垂直起降會是未來飛行器的發展趨勢嗎?

車德莉

幾乎可以說是永遠不會的,這得從飛行器的定義說起。載人航天用的火箭是飛行器,防空導彈是飛行器,直升機是飛行器,戰鬥機也是飛行器。但是他們之間有很大區別的。這其中,戰鬥機代表了以機翼/升力體機身為主要升力來源的空氣動力學飛行器。而其他的都是靠發動機給懟上天。

但是沒有人會懷疑空氣動力學飛行器是飛行器中最主要的,應用最廣泛的。為何?因為空氣動力學飛行器的飛行效率更高。運輸機的推重比只有0.2,但是運輸機可以機翼產生的升力飛上天。而直升機,火箭這些東西要飛上天推重比理論上至少也要大於1。

就算髮動機推力不是問題,發動機也要消耗燃料,而空氣動力學飛行器消耗的燃料永遠是最少的。所以,垂直起降飛行器僅僅是用於特殊要求,而航空方面主要還是得靠空氣動力學飛行器。

垂直起降的戰鬥機是早就有了,英國的AV-8和蘇聯的雅克-38就是很典型的例子,可是這些飛機的性能之差,連超越音速都是一件困難的事情。直到F-35B的服役,人類才造出一款能夠垂直起降且超音速的飛行器。

除開垂直起降戰鬥機,在傾斜旋翼機領域,美國人也研究了XV-15,V-22,V-280等可垂直起降又兼具空氣動力學飛行器的高飛行效率的飛機。但是傾斜旋翼機成本高昂,故障率高,實際的表現也不見得好。而且這種東西原理上也有很大缺陷,美軍的傾斜旋翼機在空中一旦發動機停車幾乎必然墜毀,連迫降的可能性都微乎其微。

民航領域,現如今的寬體式客機的運輸效率已經很高了,換成垂直起降的?這機票怕不是國內航線都能過萬。


貞觀防務

垂直起降一直都是飛行器發展的趨勢之一,只不過過去因為技術條件的限制,未能將垂直起降技術應用於實用飛行器中,當前隨著航空發動機技術的飛速發展,實用化的垂直起降飛行器正在一步步走向我們的生活。

在剛剛過去的一週,美國創見航空科技公司宣佈開始著手研發6座垂直起降客機,用於城市之間的快速通勤。從概念圖來看,該公司研製的代號Vy400的垂直起降客機應用了類似V-22“魚鷹”傾轉旋翼機的傾轉技術,主翼與發動機同步旋轉,起飛之後機翼傾轉轉換至水平飛行狀態。據創見航空透露,Vy400計劃搭載兩臺普拉特·惠特尼PT6A-67F渦槳發動機,設計最高時速650公里/小時,最大航程725公里,從紐約到波士頓之間的通勤時間僅需36分鐘,可以實現城際之間的快速通勤,避開擁堵的地面交通,這也正是未來垂直起降飛行器快速普及的重要驅動力。

除了傳統的飛行器製造商外,越來越多的汽車製造廠商也開始將目光轉向天空,非傳統型的“垂直起降飛行汽車”概念層出不窮,動力也從傳統的燃油驅動轉向混合動力甚至全電推進,這對商用垂直起降飛行器來說是革命性的推動。當然,以當下的技術條件,實現大型客機的垂直起降還不太現實,發動機的推力始終是限制數百噸的大型客機實現垂直起降的最大攔路虎,一旦發動機技術實現突破,未來飛行器實現全垂直起降化將不再是觸不可及的夢想。


軍機圖

不敢說是全部趨勢,至少是趨勢之一。在上個世紀七八十年代,歐美就有過建設全垂直化空軍的設想。這裡說的未來咱們得限定一下時間段,百年以後肯定是不合適,容易流於嘴炮,星際大戰這樣的架空也沒多少實際意義。建議定為二三十年,這是可以根據現有的科學理論,和工程實際基礎,作可以預見的推測。

圖一:其中一個方案:客艙組合輪子套件當汽車跑,加上旋翼套件後就在空中飛。

先說說哪些飛行器不太可能垂直起降。大型噴氣式客機,尤其是遠程寬體客機。升力主要來源還是機翼。為了能讓飛機飛起來,千米以上的跑道是不可缺少的。比較類似的還有戰略運輸機。這些大飛機的推重比一般為0.22-0.25之間。

這裡引入一個推重比的概念,也就是發動機推力與機體重量的比值。只有發動機的推力大於機體重量,也就是超過1,才有可能實現垂直起降。大型客機和戰略運輸機不能垂直起降的原因,並不是說人類造不出更強大的發動機。而是發動機造太大沒有意義,耗油高經濟性不好。給波音777多裝幾個發動機確實能過1,能燒的油能讓航空公司哭死。

圖二:UBER在飛行的士上投入比較大,希望成為領頭羊。

大型飛機0.25的推重比是一個臨界點,能讓飛機通過滑跑飛起來。推力太小飛機就需要更長的跑道。對於戰鬥機來說,推重比過1是比較正常的事情。AV-8鷂式和雅克38雖然能垂直起降,但付出的代價太大,也就欺負直升機和上一代老式戰鬥機有戲。

如果不要求垂直起飛,事情就好辦多了,F-35B毫無疑問,是人類歷史上第一款,能跟同時代常規戰鬥機,打個半斤八兩的短距起飛/垂直降落戰鬥機。F-35B能在百米左右起飛,在實戰中百米左右的平地或是甲板,還是比較容易找到的。

圖三:開飛機比開車難些,所以各家設想的飛行的士大多采用無人駕駛。

在城市交通工具方面,垂直起降的出租車是比較容易實現的,肯定比垂直起降的大巴容易搞。目前空客、UBER和巴航工業,都在搞垂直起降的空中出租車。一般都採用多旋翼佈局,無人駕駛。

總的來說,小玩意比大玩意容易實現垂直起降。戰鬥機方面全垂直起降未必會成為主流,但是降低戰鬥機的起降所用跑道的長度,是大家都在做的事情。


厲兵

眾所周知,目前來講起飛距離最短的起降方式就是垂直起降了,許多國家的航空母艦艦載機都採用了垂直起降這一起降方式,大大的降低了戰機起降對跑道的需要與起飛效率,在很長一段時間內垂直起降應該是最為靠譜且好用的起降方式,但在一段時間之後各國紛紛取消了這種起降方式,不為別的,因為這種起降方式故障率實在是太高了,美國的海鷂式戰鬥機就因為搞故障率被海軍航空兵的飛行員們稱為寡婦製造者,於是到了現在除了一些十分先進的作戰飛機,進行垂直起降的只有直升機了,未來會不會所有飛機都進行垂直起降?其實這在很大程度上是沒有多大必要性的。

垂直起降除了有著十分高的故障率外,因為他要進行垂直起降所以戰機安裝了不止一臺發動機,這使得地勤維修人員的工作量大幅度增加,在陸地機場還好,如果是在海上誰有這麼多配件給他預備著?並且因為這些引擎飛機的重量直線提升,只能靠犧牲攜帶彈藥噸位進行彌補,在戰鬥時它的戰鬥能力就值得懷疑了,且一般來講垂直起降戰鬥機的油耗是普通飛機的幾倍,從經濟上考慮也不需要垂直起降戰鬥機;了,這就是我國一直沒有啟動垂直起降固定翼戰機計劃的原因之一,美國航母敢於搭載垂直起降戰鬥機完全是依靠美國航空母艦戰鬥群強大的後勤能力,除美國之外全世界沒有國家敢這麼玩了。


諸葛小徹

上世紀70年代初,英國人就在全球率先搞出了垂直起降的鷂式戰鬥機,儘管只能亞音速飛行,作戰半斤僅幾百公里,但畢竟是款能垂直起降的戰鬥機。

其中懸停能力,即使在當下,現代空戰中,依然具有獨特的優勢,特別是在規避空空導彈時,突然地轉彎、爬升、下竄和空中懸停,都是有效的規避方法。

(鷂式垂直起降戰鬥機)

時光流逝,將近50年過去了,隨著航空技術的不斷進步,特別是矢量技術的運用,垂直起降的戰鬥機會越來越多,據說美軍最先進的隱身聯合攻擊機F-35艦載版就有垂直起降技術。

因對起降點要求比較低,垂直起降戰鬥機,應該會是未來的發展趨勢,特別是未來海軍傾轉旋翼類垂直起降無人機,大有取代目前的有人駕駛艦載直升機,這個領域的垂直起降類飛行器發展比較快。

近期,美軍以F-35艦載版戰機和V-22魚鷹直升機搭配的垂直起降飛機,推出了兩棲攻擊艦裝備,改變了傳統大型航母成本高、技術難度大的弊端。

(V-22傾轉旋翼垂直起降直升機)

毫無疑問,垂直起降飛行器將隨著美軍的率先裝備,從而在全球迎來一輪裝備的新高潮,誰都不願落後捱打,有條件上沒有條件創造條件也要上,只是軍事鬥爭中的不二法則。

除了軍事上的運用,其實,垂直起降飛行器在民事領域運用也是極為廣泛的,在複雜地形環境執行任務、地震救災、偏僻山區急救,甚至緩解城市地面交通等方面,都具有很大的運用空間。

自萊特兄弟實現了人類飛上藍天的夢想以來,飛行器種類越來越多,從螺旋槳到噴氣式,從直升機到無人機,垂直起降的飛行器因為對起降的場地要求非常低,所以一定是人類軍用飛機重點發展方向,特別是海軍對其需求是很大。

(F-35垂直起降艦載戰鬥機)

一旦驅逐艦、護衛艦級別的水面艦艇,能停駐垂直起降戰鬥機,則防空對海特別是反潛作戰能力,將得到極大的提升。

當然,民用領域的垂直起降飛行器,也是一個發展方向,特別是城市地面交通越來越擁堵的大前提下,突然有一架小型的來去自由的垂直起降飛行器問世,一定會廣受歡迎,成為一款暢銷產品。


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