中国垂直／短距起降战机之梦（转载）

垂直／短距起降飞机因其独特的性能而备受各国军方的青睐。但其技术复杂，目前只有美英等极少数国家才有独立研发的能力。这里有一种相对简单的、以气动升力风扇为基础而描绘的中国未来垂直／短距起降飞机之构想，有兴趣的网友不妨与我一起探讨其技术可行性。

　　首先大致介绍一下各国垂直／短距飞机升力系统的结构以及气动升力风扇的基本情况。英国著名的“鹞”式及其改型ＡＶ－８设有４个转向喷管，通过调节喷管的方向可以实现飞机的垂直升降与平飞；俄罗斯的雅克－３８采用的是复合升力结构，由一台垂直安装于飞行座舱后的专用喷气升力发动机与主发动机一起构成垂直升力系统；美国的ＪＳＦ在性能上是最为先进。以洛克希德公司Ｘ－３５为例，其垂直升力系统是由一组升力风扇和一台喷管可转向主发动机共同构成。升力风扇垂直安装于飞行座舱后部，为二级正反转结构，由主发动机通过传动轴驱动。风扇的直径为１．２７米，最大空气流量为２２７千克／秒，可产生８１．８千牛（约８吨）的推力。在垂直升降过程中，主发动机喷口下转９０°与升力风扇共同工作，两者相加的垂直上升推力约为１６吨，可保证总重１４吨飞机垂直升降。

　　与上述系统相比，气动升力风扇要简单得多。所谓气动风扇就是由小型喷气装置为驱动动力的风扇。其工作原理是：在风扇的外围设置若干个以过氧化氢为燃料的单组元小型喷气装置，当这些喷气装置工作时便会驱动风扇高速旋转，从而产生强大的推力。现在与这种气动风扇相类似的系统已在实际试验当中，如美国有一种名为“旋子”的单级重复使用火箭就是利用气动旋翼垂直着陆回收的。这种火箭的头部安装有从直升机上移植的四叶旋翼，当火箭再入大气层时先用展开的旋翼以自旋的方式控制落速与落点，快接近地面时位于翼尖上的过氧化氢喷气装置启动，推动桨叶快速旋转从而使火箭象直升机那样平缓地垂直着陆。这种气动旋翼的效率很高，目前喷气装置以６４０公斤的推力驱动螺旋桨可使４．５吨的火箭样机上升到４０００米高空，将来适当增加喷气装置的功率还可以保证重达１５吨重火箭实体安全着陆。若气动升力风扇的直径为１米左右、喷气装置的功率适当，则其推力也有望达到５～１０吨左右。很明显，与传统的机械发动机和机械传动系统相比，气动风扇系统要简单得多、重量也要轻得多；不过气动风扇缺点也很突出：燃料消耗太大，只可短时间使用。所幸的是垂直／短距起降飞机的升力发动机工作时间很短，只有几分钟，这就为气动升力风扇的实际应用提供了可能。

　　下面就以气动风扇为基础，对中国未来垂直短距起降飞机的情况作些描画。

　　一、垂直起降型，暂称歼－１０Ｘ。歼－１０Ｘ的升力布局与美国ＪＳＦ／Ｘ－３５基本相同，由一台喷管可转向主发动机与一组气动升力风扇共同提供垂直升力。歼－１０Ｘ的气动风扇也为两级正反转结构并垂直安装于飞行座舱后部，其直径为１米左右，推力在５～１０吨之间。歼－１０Ｘ与Ｘ－３５的区别仅在于：Ｘ－３５的风扇是由主发动机通过传动轴驱动，而歼－１０Ｘ的风扇是由喷气装置直接驱动。歼－１０Ｘ的气动风扇不仅技术更简单、更轻巧，而且它的推力有更大的增长空间：因为它不受主发动功率的制约，理论上只要增加喷气装置的功率就可增加气动风扇的推力，而且喷气装置喷出的高速气体经筒壁折射后会高速冲击风扇叶面，这也会产生相应的附加升力，直至于和主发动机最大推力相等（Ｘ－３５的风扇推力最大只能是主发动机的１／２）。这就为发展全载重垂直起降飞机提供了可能！尽管气动风扇优点显著，但其缺点上面已经提过：燃料消耗太大。以过氧化氢喷气装置为例，若其推力为６４０公斤，按１７００米／秒的比冲计算，１秒钟就要消耗近４公斤过氧化氢，５分钟就是１２００公斤。所以除非必要，歼－１０Ｘ最好是采用滑跑起飞－垂直着陆的方式进行起降作业。虽然若用过氧化氢／航空煤油之类双组元喷气系统则会相应减少燃料消耗，但是这会增加系统的复杂性。不过有一种方案更能节省燃料，并且有更佳的实用性能这就是──

　　二、超短矩起降飞机，暂称歼－１２Ｘ。歼－１２Ｘ的动力系统由一台或两台主发动机与一组带伸缩式矢量喷管的升力发动机构成。主发动机不要求具备矢量转向喷管，歼－１２Ｘ的重点是气动风扇。此型气动风扇的

　　结构与歼－１０Ｘ相同，只是多了个伸缩式矢量喷管。当气动风扇工作时喷管放出并可作前后９０度摆动，不工作时则收于机腹之中。下面来以歼－１２Ｘ的起飞、降落过程具体展示其动力系统的运作。

　　（一）起飞过程：飞行员将气动风扇的喷管后转９０°，使之与主发动机喷管呈平行状态，接着让主发动机和气动风扇以最大推力工作、松刹车；飞机滑出４０～５０米后飞行员拉杆，气动风扇的喷管便随之转向与地面成近乎垂直状态(６０°～８０°)。在气动风扇强大的垂直推力的作用下机头快速抬起；待机头角度达到一定值时飞行员回杆，气动风扇喷管回位至一定角度，在保持飞机既定攻角的同时与主发动机形成一股强大的上升合力，飞机瞬间便可立地而起；等飞机速度达到安全值时飞行员关闭气动风扇并收起风扇喷管和起落架，起飞过程完成。（二）降落过程：飞行员驾机以下滑曲线飞向跑道。当速度低于２００～２４０公里／小时、机翼升力不足或快要消失时启动气动风扇；对主发动机推力和气动风扇的推力进行调节（气动风扇的垂直推力主要是通过改变喷管的角度实现的），使之形成一股大小、角度适当的升力并以此抵消飞机的下沉作用，最后使飞机以几十公里／小时低速度着陆，快速将气动风扇喷管向前偏转９０°，强大的反推作用使飞机在几十米内的距离内停住。

　　从歼－１２Ｘ起降过程的演示可以看出其性能的卓越：①近乎于垂直起降。几十米的起飞、降落距离和几十公里／小时的起飞、着陆速度是普通飞机根本无法比拟的。②气动风扇工作时间短，起降总耗时只有２分钟左右，可以节省大量燃料。③不要求主发动机和气动风扇的推力均衡，因而可以让主发动机以最大加力状态工作，可增加其起飞载弹量／载油量。④极适合在航母上使用。若从航母滑路起飞，歼－１２Ｘ可以携带更多的燃油和弹药，即便飞机离舰速度很低、即便飞机的推重比可能小于１，但这也没有什么关系：因为气动风扇的强大推力抵消了飞机的沉降作用，使得主发动机可以从容地给飞机加速。由于降落速度小，飞机几乎不需要拦阻索，即便使用也会使拦阻过载大大降低。

　　为实现超短距起降，相应的技术条件则是必不可少的。首先，气动风扇与主发动机的合力要大于飞机的起飞重量，即飞机的起飞推重比要大于１（如果是滑跃起飞，推重比可以适当降低）；其次，气动风扇的推力要足够大，要具备让飞机原地抬头的能力；再次，要有可靠、完善的电传操作系统，因为歼－１２Ｘ的操纵面和操作要素很多，仅靠飞行员手工无法完成，只能借助于高度自动化的电传系统；另外，矢量喷管的控制要很灵活。因为风扇的垂直推力大小主要是通过改变喷管角度来实现的；还有，飞机不适宜采用机腹进气布局，最好是采用两侧进气。

　　除了在上述有人驾驶垂直／短距起降飞机上应用外，气动风扇还可用来发展无人型垂直／短距起降飞机。无人机在未来高技术战争中将占有极为重要的地位，而垂直起落型无人机则更是各国发展的重点。无人机成本低廉，若中国打算发展气动风扇技术的话可以先从无人型垂直起落飞机入手，待相关技术成熟、可靠之后再移植到有人垂直／短距起降飞机上。气动风扇还可作为一种短时增升／增力设备为某些特种飞机所选用。

　　若上述各型垂直／短距起降飞机研发成功的话，其积极意义将无需多言：中国又增加了一柄克敌制胜的利剑；将这些装备输出到国外不仅可以获取高额利润，还可给广大中小国家对抗强权提供了一种有力的保证：垂直起降飞机对机场依赖不大，不会被一举消灭在机场；垂直短距起降飞机还将大幅降低航母的技术门槛，为中国规模化地发展航母作战群创造更加有利的条件……，总之，前景一片美好！但是，以上仅是美好的展望，这一切均建立在这样一个前提：气动风扇的技术可行且可以投入实用。垂直／短距起降飞机因其独特的性能而备受各国军方的青睐。但其技术复杂，目前只有美英等极少数国家才有独立研发的能力。这里有一种相对简单的、以气动升力风扇为基础而描绘的中国未来垂直／短距起降飞机之构想，有兴趣的网友不妨与我一起探讨其技术可行性。

　　首先大致介绍一下各国垂直／短距飞机升力系统的结构以及气动升力风扇的基本情况。英国著名的“鹞”式及其改型ＡＶ－８设有４个转向喷管，通过调节喷管的方向可以实现飞机的垂直升降与平飞；俄罗斯的雅克－３８采用的是复合升力结构，由一台垂直安装于飞行座舱后的专用喷气升力发动机与主发动机一起构成垂直升力系统；美国的ＪＳＦ在性能上是最为先进。以洛克希德公司Ｘ－３５为例，其垂直升力系统是由一组升力风扇和一台喷管可转向主发动机共同构成。升力风扇垂直安装于飞行座舱后部，为二级正反转结构，由主发动机通过传动轴驱动。风扇的直径为１．２７米，最大空气流量为２２７千克／秒，可产生８１．８千牛（约８吨）的推力。在垂直升降过程中，主发动机喷口下转９０°与升力风扇共同工作，两者相加的垂直上升推力约为１６吨，可保证总重１４吨飞机垂直升降。

　　与上述系统相比，气动升力风扇要简单得多。所谓气动风扇就是由小型喷气装置为驱动动力的风扇。其工作原理是：在风扇的外围设置若干个以过氧化氢为燃料的单组元小型喷气装置，当这些喷气装置工作时便会驱动风扇高速旋转，从而产生强大的推力。现在与这种气动风扇相类似的系统已在实际试验当中，如美国有一种名为“旋子”的单级重复使用火箭就是利用气动旋翼垂直着陆回收的。这种火箭的头部安装有从直升机上移植的四叶旋翼，当火箭再入大气层时先用展开的旋翼以自旋的方式控制落速与落点，快接近地面时位于翼尖上的过氧化氢喷气装置启动，推动桨叶快速旋转从而使火箭象直升机那样平缓地垂直着陆。这种气动旋翼的效率很高，目前喷气装置以６４０公斤的推力驱动螺旋桨可使４．５吨的火箭样机上升到４０００米高空，将来适当增加喷气装置的功率还可以保证重达１５吨重火箭实体安全着陆。若气动升力风扇的直径为１米左右、喷气装置的功率适当，则其推力也有望达到５～１０吨左右。很明显，与传统的机械发动机和机械传动系统相比，气动风扇系统要简单得多、重量也要轻得多；不过气动风扇缺点也很突出：燃料消耗太大，只可短时间使用。所幸的是垂直／短距起降飞机的升力发动机工作时间很短，只有几分钟，这就为气动升力风扇的实际应用提供了可能。

　　下面就以气动风扇为基础，对中国未来垂直短距起降飞机的情况作些描画。

　　一、垂直起降型，暂称歼－１０Ｘ。歼－１０Ｘ的升力布局与美国ＪＳＦ／Ｘ－３５基本相同，由一台喷管可转向主发动机与一组气动升力风扇共同提供垂直升力。歼－１０Ｘ的气动风扇也为两级正反转结构并垂直安装于飞行座舱后部，其直径为１米左右，推力在５～１０吨之间。歼－１０Ｘ与Ｘ－３５的区别仅在于：Ｘ－３５的风扇是由主发动机通过传动轴驱动，而歼－１０Ｘ的风扇是由喷气装置直接驱动。歼－１０Ｘ的气动风扇不仅技术更简单、更轻巧，而且它的推力有更大的增长空间：因为它不受主发动功率的制约，理论上只要增加喷气装置的功率就可增加气动风扇的推力，而且喷气装置喷出的高速气体经筒壁折射后会高速冲击风扇叶面，这也会产生相应的附加升力，直至于和主发动机最大推力相等（Ｘ－３５的风扇推力最大只能是主发动机的１／２）。这就为发展全载重垂直起降飞机提供了可能！尽管气动风扇优点显著，但其缺点上面已经提过：燃料消耗太大。以过氧化氢喷气装置为例，若其推力为６４０公斤，按１７００米／秒的比冲计算，１秒钟就要消耗近４公斤过氧化氢，５分钟就是１２００公斤。所以除非必要，歼－１０Ｘ最好是采用滑跑起飞－垂直着陆的方式进行起降作业。虽然若用过氧化氢／航空煤油之类双组元喷气系统则会相应减少燃料消耗，但是这会增加系统的复杂性。不过有一种方案更能节省燃料，并且有更佳的实用性能这就是──

　　二、超短矩起降飞机，暂称歼－１２Ｘ。歼－１２Ｘ的动力系统由一台或两台主发动机与一组带伸缩式矢量喷管的升力发动机构成。主发动机不要求具备矢量转向喷管，歼－１２Ｘ的重点是气动风扇。此型气动风扇的

　　结构与歼－１０Ｘ相同，只是多了个伸缩式矢量喷管。当气动风扇工作时喷管放出并可作前后９０度摆动，不工作时则收于机腹之中。下面来以歼－１２Ｘ的起飞、降落过程具体展示其动力系统的运作。

　　（一）起飞过程：飞行员将气动风扇的喷管后转９０°，使之与主发动机喷管呈平行状态，接着让主发动机和气动风扇以最大推力工作、松刹车；飞机滑出４０～５０米后飞行员拉杆，气动风扇的喷管便随之转向与地面成近乎垂直状态(６０°～８０°)。在气动风扇强大的垂直推力的作用下机头快速抬起；待机头角度达到一定值时飞行员回杆，气动风扇喷管回位至一定角度，在保持飞机既定攻角的同时与主发动机形成一股强大的上升合力，飞机瞬间便可立地而起；等飞机速度达到安全值时飞行员关闭气动风扇并收起风扇喷管和起落架，起飞过程完成。（二）降落过程：飞行员驾机以下滑曲线飞向跑道。当速度低于２００～２４０公里／小时、机翼升力不足或快要消失时启动气动风扇；对主发动机推力和气动风扇的推力进行调节（气动风扇的垂直推力主要是通过改变喷管的角度实现的），使之形成一股大小、角度适当的升力并以此抵消飞机的下沉作用，最后使飞机以几十公里／小时低速度着陆，快速将气动风扇喷管向前偏转９０°，强大的反推作用使飞机在几十米内的距离内停住。

　　从歼－１２Ｘ起降过程的演示可以看出其性能的卓越：①近乎于垂直起降。几十米的起飞、降落距离和几十公里／小时的起飞、着陆速度是普通飞机根本无法比拟的。②气动风扇工作时间短，起降总耗时只有２分钟左右，可以节省大量燃料。③不要求主发动机和气动风扇的推力均衡，因而可以让主发动机以最大加力状态工作，可增加其起飞载弹量／载油量。④极适合在航母上使用。若从航母滑路起飞，歼－１２Ｘ可以携带更多的燃油和弹药，即便飞机离舰速度很低、即便飞机的推重比可能小于１，但这也没有什么关系：因为气动风扇的强大推力抵消了飞机的沉降作用，使得主发动机可以从容地给飞机加速。由于降落速度小，飞机几乎不需要拦阻索，即便使用也会使拦阻过载大大降低。

　　为实现超短距起降，相应的技术条件则是必不可少的。首先，气动风扇与主发动机的合力要大于飞机的起飞重量，即飞机的起飞推重比要大于１（如果是滑跃起飞，推重比可以适当降低）；其次，气动风扇的推力要足够大，要具备让飞机原地抬头的能力；再次，要有可靠、完善的电传操作系统，因为歼－１２Ｘ的操纵面和操作要素很多，仅靠飞行员手工无法完成，只能借助于高度自动化的电传系统；另外，矢量喷管的控制要很灵活。因为风扇的垂直推力大小主要是通过改变喷管角度来实现的；还有，飞机不适宜采用机腹进气布局，最好是采用两侧进气。

　　除了在上述有人驾驶垂直／短距起降飞机上应用外，气动风扇还可用来发展无人型垂直／短距起降飞机。无人机在未来高技术战争中将占有极为重要的地位，而垂直起落型无人机则更是各国发展的重点。无人机成本低廉，若中国打算发展气动风扇技术的话可以先从无人型垂直起落飞机入手，待相关技术成熟、可靠之后再移植到有人垂直／短距起降飞机上。气动风扇还可作为一种短时增升／增力设备为某些特种飞机所选用。

　　若上述各型垂直／短距起降飞机研发成功的话，其积极意义将无需多言：中国又增加了一柄克敌制胜的利剑；将这些装备输出到国外不仅可以获取高额利润，还可给广大中小国家对抗强权提供了一种有力的保证：垂直起降飞机对机场依赖不大，不会被一举消灭在机场；垂直短距起降飞机还将大幅降低航母的技术门槛，为中国规模化地发展航母作战群创造更加有利的条件……，总之，前景一片美好！但是，以上仅是美好的展望，这一切均建立在这样一个前提：气动风扇的技术可行且可以投入实用。