军迷炸锅了!中国第四代“垂直起降战斗机”专利公布,网友:外型很像苏-75!

作者:我是大伊万

本文转载自:军武速递(ID:junwu193)

据天眼查APP显示,中国航空工业正在为一种垂直起降战斗机构型申请技术专利。很快,这则消息很快引起了大家的广泛讨论。
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不过,这则公告中提到的垂直起降战斗机技术构型,看起来十分新颖,让大家都挺感兴趣的。那么,从技术角度上来讲,垂直起降战斗机目前大概分为哪些技术构型?走过了怎样的发展过程,未来垂直起降战斗机是否还有发展前景,中国空军有没有必要发展垂直起降战斗机呢?
垂直起降战机技术迭代
先说垂直起降战斗机的升力技术构型好了,其实垂直起降战斗机升力技术构型发展到现在,前后走过了三代、或者说两代半历程。
AV-8B海鹞
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第一代以英国皇家空军的“鹞”系列垂直起降战斗机为代表,主要的升力技术构型是一台“飞马-6”型涡轮风扇发动机和四个可调转向喷口。采用垂直起飞模式时,可调转向喷口全部向下,做推力矢量控制,将飞机直接“抬升”起来,抬升到一定的高度之后,可调节转向喷口重新调整推力矢量,让飞机从垂直起飞状态转为平飞状态。这种技术构型的优势是技术比较简单,只安装有一台大推力主发动机即可,但劣势是垂直起飞状态耗油率太高。同时在电传飞控系统和FADEC系统出现之前,做推力矢量控制技术难度比较高,只要一个喷口出问题就可能导致飞机倾覆,飞可靠性长期不足。因此“鹞”系列垂直起降战斗机采用的垂直起降技术构型只能被作为第一代构型。
 
海鹞的飞马-6发动机
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垂直起降第二代技术构型,则是苏联的雅克-38和雅克-141型垂直起降战斗机。相比英国皇家空军安装一台“飞马”发动机,靠四个喷口偏转来实现垂直起飞的构型,苏联的雅克-38和雅克-141采用了创造性的主发动机+升力发动机协同的技术构型。比如雅克-38型战斗机,除了安装一台图曼斯基R-27V-300型主发动机,还座舱后方安装了两台科列索夫RD-36-35FV升力发动机,采用串联安装模式;又比如雅克-141,除了安装有一台图曼斯基R-79型涡扇发动机,还安装有两台图曼斯基R-41升力发动机,同样在座舱后方、采用串列模式安装。
 
雅克-38
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在垂直起降时,雅克-38和雅克-141均采用主发动机和升力发动机协同的方式来工作。主发动机喷口向下偏转,同时升力发动机舱盖打开,发动机尾流向下喷射,形成起飞升力,飞机离地之后再偏转主发动机喷口,升力发动机则关闭,从而实现垂直起飞到平飞模式的转换。这一设计的优势是抛弃了复杂的多个发动机喷口矢量控制,只控制一个或两个发动机喷口,可靠性毫无疑问提高了许多。而升力发动机喷口不牵涉推力矢量控制,往下喷射就可以了,也在很大程度上降低了技术实现的难度。苏联认为这一技术路线相比英国皇家空军“鹞”式战斗机的主发动机喷口偏转的技术路线,要可靠成熟一些。
 
雅克-141
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但是,这一设计的问题依然很突出。一方面,一架飞机里边塞上三台发动机,这飞机的耗油量可想而知,尤其是雅克-38的时代还在使用涡喷发动机这种油老虎,直接后果就是导致飞机的作战半径惨不忍睹;另一方面,飞机的升力发动机只在起飞降落时才能用上,在平飞时根本用不上,这意味着飞机根本就是背上了一个巨大的死重,完全违背了飞机设计的规律;同时,升力发动机的高温尾流还有可能对垂直起降战斗机的机体造成影响,比如雅克-141型战斗机原型机,就是在“巴库”号航母上试验垂直起降时,因尾流炙烤被烧毁的。
 
F-35B
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因此,雅克-38和雅克-141最后也都被苏联给放弃了,到了俄罗斯也没有继续开展研究,一直到美国的JSF项目中的STOVL构型(也就是F-35B),出现了垂直起降的第三代技术构型。相比雅克-141,F-35B型战斗机沿用了雅克-141的单大推力发动机偏转的技术设计,但是在升力发动机的设计上,F-35B型放弃了危险的升力发动机设计,而是改为使用升力风扇。所谓的升力风扇是使用轴承直接连接涡轮风扇发动机的轴承,起飞时打开升力风扇舱盖,升力风扇和涡扇发动机联动,像一个大电风扇一样把飞机从地面上“扇”起来。相比升力发动机设计,升力风扇重量较轻,不存在高温尾流炙烤机体的问题,是迄今为止最为成功的垂直起降技术构型。
 
F-35B的原理
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当然,升力风扇在平飞时用不上,死重的问题无法解决,只能说比雅克-141的我喷发动机会轻一点
 
垂直起降第四代构型
 
在“鹞”搞了第一代技术构型、雅克-141搞了第二代技术构型、F-35B搞了第三代技术构型之后,其实垂直起降战斗机还有第四代技术构型,那就是使用串列式发动机起飞。
解析图(图源:微博@大包CG)
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毕竟垂直起降战斗机在起飞时要做到力矩平衡,就必须在机身前部增加一个升力向量,这个升力向量在起飞后很显然是用不上的,用不上就会变成影响飞机使用空重和机动性的死重。那么,唯一的办法,就是使用串联式发动机,起飞后两台发动机同时提供推力,这样,就能把原本作为死重的、位于机身前部的升力向量利用起来了,这也是传说中的第四代垂直起降战斗机的技术构型。这一技术构型的重点是怎样解决垂直起降战斗机始终存在的升力死重问题。
 
《流浪地球2》的歼-20C
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当然,虽然说是这么一说,但是实际解决起来问题多多。毕竟在机身前部安装一台主发动机,两台发动机呈现出前后串列式布置,首先要面临的问题就是两台发动机的进气道和尾喷口如何设计,以往的并列式发动机可以使用两侧进气口。进气口进气流场设计基本一致,无非有个左右之分,现在改成串列式布局,前发动机和后发动机进气道长度不同,进气角度不同,很显然进气流场不同。如果使用一个进气道的话那么是否会出现进气互相影响、导致发动机喘振甚至空停的问题,如果用两个独立进气道保障发动机进气的话,显然太复杂了。
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发动机尾喷口的问题也是一样的,在使用串联式发动机的情况下,前发动机的尾喷口是被后发动机的风扇“挡”住的,那么前发动机尾喷口如何设计就是个问题了,同时前发动机还需要兼顾向下偏转作为升力发动机,那么往下偏转的空间如何设计,如何实现推力向量向下,向后,对于设计人员来讲也是巨大的挑战。
 
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总之,这个第四代垂直起降技术构型,虽然看起来很美好,起码解决了垂直起降战斗机困扰多年的机体死重问题,但是细细思量一下,技术难度还是比较多的,真要设计出来的话怕是会搞出一个前所未有的、异常复杂的机体,因此目前咱们其实也不敢打包票,这个第四代垂直起降的技术构型就肯定具备可行性。
 
中国需要此类战机吗?
 
谈了这么多之后,估计大家最为关心的问题还是,咱们需不需要垂直起降战斗机,中国海军和中国空军需不需要垂直起降战斗机?
 
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大伊万的观点,起码从中国空军的角度来讲是不需要垂直起降战斗机的。毕竟目前全世界都没有哪个国家的空军装备了垂直起降战斗机,垂直起降战斗机作为冷战时期一个颇为浪漫的技术神话,被寄予了分散式部署以避免机场遭到苏军核打击的情况下、空军能够继续出动遂行制空拦截和近距离空中遮断的厚望,但真到实际运用的时候,才发现根本没有那么简单,空军对于垂直起降战斗机的运用是基本失败的。
 
冷战时期面对随时爆发的第三次世界大战,苏联在战争爆发伊始就摧毁了西欧的所有军用机场,因此必须有一款不依赖跑道也能升空作战的战斗机,于是这种垂直起降的机型便诞生了
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至于海军呢?大伊万的观点,目前装备垂直起降战斗机的海军,要么是美国海军陆战队那种独立性极强,有本军种实施空中支援能力需求。要么是英国,韩国,日本海上自卫队这种次一级强国海军,买不起真正的平甲板大型航空母舰,也没有类似于F-35C那样的舰载机,因此只能退而求其次地购买F-35B这种垂直起降战斗机。
 
改造后的“加贺”号小航母,用于搭载F-35B型STOVL战机
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对于中国海军来说,咱们的海军陆战队又不是独立军种,海军陆战队的空中支援任务交给航母舰载机或者交给空军航空兵都可以完成,没有自家人顾自家空中支援的紧迫性,而我们的海上力量足够强大,完全可以装备足够多的正牌航母,不需要搞“闪电航母”这种不伦不类的东西。更何况,我们的航空工业研发能力能不能铺开这么大的摊子还不一定呢。
 
大国海军不凑合
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所以大伊万的观点还是一如既往,咱们的垂直起降战斗机,大家讲究一个姑妄听之,除非有官宣,否则咱保持谨慎围观的态度,就这样吧。
 
最后,这东西的外型倒是有点像俄罗斯的苏-75
万一真的服役了,估计一些指标只会比苏-75更差
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