸,你就是不裝彈藥你的油都加不滿。所以在絕大多數執行戰術任務的時候,F35B都會優先選擇短距離起飛。

F35作為第五代戰機 垂直起降方案更先進

歷史上英國和俄羅斯人都開發過垂直起降的戰鬥機,像英國的鷂式和蘇聯的雅克三八,但是F35作為第五代戰機,它的垂直起降方案要比之前兩者更加先進,那這又是怎麼回事呢?

前蘇聯的雅克三八垂直起降,它其實裝了三部發動機,一個發動機位於機尾,它主要負責推進。而在垂直起降的時候,主發動機的噴管向下,提供向上的升力,同時在機頭後方,還有兩部小型發動機,平時飛行的時候是關機狀態,垂直起降的時候向下做功產生推力,那我們看見了方案非常冗雜,你需要三台發動機,同時控制三台發動機,不僅占地方,而且效率低。機頭後方的小發動機平時飛行的時候,是不起任何作用的。

英國的鷂式戰鬥機使用一台飛馬發動機,當飛機垂直起飛時,發動機四個噴管轉到垂直向下的位置,提供的是向上的推力,使飛機垂直上升。當噴口向後的時候,產生的是向後的推力,就可以前進飛行。歷史上英國研發鷂式戰鬥機,是為在核戰時機場被戰術核武器摧毀時,能夠從停車場或者林中空地起降保衛領空。後來被設計修改為用作航空母艦艦載機。鷂式戰鬥機屬於亞音速飛機。缺點是航程過短,載彈量過小。

但是我們看F35B的升力方案。可以說是獨闢蹊徑,繞開了雅克三八和鷂式戰鬥機,非常創新地提出了一個升力風扇的系統,什麼意思呢?我們看視頻裡面F35B垂直起飛的時候,駕駛艙後面蓋板打開,裡面裝的是什麼呢?就是這個升力風扇。說白了,你可以把它當作一個直升機的螺旋槳,它在旋轉的時候產生的都是向上的升力。升力風扇自身不能產生動力,它是通過一個長長的傳動軸連接在主發動機上,由主發動機的低壓渦輪帶動。

同時,還有一個離合器用來控制升力風扇和主發動機的離合,平時的時候風扇和發動機脫開,風扇不工作,只有在垂直起飛的時候,升力風扇上方和下方的蓋板打開,離合器將升力風扇和傳動軸連接起來。主發動機的低壓渦輪就直接將功率傳遞到升力風扇上,驅動升力風扇旋轉,提供升力。這個設計我覺得是非常巧妙的,因為升力風扇不需要額外的動力,由主發動機提供動力,而升力風扇相對於渦噴發動機來說提供的升力更為穩定,效率也更高。

F35B一共有四個噴口。其中機身中軸線上的兩個,前面的是升力風扇,後面的是主發動機,提供主要的升力(約91%),而機翼下方的兩個小噴口,提供較小的推力,用於平衡以及姿態調整。三個噴口噴出的都是冷空氣,尾噴口噴出的是高溫燃氣。

在升力風扇工作的同時,主發動機是矢量發動機,噴口可以調轉90度向下噴出氣體,在機尾也提供向上的升力。被噴口噴出的是發動機渦輪產生的高溫燃氣,它不僅可以偏轉90度,它甚至還可以偏轉到其它角度,甚至是大於90度向前偏轉。很多發動機現在都號稱叫矢量發動機,但其實都沒法和F35裝備的這款F135矢量發動機相比。

比如說,中國目前研發的渦扇10C號稱是矢量發動機,渦扇15峨眉也是號稱矢量發動機,但是它們的偏轉角度一般最多不超過25度,能夠更好地調整飛機的飛行姿態,但是和F35B這種偏轉90度,甚至偏轉100度相比呀,技術上仍然還有不小的差距。

F135是一款非常成功的發動機

F135是一款非常成功的發動機,是普拉特‧惠特尼公司開發的,該公司已經將F135的最大推力由191.27千牛提升至204.12千牛,超過20噸——這是世界航空史上第一次出現最大加力超越200千牛的戰鬥機用的渦扇噴氣式發動機。這是一個什麼概念呢?就是殲10和殲20用的俄羅斯發動機AL31,最大推力只有127千牛,幾乎只有F135的百分之六十。

同時,耗油率竟然能夠降低5%~6%。而在第二階段,F135渦扇噴氣式發動機的耗油率將再降低5%。此外,由於採用了先進的模塊化設計,已經交付的F135渦扇噴氣式發動機通過更換相應的模塊,就可以得到與新生產的改進型發動機相同的性能提升。這也就意味著目前幾乎所有出廠和服役的各型F35戰機都將很容易獲得更為出色的飛行性能以及更遠的航程。

F35B設計的主要起飛方式是短距起飛

F35B設計的主要起飛方式是短距起飛,在這種模式下:升力風扇也需要工作,尾噴口也需要偏轉,但並不需要提供全部的升力。事實上起飛時升力風扇的噴流向後傾斜15度,飛機的主發動機向下傾斜65度,發動機大約會產生總推力72%的水平方向推力,和總推力68%的升力。在這種情況下,F35B滑跑122米可以達到22.7噸的起飛重量。扣除14.7噸的空重,還有8噸的有效載荷,可以裝滿燃油(6.1噸)並攜帶1.9噸的彈藥。

如果進一步加長短距起飛的滑跑距離並配合滑越甲板(英國伊麗莎白女王級航母為F35B準備了167米的滑越跑道),F35B甚至可以以27噸的設計最大起飛重量起飛,這時的有效載荷達12.3噸,從而具備極強的作戰能力。

今天主要從技術角度分析了F35是怎樣垂直起降的,它其實結合了美國最強的科技實力和軍事能力。今天就和大家介紹到這裡。

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探索時分】節目組製作

(責任編輯:李紅)

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