03.03 歷史上有沒有垂直起降的運輸機或者客機?

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飛行器實現垂直起降,需要的垂直升力有兩種情形:一種依靠噴氣動力的反作用力,一種依靠旋翼產生升力。

狹義上講,垂直起降飛機指固定翼飛機無需藉助跑道,在原地就能垂直起飛和垂直降落。

這種垂直起降主要依靠噴氣動力來實現,而且必須滿足最基本的物理原理:發動機提供的升力要大於飛機本身的重量,也就是推重比要達到1以上。

這對於體型和重量較小的戰鬥機來說,是完全都夠實現的。世界上正式投入使用的垂直起降飛機主要是戰鬥機,包括英國的海鷂戰鬥機(美國AV-8B)、前蘇聯的雅克-36/38戰鬥機、美國的F-35戰鬥機。另外,前蘇聯還曾研製過雅克141垂直起降戰鬥機,儘管沒有服役,但某些設計為美國F35項目提供了關鍵技術。

一般來說,運輸機或客機的推重比基本上都在0.22左右。要想在現有技術上實現客機垂直起降,相當於發動機數量直接增加到現有的4到5倍,不僅技術上臃腫複雜,經濟性將變得很差,航程、載重等指標也將陷入難以接受的矛盾衝突。

特別是對於民航飛機來說,安全性能是第一位的。垂直起降的安全風險遠遠大於正常起降,對於軍用飛機來說,尚可用彈射座椅提供安全保障,民用客機就無法實現了。因此,受限於當前的科技水平,至今也沒有成熟且投入使用的垂直起降的運輸機或客機。

唯一接近於成熟的垂直起降運輸機,是德國道尼爾公司研製的Do.31和其生產型Do.231。Do.31具有典型的運輸機機身,平直上單翼,平尾高置,尾艙門兼做裝貨坡道,能裝3.3噸貨物或一個全副武裝的步兵排。該機安裝了數量驚人的十臺發動機,其中兩個機翼中段吊艙分別安裝一臺“飛馬”5發動機,兩個翼尖吊艙中各有4臺RB.162升力發動機。翼尖吊艙的頂部和底部都有縱向對開艙門,在升力發動機啟動前打開。

Do.231則是一種能載客100人的垂直起降客機,採用後掠上單翼,T形後掠尾翼佈局。該機除了機翼內側安裝兩臺帶矢量噴管的RB.230渦扇發動機,機翼外側的垂直升力發動機,還在機頭和機尾各佈置了兩臺升力發動機,發動機總數達到了驚人的14臺。


雖然飛機試飛表現很好,但分析後發現該機根本無法與傳統噴氣式客機抗衡,安裝十餘臺發動機的這種飛機複雜而昂貴,維護成本相當高,而且並不實用,垂直起降的強大噴流會毀壞屋頂,破壞跑道,併產生巨大噪音,甚至需要建設專門的垂直起降機場。該項目最終於1970年4月終止。

從廣義上講,垂直起降飛機也可以包括各種形式的旋翼機,包括各類直升機,以及傾轉旋翼機等新概念機型。

米-12“信鴿”由前蘇聯米里直升機實驗設計局設計,最大起飛重量達到105噸,是迄今為止最大的直升飛機。該機兩翼分別帶有一個螺旋槳,每個直徑達到35m,兩副旋槳的寬度甚至超過了波音747寬度。米-12在1965年開始設計,當時預計生產數為100架,但後來只生產了4架,未投入批生產。

V-22“魚鷹”傾轉旋翼機既具有普通直升機垂直起降和空中懸停的能力,又具有渦輪螺旋槳飛機的高速巡航飛行的能力,使其成為美軍前沿部署和對外威懾的重要力量基礎。儘管經歷了重大事故頻繁、研製費用高等弊病,但日益成熟的魚鷹已引起世界各國的廣泛注意,成為競相研究發展的熱點。

還有一種以色列的“鸕鷀”軍用無人機,重達1噸,可垂直、水平起降,能夠負載1000磅重量,用於軍用物資或受傷士兵轉運。該機可自主控制飛行,也可通過人為操控操作,時速每小時185公里,升限可達6200米。由於形體小巧,可抵達很多有人駕駛直升機到不了的地方。

甚至京東都開發了用於物流配送的VT1商用無人機。這種傾轉旋翼無人機通過油電混合的動力實現垂直起降、快速飛行,其飛行半徑超過200公里、起飛重量超過200公斤,已經可以滿足跨城市的物流運輸要求。

2016年,波音公司獲得了一項新專利:可搭載 100 名乘客的傾轉旋翼垂直起降客機。這種客機將常規飛機的速度、範圍與直升機的垂直起降及懸停能力相結合。與V22魚鷹不同的是,該機採用下單翼式設計,既不需要加裝特殊的碰撞加固,也可以在水上迫降時漂浮在水面上。它還可以在機翼內存儲燃料,在普通民航機場順利起飛降落。但是,目前這還只是一個專利,尚無商業化研製生產的跡象。

當然,上述幾種飛機並非嚴格意義上的垂直起降運輸機,更不是垂直起降客機,都屬於垂直起降旋翼機。真正的固定翼垂直起降運輸機、客機,仍然需要科學技術的新突破。但最關鍵的仍然是,這種必要性究竟有多大?

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實際上在歷史上確實存在一款專門研發的垂直/短距起降運輸機,曾經德國的道尼爾公司就研發了Do.31運輸機,只不過沒有服役過。

要說垂直起降技術,拋開原理設想,實際付諸實施是在上個40年代,美、德兩國都開始了研究各種稀奇古怪的構型。而到了上個世紀50-60年代,隨著美國獲得了部分的原德國技術後,開始進入到自己的X系列垂直起降項目的研究和驗證份工作。 此時德國已經分為了東西兩塊,而西德在航空技術上一擁有相當不錯的基礎和團隊,其中以道爾尼公司成為主力。

道爾尼航空製造公司是以發起人克勞德·道尼爾命名,他曾是德國齊柏林飛艇工廠的技術顧問,並在1922年成立自己的飛機工作,主要研發就是大型水上飛機和運輸機。在經過一次,二次世界大戰後,道尼爾再度回到德國並確立了在航空領域的權威地位。這是一個簡單的技術背景。

還有一個時代背景,由於西歐面對俄國鋼鐵洪流的碾壓,所以對機場的生存概率並不看好,此時開始大量的垂直起降技術的飛機就此開始出現。西德在1959年開始要求生產一款中型垂直/短距離起降軍用運輸機,道尼爾這個龍頭自然得標,因為運輸機畢竟是人家的專業。

Do.31運輸機採用了翼尖升力發動機組和翼下升力巡航發動機相組合的動力方案,整機一共10臺英國羅羅公司發動機!為了能夠進行垂直起降,使用了8臺(一側4臺)作為升力發動機,2臺作為水平推力發動機。整機長20.53米,翼展17.14米,高8.53米。該機最大運載能力3.5噸,最高航速730千米/時,巡航速度650千米/時。

這款飛機一共製造了3架原型機,但由於耗油量驚人以及操控複雜,導致該機並沒有投入量產。究其原因,其實是幾個方面,首先是10臺發動機帶來極大的機身共振和操作問題,尤其是當時沒有計算機輔助操控,飛行員能力的要求極高。另外就是超高的耗油量,這對於一款運輸機來說是非常不適合的。還有一點不容忽視,由於航空技術的快速發展,實際上當時的戰術運輸機已經開始具備短距起降的能力,有200米左右的跑道就可以著陸,對短距和垂直起降需求並不迫切,因此這種機型只能算是時代的產物。


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如果是排除直升機和旋翼機(魚鷹)來回答:沒有。這個問題是一個讓人“匪夷所思之問”。提問者可能是由美英的鷂式垂直起降戰鬥機、F—35B推理來的。一個重量才30多噸的F35B都讓美國工程師殫精竭慮、絞盡腦汁才投入使用,想想重量遠超幾個30噸運輸機(客機不需要垂直起降)垂直起降那就是天方夜譚(現在的理論、現在的技術、工藝)。


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