【探索时分】美国第五代战机如何垂直起降?

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【新唐人北京时间2021年11月11日讯】美国的F35战机作为最先进的第五代战机,不仅具有超音速巡航、极强的隐身能力和超视距打击能力,最突出的特点是可以进行垂直起降。上一款可以垂直起降的战斗机,还是英国研发的鹞式战斗机,属于二代半战斗机,只能亚音速不能超音速。而F35不仅可以超音速巡航,而且可以垂直起降,就改变了整个航空界的格局,它使得飞机的部署更为灵活。

比如说,日本一开始只采购了45架F35A,不能垂直起飞。之后,看到F35的卓越性能增购了102架,其中大量都是能够垂直起降的F35B。为什么呢?因为在日本西南琉球群岛缺少高质量的长距离跑道,那F35这种短距起降就非常适合日本。同时,日本还有两栖攻击舰,搭载上短距起降F35B,就可以转变成航母。

只要有一艘有全通甲板的军舰 可成航空母舰

F35B的出现,就使得很多国家原本没有经济实力,没有科技实力去造航母的,但随着F35B的出现,你只要有一艘有全通甲板的军舰,不管你是两栖攻击舰也好,不管你是直升机航母也好,你瞬间就可以变成能够搭载第五代最先进战机的航空母舰。

所以随着F35B的服役,像日本、韩国、英国、意大利的海军航空兵实力大大增强,那我们今天就来好好聊一聊,F35到底是怎么垂直起降的,美国人用了哪些先进的技术?

F35B是短距起飞 垂直降落

很多人认为F35是垂直起降,准确来说,F35B是短距起飞,垂直降落。这一点和传统意义上的垂直起降有很大的区别。英国研发的鹞式战斗机和俄罗斯的雅克三八都是垂直起降,美国海军和海军陆战队后来引进了英国的鹞式战斗机,经过实战,就发现了完全垂直起飞,并没有太大的战术意义,因为垂直起飞,要求发动机提供全部的升力。

这样对起飞重量有非常严格的要求,所以战机往往无法满载起飞,不要说挂载重型武器了,甚至你内部油箱都无法装满油。比如说吧,鹞式战斗机携带武器,它垂直起飞的作战半径只有92公里,甚至还没有驱逐舰自身的导弹射程远。

而短距起飞,飞机滑行一段距离,将飞机加速到一定速度后,这个时候飞机本身已经能够提供一定的升力。这个时候再动用矢量发动机提供向上的升力,对发动机的负担就会大大降低,可以有更大的起飞重量。

虽然滑跑需要一点空间,但这个空间已经非常小了,相比机场只是一个零头,在很多地方都是能够找到足够空间,特别是美国的两栖攻击舰上甲板足够长,完全可以让你短距离起飞,从而使得你飞机的作战半径更大,载弹量更大。所以F35最佳作战模式是满弹满油短距离起飞,等回程的时候你的弹药和燃油已经消耗了一部分了,这个时候你可以垂直降落。

我们再多说一句,F35B既然可以垂直降落,它就可以垂直起飞,只不过垂直起飞的时候有重量要求。F35B垂直起飞时,起飞重量只有16.8吨,而F35B本身的空重就已经达到了14.7吨,你就是不装弹药你的油都加不满。所以在绝大多数执行战术任务的时候,F35B都会优先选择短距离起飞。

F35作为第五代战机 垂直起降方案更先进

历史上英国和俄罗斯人都开发过垂直起降的战斗机,像英国的鹞式和苏联的雅克三八,但是F35作为第五代战机,它的垂直起降方案要比之前两者更加先进,那这又是怎么回事呢?

前苏联的雅克三八垂直起降,它其实装了三部发动机,一个发动机位于机尾,它主要负责推进。而在垂直起降的时候,主发动机的喷管向下,提供向上的升力,同时在机头后方,还有两部小型发动机,平时飞行的时候是关机状态,垂直起降的时候向下做功产生推力,那我们看见了方案非常冗杂,你需要三台发动机,同时控制三台发动机,不仅占地方,而且效率低。机头后方的小发动机平时飞行的时候,是不起任何作用的。

英国的鹞式战斗机使用一台飞马发动机,当飞机垂直起飞时,发动机四个喷管转到垂直向下的位置,提供的是向上的推力,使飞机垂直上升。当喷口向后的时候,产生的是向后的推力,就可以前进飞行。历史上英国研发鹞式战斗机,是为在核战时机场被战术核武器摧毁时,能够从停车场或者林中空地起降保卫领空。后来被设计修改为用作航空母舰舰载机。鹞式战斗机属于亚音速飞机。缺点是航程过短,载弹量过小。

但是我们看F35B的升力方案。可以说是独辟蹊径,绕开了雅克三八和鹞式战斗机,非常创新地提出了一个升力风扇的系统,什么意思呢?我们看视频里面F35B垂直起飞的时候,驾驶舱后面盖板打开,里面装的是什么呢?就是这个升力风扇。说白了,你可以把它当作一个直升机的螺旋桨,它在旋转的时候产生的都是向上的升力。升力风扇自身不能产生动力,它是通过一个长长的传动轴连接在主发动机上,由主发动机的低压涡轮带动。

同时,还有一个离合器用来控制升力风扇和主发动机的离合,平时的时候风扇和发动机脱开,风扇不工作,只有在垂直起飞的时候,升力风扇上方和下方的盖板打开,离合器将升力风扇和传动轴连接起来。主发动机的低压涡轮就直接将功率传递到升力风扇上,驱动升力风扇旋转,提供升力。这个设计我觉得是非常巧妙的,因为升力风扇不需要额外的动力,由主发动机提供动力,而升力风扇相对于涡喷发动机来说提供的升力更为稳定,效率也更高。

F35B一共有四个喷口。其中机身中轴线上的两个,前面的是升力风扇,后面的是主发动机,提供主要的升力(约91%),而机翼下方的两个小喷口,提供较小的推力,用于平衡以及姿态调整。三个喷口喷出的都是冷空气,尾喷口喷出的是高温燃气。

在升力风扇工作的同时,主发动机是矢量发动机,喷口可以调转90度向下喷出气体,在机尾也提供向上的升力。被喷口喷出的是发动机涡轮产生的高温燃气,它不仅可以偏转90度,它甚至还可以偏转到其它角度,甚至是大于90度向前偏转。很多发动机现在都号称叫矢量发动机,但其实都没法和F35装备的这款F135矢量发动机相比。

比如说,中国目前研发的涡扇10C号称是矢量发动机,涡扇15峨眉也是号称矢量发动机,但是它们的偏转角度一般最多不超过25度,能够更好地调整飞机的飞行姿态,但是和F35B这种偏转90度,甚至偏转100度相比呀,技术上仍然还有不小的差距。

F135是一款非常成功的发动机

F135是一款非常成功的发动机,是普拉特‧惠特尼公司开发的,该公司已经将F135的最大推力由191.27千牛提升至204.12千牛,超过20吨——这是世界航空史上第一次出现最大加力超越200千牛的战斗机用的涡扇喷气式发动机。这是一个什么概念呢?就是歼10和歼20用的俄罗斯发动机AL31,最大推力只有127千牛,几乎只有F135的百分之六十。

同时,耗油率竟然能够降低5%~6%。而在第二阶段,F135涡扇喷气式发动机的耗油率将再降低5%。此外,由于采用了先进的模块化设计,已经交付的F135涡扇喷气式发动机通过更换相应的模块,就可以得到与新生产的改进型发动机相同的性能提升。这也就意味着目前几乎所有出厂和服役的各型F35战机都将很容易获得更为出色的飞行性能以及更远的航程。

F35B设计的主要起飞方式是短距起飞

F35B设计的主要起飞方式是短距起飞,在这种模式下:升力风扇也需要工作,尾喷口也需要偏转,但并不需要提供全部的升力。事实上起飞时升力风扇的喷流向后倾斜15度,飞机的主发动机向下倾斜65度,发动机大约会产生总推力72%的水平方向推力,和总推力68%的升力。在这种情况下,F35B滑跑122米可以达到22.7吨的起飞重量。扣除14.7吨的空重,还有8吨的有效载荷,可以装满燃油(6.1吨)并携带1.9吨的弹药。

如果进一步加长短距起飞的滑跑距离并配合滑越甲板(英国伊丽莎白女王级航母为F35B准备了167米的滑越跑道),F35B甚至可以以27吨的设计最大起飞重量起飞,这时的有效载荷达12.3吨,从而具备极强的作战能力。

今天主要从技术角度分析了F35是怎样垂直起降的,它其实结合了美国最强的科技实力和军事能力。今天就和大家介绍到这里。

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(责任编辑:李红)

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