鷂式戰鬥機爲什麼能垂直起降?

李志慨


鷂式戰鬥機能垂直起降的秘密全在於其羅爾斯·羅伊斯“飛馬”發動機,該發動機是該機垂直起降的核心技術。

從結構上看,“飛馬”矢量推力發動機是一種雙轉子大涵道比非加力渦扇發動機,具有三級低壓壓氣機和八級高壓壓氣機,分別由兩級低壓渦輪和兩級高壓渦輪驅動。不同尋常的是低壓和高壓轉子以相反方向旋轉,大大降低了陀螺效應,以避免影響鷂式的低速機動性。“飛馬”發動機的低壓壓氣機和高壓壓氣機葉片全部採用鈦合金製造以降低重量。由於涵道比大,所以發動機推力很大,以“飛馬”11-61為例,最大推力達到了106kN,也就是10.7噸。



“飛馬”發動機尾部封閉,在機匣四周佈置有4個四個旋轉矢量噴管,其矢量推力系統的結構非常簡單。當4個噴管同時旋轉向下時,飛機就可以懸停、垂直上升或下降。當4個噴管同時旋轉向後時,鷂就能像普通飛機一樣飛行了。當鷂式處於懸停和平飛之間的過渡狀態時,旋轉噴管也在從朝下向超後位置旋轉。

“飛馬”發動機的兩個前旋轉噴管是鋼製,其氣流來自低壓壓氣機,排氣溫度相對較低。後旋轉噴管採用鈮錳耐高溫合金製造以承受發動機燃燒室的高溫燃氣,排氣溫度達650°C。前後噴管間的氣流流量之比約為60/40。



在姿態轉換過程中,4個噴管間同步旋轉至關重要,否則就會使鷂式因平衡性問題而墜機。高壓壓氣機引氣通過驅動兩個氣動馬達來同步旋轉4個噴管,噴管最大旋轉範圍達到98.5度。



“飛馬”發動機安裝在鷂的機身中央,使4個旋轉噴管圍繞著飛機重心佈置。但這樣設計也帶來可嚴重的維護性問題,鷂式在更換髮動機時必須先拆下整個機翼,至少需要8個小時。


飛豬漲姿勢


鷂式是世界首款實用型的垂直起降戰鬥機,該機所以能夠垂直起降得益於一顆強悍的“心臟”——英國航發巨頭羅羅公司研製的“飛馬”發動機。

飛馬發動機解剖

垂直起降要求飛機發動機提供的直接升力大於起飛重量。另外,垂直起降戰鬥機還要解決垂直起降和平飛之間的轉換。各國為了研製垂直起降戰鬥機走了不少彎路,例如:洛克希德XFV-1、康維爾XFY-1之類的“尾坐式起飛”,機尾朝下豎立,相當的簡單粗暴;機身安裝了8臺升力發動機的達索幻影IIIV,一度創下2.04馬赫時速,不過也是“然並卵”;發動機可以傾轉的VJ-101,翼尖發動機吊艙起降時垂直向下,平飛時轉為水平狀態,可惜這種設計並不實用。

德國VJ-101發動機傾轉

鷂式採用的“飛馬”發動機則是一種推力轉向渦扇發動機。所謂的推力轉向即為發動機噴管可以在一定角度範圍內進行轉向,從而實現推力的轉換。比如鷂式在起降和懸停時,四個發動機噴管向下,這時候提供的是垂直升力;當鷂式需要平飛時,發動機噴管向後偏轉,這時候提供的是水平推力。

鷂式垂直起降的奧秘

一臺強勁有力的發動機就解決了垂直起降和平飛的問題,不需要更改起降姿態,不需要安裝額外的升力發動機,不需要佔據太多的機身空間,由於是機身內置發動機,也不會像VJ-101的翼尖發動機吊艙那樣造成太大的氣動阻力,而且“飛馬”發動機結構簡單、佈局緊湊,因此鷂式能夠垂直起降全靠它!當然了,由於發動機直徑太大導致鷂式機身比較“粗胖”,加上垂直起降本來就比較耗油,這使得鷂式飛行速度和航程有限。這也是沒有辦法的事情,所謂有得必有失吧......


攔阻著艦


因為它有一臺飛馬矢量噴口發動機,噴口位於機身中部,一共四個,左右各兩個,前面兩個噴出的是渦輪風扇葉片產生的高壓空氣,後兩個噴口噴出的是高溫噴氣,噴口可以90°偏轉。另外機翼前緣有小孔,噴出的是高壓空氣,用於垂尾起降或懸停的時候調整方向。《真實的謊言》裡展現的比較直觀。



閒時論道


採用飛馬噴氣發動機,4個噴口前兩口冷噴在飛行員身後,後兩個為熱噴在尾部,四個噴口向下把飛機抬起來升空,然後噴口逐漸向後水平,冷噴關閉,熱噴工作。垂直升空然油消耗大,且油箱不能加滿,航程受限。全球只有美軍在用,其他英國蘇聯沒有繼續用。


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