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科幻電影《終結(jié)者2》雖是一部1991年的老片，但其炫酷的場景即使放到今日也令人驚嘆。電影中的HK獵殺者機器人具有強勁的可轉(zhuǎn)向發(fā)動機（術(shù)語稱為矢量噴管），給人深刻印象。雖然這種可轉(zhuǎn)向發(fā)動機和固定式發(fā)動機相比較為罕見，但其實在噴氣式飛機中早已實現(xiàn)，可謂垂直/短距起降固定翼飛機的標配，最典型的代表便是英國的“鷂”式戰(zhàn)機和美國的F-35B戰(zhàn)機。 電影中的HK獵殺者 于1960年10月首飛的“鷂”式戰(zhàn)斗機是世界實用型垂直/短距起降戰(zhàn)斗機的濫觴，它裝配有一臺性能優(yōu)越的升力巡航“飛馬”MK104可轉(zhuǎn)向渦扇發(fā)動機。該發(fā)動機前后各有2個噴管，可同時轉(zhuǎn)動0~98.5°，從而給飛機提供垂直向上和水平向前2個方向的推力。具體而言，當飛機垂直起飛時，發(fā)動機的4個噴管轉(zhuǎn)至垂直向下，通過噴氣產(chǎn)生的反作用力推動飛機垂直上升；而短距離起飛時，噴管則會轉(zhuǎn)至水平向后，和普通的固定式發(fā)動機相似，推動飛機加速滑行起飛。 “鷂”式戰(zhàn)斗機 正是由于可轉(zhuǎn)向發(fā)動機能夠使飛機實現(xiàn)垂直起飛，因而無需傳統(tǒng)的滑行跑道。這不但節(jié)省了地面空間，還大大提升了作戰(zhàn)反應速度，兼具了直升機和固定翼戰(zhàn)斗機的優(yōu)點。同時，由于飛機可較便捷地起降，故在戰(zhàn)場上可隨時降落在屋頂或地面上進行偽裝，從而提高戰(zhàn)場生存率。此外，可轉(zhuǎn)向發(fā)動機還使得飛機擁有普通機型不具備的特殊功能，例如空中懸停、原地轉(zhuǎn)彎甚至倒飛等高難度動作，這在緊急情況下也可提高生存率。特別地，對于航空母艦而言，垂直/短距起降飛機的優(yōu)勢更為明顯，可大大節(jié)約航母的甲板空間，增大載機數(shù)量。 前蘇聯(lián)于上世紀專為航母研制了雅克-38垂直起降戰(zhàn)斗機，但僅服役十余年便于1991年封存，而“鷂”式戰(zhàn)斗機也已于2013年從英國空軍退役。據(jù)統(tǒng)計，美軍自1971年引進“鷂”式戰(zhàn)機后，僅非作戰(zhàn)情況下就先后發(fā)生300余起事故和900余起險情，損失45名飛行員。說到此，就不得不說可轉(zhuǎn)向發(fā)動機的缺點了。 首先，飛機發(fā)動機對起飛環(huán)境要求很高，垂直起降時發(fā)動機很有可能會吸入從地面揚起的砂礫、石屑等異物，導致嚴重的葉片損傷，威脅起降安全。其次，垂直起降還易造成尾噴管排出的高溫氣體被吸入進氣道，造成燃燒效率下降，推力降低。再次，和普通機型相比，可轉(zhuǎn)向發(fā)動機維護起來繁瑣昂貴，且飛行員需要較高的操作技巧才能實現(xiàn)發(fā)動機精密、準確的角度變化，故在戰(zhàn)時的緊張氛圍下容易發(fā)生失誤。另外，為了推動笨重的飛機垂直上升，僅起飛階段就需耗費全部燃油的近30%，且還是在載彈量減少的情況下，因而垂直/短距起降飛機的航程一般較短，實戰(zhàn)性較差。 F-35B戰(zhàn)斗機（注意其噴管垂直向下） 美國的F-35B戰(zhàn)斗機是目前最先進的垂直/短距起降戰(zhàn)斗機，配有一臺兩級對轉(zhuǎn)升力風扇和一臺噴管可轉(zhuǎn)向的主發(fā)動機。作為世界上唯一服役的第五代戰(zhàn)斗機F-35的衍生機種，F(xiàn)-35B克服了部分轉(zhuǎn)向發(fā)動機帶來的缺點。例如，F(xiàn)-35B具有一個單獨置于機身上部的升力風扇，在吸入冷空氣向下噴射以提供升力的同時，還在噴管和進氣道之間形成一道氣體屏障，可避免發(fā)動機吸入高溫廢氣。F-35B還裝配了推力達34000 lb注的F119-PW6-11發(fā)動機，提高了飛機有效載荷及載彈量，并大幅提升了飛行速度。盡管如此，F(xiàn)-35B的作戰(zhàn)半徑仍因安裝了升力風扇而被限制，可轉(zhuǎn)向發(fā)動機距離技術(shù)完全成熟還需一定時日。 注解：lb為英美常用重量單位，1 lb≈0.45359 kg。 參考文獻： 1. 袁新立. HARRIER“鷂”垂直/短距起降戰(zhàn)斗機[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2014. 2. 張新敬, 譚春青, 陳海生. 垂直/短距起降噴氣式飛機及其升力推進技術(shù)研究綜述[C]. 中國工程熱物理學會熱機動力學學術(shù)會議論文, 2006, p.729-737. 3. 洪亮. 垂直起降飛行器排氣噴管性能研究[D]. 南京航空航天大學學位論文, 2012. 4. 陳滔, 孟琳, 李楠, 葉永強. 飛機垂直/短距起降技術(shù)的研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2014, 37 (23): 110-114. |
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