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我军的垂直起降机到底有多牛?
官宣发动机串联技术专利,军迷猜测或成弯道超车美F-35B的关键?
这一说法科学吗?
垂直起降机的兴衰我们都知道飞机起飞和降落都是需要跑道的。
战争时期,炸毁飞机跑道就是打击对方空军力量的一大重要手段。
但垂直起降机却能不依靠跑道,仅仅需要一小块平地,甚至在舰船甲板、高楼屋顶,就能轻松完成起降。
比如大家最熟悉的直升机便是最典型的垂直起降机,靠一对或多对旋翼产生足够的升力。
但直升机却有一个致命的弱点,它的速度远比不上固定翼战机,在他们面前宛如活靶子一般。
而固定翼垂直起降机,则依靠特殊的喷气发动机和可转向的喷口,既能像普通飞机那样高速平飞,又能像直升机那样直上直下,堪称“空中变形金刚”。
为了研制出这种飞机,各国的工程师们做出了偌大的努力。
20世纪30年代,德国的福克-沃尔夫公司便率先研制出了世界上第一款实用化的垂直起降飞机——VFW-Fokker VAK 191B。
而随着第二次世界大战的爆发,面对严峻的战场环境,各国对能在复杂地形和有限空间内起降的飞行器产生了迫切需求,因此更是加紧了垂直起降机的研制。
例如英国研发出“哈维兰跳蚤”(Harrier Jump Jet)的前身——P.1127原型机。
首次实现了喷气式飞机的短距/垂直起降,也正是这款飞机的成功试飞,标志着垂直起降技术迈入了一个全新的阶段。
到了冷战时期,由于美苏两国军备竞赛的原因,代表着最前沿的技术垂直起降更是进一步得到了两国的重视。
美国引进并改进了英国的“哈维兰跳蚤”,发展出著名的AV-8B“鹞式”攻击机,而苏联则推出了雅克-38“铁匠”舰载垂直起降战斗机。
雅克-38“铁匠”随着苏联的覆灭也逐渐退出历史舞台,但英国的“鹞式”攻击机直到如今都还是全球最为先进的垂直起降机之一,依旧服役于许多国家空军。
但细心的朋友们会发现,虽然世人将垂直起降机描述得天花乱坠,但实际上全球真正服役的垂直起降机并没有多少,在各种战役中也很少见到垂直起降机的身影。
其实这是由于市面上现存的几种垂直起降机一直有着几个问题没能得到解决。
首先是能耗问题,垂直起降需要消耗大量的能量,尤其是全功率垂直起飞时,油耗简直像开了水龙头一样哗哗流。
就如前面所说的AV-8B“鹞”,据公开资料显示其油耗约为每分钟400磅燃油,而在水平飞行时,其油耗约为每小时1,⅔吨燃油。
这是什么概念?按AV-8B“鹞”的油箱来算,相当于每次还没飞出家门就得考虑如何加油的问题。
再就是垂直起降涉及复杂的空气动力学和动力系统设计。
早期技术不成熟时,故障率偏高,维护起来比照顾娇贵的兰花还费劲。
这些短板一度让垂直起降机的发展陷入困境,被贴上了“昂贵玩具”的标签。
直到美国的F-35B横空出世才得以解决这些问题,那美国的F-35B到底有多厉害呢?
美国的F-35B有什么奥秘?这么多年来,人们对垂直起降机的兴趣其实一直没有衰减过,但由于对于技术要求太高很多国家都只能望而却步。
20世纪的我国便是如此,由于科技水平有限对于垂直起降机的研制只能说是心有余而力不足。
因此现如今最为先进且全面的垂直起降机一直被美国F-35B霸占。
F-35B 是洛克希德·马丁公司研发的一款第五代多用途垂直/短距起降战斗机,是F-35系列中的一个重要变型,能够在各种小型舰艇、简易机场甚至是没有跑道的场地进行起降。
官方资料显示F-35B长度15.6米,翼展10.7米,折叠状态下8.25米,高度则为4.6米,最大起飞重量达到了27,200kg。
但真正让F-35B与其他同类机型拉开差距的,就是它那颗无比强大的“心脏”——普惠F135-PW-600发动机。
之前我们说过,垂直起降机面临着一个致命的问题那便是功耗过大,其实根本原因是由于垂直起降没有助跑过程,因此需要的动力是寻常固翼机型的几倍之多。
为了达到它起飞的动力需求,以前的垂直起降机不得不搭配更多的发动机,这也就是为何功耗如此之高。
而这款专为F-35B设计的发动机——普惠F135-PW-600发动机,仅仅需要一台便既可以提供常规飞行所需的澎湃动力,还能担任垂直起降的重任。
那么,它是如何做到这一点的呢?
其实秘就在于F135发动机后部安装的一个特殊装置——升力风扇。
这个直径约1.7米的巨大风扇,由发动机驱动轴通过复杂的齿轮箱系统带动旋转。
在垂直起降模式下,升力风扇能产生强大的向下气流,为F-35B提供高达90%的垂直升力,就像一位“魔术师”挥舞魔杖,将战机稳稳托举至空中。
除了升力风扇,F-35B还配备了可上下偏转的矢量喷管。
在垂直起降过程中,喷管向下偏转,喷出的高温燃气进一步为战机提供垂直升力。
而在过渡到水平飞行或悬停时,矢量喷管能灵活调整角度,帮助F-35B精确控制姿态,如同一个“风向标”,指引战机在三维空间中自由穿梭。
这款战机于2015年7月,陆续服役于美国海军陆战队以及北约各国,包括我们的邻国日本也有几架,已然成为当今世界上最先进的舰载战斗机之一。
而随着国际局势的日益复杂,我国强军计划的提出,我们自己的垂直起降机也提上了日程。
而根据外界猜测歼-37就极有可能是我们的舰载垂直起降机。
能否弯道超车?大家都很关心的我国垂直起降机究竟发展到了何种地步?
其实对于这种最前沿的军事科技,我国一直是一种保密状态,唯一能寻到踪迹的就是官方最近爆出来的发动机串联技术的专利。
根据外界猜测,歼37便极有可能是我国正在研发的一款垂直/短距起降隐身战斗机,并且搭配了发动机串联技术。
今天我们就以这一技术与美国F-35B的普惠发动机做个对比。
所谓的发动机串联技术,其实就是两台或更多的发动机按照上下排列的方式安装于飞行器内部或外部,并通过传动机构(如齿轮箱、传动轴等)连接,共同驱动一套或多套旋翼系统以实现垂直起降和水平飞行。
一般情况下,一台主发动机将位于底部,为主要动力源,通过传动系统驱动旋翼或升力风扇。
上方则串联一到两台副发动机,用于垂直起降阶段提供额外升力,或在主发动机故障时作为备用动力源。
这样的设计使得动力系统有了备份,即使在单个发动机故障的情况下,其余发动机仍能维持飞行,提高飞行安全性和任务完成度。
其次根据飞行模式和任务需求,两台发动机可动态调整各发动机的功率输出,优化动力分配,如在垂直起降阶段全功率运行,在水平飞行时部分发动机转为巡航模式,降低燃油消耗。
再者这种设计使得空间利用率大大提高,可以在有限的空间内集中布置动力系统,特别适用于舰载或空间受限环境,如两栖攻击舰的甲板、城市高楼顶部的起降平台等。
那这与美国的F-35B对比起来如何呢?
首先是结构复杂性增加,发动机串联布局需要复杂的传动系统来连接和协调各发动机的工作,这可能导致重量增加影响燃油效率。
其次维护难度与成本上升,多发动机及传动系统的存在增加了维护保养的复杂性,可能需要更专业的技术支持和更高的维护成本,故障排查和维修工作也可能更为繁琐。
但是,我们的设计也有着反超F-35B的方面。
首先便是动力方面,由于美国是单台发动机,动力肯定是远不如我们两台独立的发动机的。
我们的串联设计让我们的两台发动机可以在实现上升力的同时另一台同时实行推力,因此在灵活性与机动性方面我们肯定是优于美国的F-35B的。
这也是有军迷猜测,我们能弯道超车的主要原因。
其次由于两台发动机独立运作所以不需要传送轴,因此这对材料学的要求大大降低,我国能更快更便宜地将它造出来,性价比上也同样优于美国。
我们相信,随着技术的持续创新,我国垂直起降机已经在向我们招手,彼时我国国防能力将更上一层楼。
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参考文献:
【1】-何适-《F-35B战机为何成了香饽饽》-世界报
【2】-赵启兵-《国内外两栖舰船与短距垂直起降飞机的舰机适配性分析》-兵工自动化