技术派｜垂直起降战斗机历史上的屡次革新

编者按

        上周，据中航工业官方网站报道，中航工业成发与中航空天发动机研究院就短距起飞/垂直降落飞机推进系统项目(简称“短垂项目”)加工合作举行签约仪式，签署风扇部件合作协议。有分析认为，此消息标志着中国已经重启了垂直／短距起降战斗机研发计划。迄今为止，全世界真正研制成功并将垂直起降战机装备到部队的只有美、英加前苏联三国。梳理历史上垂直起降飞机主要的技术发展演变过程，以及如何通过革新契合特定时期的战略环境和目标，对于中国不无裨益。

        众所周知，飞机飞行需要克重力和阻力才能飞上天。重力是由飞机的气动面，即机翼（我们俗称“飞机翅膀”）和尾翼产生的垂直升力平衡的；阻力则是由发动机提供的水平推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下，在跑道上克服阻力向前滑跑，机翼在空气中直线平移运动，利用特定翼型和飞行状态产生的空气压差获取升力。随着速度的加快，升力也越来越大，当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时，飞机就可以离开地面升空飞行了。自人类脱离大地飞翔在天空的那刻开始，如何省却飞机在跑道上的滑跑直接冲上云霄便成为了不懈的追求。

        1944年，二次大战已接近尾声。面对盟军强大的战略轰炸机部队，德国本土防空承受了极大的压力。在这种形势下，人类历史上第一种垂直起飞飞机诞生了。这就是巴赫姆的Ba 349火箭动力截击机。它依靠发射架实现垂直起飞，短时滞空作战后，飞机解体，由降落伞回收发动机部分。尽管从技术角度看，该机是相当简陋的，距离理想的垂直起降概念还有很大差距，且最终并没有投入使用。但该机掀开了人类固定翼飞机垂直起降的篇章。

        1950 年代中期，冷战方兴未艾，发动机和飞机技术取得巨大进步。垂直起降飞机在技术上似乎具备了可行性。于是乎，欧美国家开始着手垂直起降固定翼飞机可行性的研究。不过，包括火箭、喷气及螺桨驱动的垂直起飞飞机，都没能证明其在实际的使用过程中具有服役的可能性。

        究其原因在于，当时的垂直起降飞机的机体气动设计严重破坏了飞机在平飞状态下的飞行性能，并且，飞行员在返回地面时的操作性非常差。起飞时尚且可行，着陆时，飞行员将“背朝黄土面朝天”倒着坐下去。这等于要求飞行员在看不到参照物的情况下将飞机降落到一个指定地点，如同盲人骑瞎马。

        1960年10月21日，世界上第一种实用型垂直/短距起降原型机“P1127茶隼”首次在绑上钢索的情况下进行垂直升降测试。1961年11月19日，这种原型机在无钢索的情形下成功实现垂直升降。这也就是后来大名鼎鼎的英国“鹞”式垂直/短距起降战斗机的前身。最初，这款战斗机是用于核大战爆发、机场被完全摧毁之时，仍能够从停车场或者林中空地起降以保卫领空。后来，设计被修改用作航空母舰舰载机，也就是1982年英国和阿根廷对战的马尔维纳斯群岛战争（又称福克兰群岛战争，以下简称马岛战争）中的明星战机“海鹞”。

        英国“鹞”式是使用偏转喷管方式的垂直起降飞机，由英国霍克·西德利公司于1966年研制成功。“鹞”式战斗机飞机机身中部安装有一台“飞马”式推力转向发动机，前后两对可旋转喷口分别位于机身两侧，相对机身重心保持对称。发动机将从进气道吸入的空气一部分通过前面的两个可旋转喷口喷出，另一部分经过燃烧室和涡轮从后面的两个可旋转喷口喷出，四个喷口喷出的气流共同产生供飞机垂直起降、空中悬停和水平飞行的动力。

        “鹞”式真正为大众所知还是1982年英国和阿根廷爆发的马岛战争。战争中，英国皇家海军动用了“竞技神”号航空母舰和“无敌”号航空母舰总共20架“海鹞”再加上由货船“大西洋运送者”号上的8架“海鹞”和9架空军的“鹞”式GR3，其中“海鹞”主要负责空战而“鹞“式用作对地攻击。空战中，“海鹞”共击落了21架阿根廷战机而自身无一损失。

        不过，“鹞”式辉煌战绩仍难掩自身的种种缺陷。首先，“鹞”式战斗机作战半径有限，尤其在垂直起飞时，燃料耗费过多，致使其只有92公里的作战范围。所以后来一般采用短距离滑跑起飞，任务结束后再垂直降落到航母上。其次，载弹量只有2271千克，并且在满载的情况下无法垂直起飞，而同期美国的航母舰载战斗机F-14有6577千克。再者，由于垂直起降飞机的操作过于复杂，导致操作事故频发，如英国在马岛战争时就有5架战机是因为操作失误而坠毁。最后，由于要保证发动机喷口在飞机中央，所以机体设计时没有考虑超音速飞行的要求，“鹞”式战斗机无法进行超音速飞行，总体作战效率不高。因此，纵使有击落21架战机的战绩，但英国舰队的防空圈却屡屡遭阿根廷空军突破，甚至一度被阿根廷攻击机飞临舰队上空投掷炸弹。

        从马岛战争不难看出，“鹞”式作为一型航母搭载的制空战斗机能力非常有限。美国海军陆战队更看重的是其垂直/短距起降给近距离空中支援和侦察带来的作用。所以，“鹞”式成为非常少数的美国从外国取得生产权的武器系统。美国国内的生产编号是AV-8，并且做了相应的改进以适应美国海军陆战队的作战需要。比如，在保持原有空战能力的前提下，增加了武器挂载能力，能够挂载美国当时最先进的AGM-65小牛反坦克导弹等。改装后的“鹞”被编入美国海军陆战队，从1971年起一直服役至今，参加了海湾战争、空袭南联盟、阿富汗战争等。不过，由于AV-8先天的缺陷——飞行速度过慢，并且执行的又是对地攻击任务，所以在整个海湾战争期间总共被击落5架，并且全数损失都是被地面防空高炮击落所致。

        60年代末，就在“鹞”式原型机加紧研制的同时，前苏联也加紧研发了自己的垂直起降战斗机雅克－38。雅克－38的原型机雅克－36于60年代末开始研制的，1975年雅克－36的改进型雅克－38开始批量生产进入现役。和AV-8“鹞”式不同的是，雅克－38全机有三部发动机用来提供上升和前进的动力，分别是机尾的推进/升举发动机和在驾驶舱后方的两部升举发动机。

        不过，“鹞”式所有的缺点，雅克－38都有。比如，仅2000公斤载弹量、100公里作战半径和有限的机载电子设备，无法进行超音速飞行等。实战中，雅克－38很难和目标敌人F-14、F-18一较高下。雅克－38充其量可拦截诸如S-3“北欧海盗”和A-6“入侵者”以及P-3之类的低速飞机，或者攻击一些无防空能力的小型舰艇。在苏军内部，它被称为“和平鸽”、“桅杆保卫者”。苏联当局于1980年代中期就让雅克－38退出舰上勤务，1991年退役。

        针对雅克－38暴露的一系列问题，苏联在1975年改进设计出了雅克－141。雅克-141沿用雅克-38在垂直升降系统的设计，但主发动机改为可向下转动达110度的喷管，改进了进气口的设计，这使雅克-141最快速度可达音速1.7倍，成了第一种超音速垂直升降战机。它的机身比雅克-38大以增加载弹和载燃料量。雅克战机设计局宣称，雅克-141的机动性可媲美米格-29战斗机，也采用了米格-29的雷达。在当时，这款飞机相当先进。

        可惜的是，虽然雅克-141试飞成功，但生不逢时，正好赶上苏联解体，军购急剧缩水。最终，雅克-141计划在1991年被迫中止。

        2013年12月，英国“鹞”式战机正式退役。原因是金融海啸后的英国政府面对庞大的财政压力，决定削减国防预算。结果，世界上唯一参加过实战的垂直/短距起降战斗机也开始逐渐走进历史。现在世界上只剩下美国、印度、泰国、巴西和意大利等国还保留有“鹞”式战机。

        如上所述，短距垂直起降战斗机的研制关键在于如何克服战斗机载弹量小、航程短、飞行速度慢等缺点，寻找到契合这类装备的作战目标，使之真正成为杀手锏，而非仅仅作为夺取制空权的战机。作为世界上仅存的仍在研制垂直/短距起降战斗机的少数国家，美国的F-35B为这些问题提供了一张不俗的“答卷”。F-35B具有较高的隐身性、有限超音速巡航能力和内置弹仓，并且具备了大航程、大载弹量的优点。2012年，F-35B已经开始在美国海军陆战队中开始服役。