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【转载】世界垂直起降战斗机回顾与展望  

2012-12-19 10:51:54|  分类: 【╰☆Military】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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世界垂直起降战斗机回顾与展望 - 空军中校 - 空军中校

           它不是直升机,却能垂直起飞和降落,既可快速向前飞行,又可“悬停”在空中,甚至缓慢“后退”;它还可以突然爬升,突然下降。这些一般战斗机根本无法完成的“超常规”动作却是它最基本的功能。它就是垂直起降战斗机。从莱特兄弟首次驾机上天至今已整整100年,而垂直起降战斗机的出现却晚得多,到今天也就40年的历史。虽然垂直起降战斗机没有一般战斗机发展得那样迅速和品种繁多,然而它却另辟蹊径,自成一格,在军用航空史上留下了浓墨重彩的一笔,其未来发展仍然看好。

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     飞机自从20世纪初发明以来,它就以速度快、航程远及居高临下的优势迅速走进战场。但当时飞机的起降必须依赖长长的跑道,这对作战飞机而言是制命弱点,因为只要脆弱的跑道被破坏,飞机无法升空就等于一堆废铁。随后,直升机又以其垂直起降、倒飞、悬停等独特技术性能出现在战场上,将现代战争向前大大推进了一步,但不足的是因受旋翼的限制,飞行速度难以超过400千米/小时。兵器专家在偶然的机会观察到,凶猛的鹞鹰可从空中垂直而下捕食野兔,然后又垂直升空而去。受此启发,一个模仿鹞鹰研制新型垂直起降飞机的想法萌生了。从50年代开始,美国、加拿大和欧洲的一些公司掀起了一股热潮,竞相研制集固定翼飞机和直升机的性能优点为一身的垂直起降战斗机,其初衷是摆脱对大机场和大航母的依赖。

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      早期开发完全是兵器专家凭空想象,摸着石头过河,因此生产出的试验飞机类型也是多种多样,包括尾座式、螺旋桨式、喷气流转向式、喷气升力发动机式、函道升力风扇式等。各国仅在50年代就先后试制了数十种垂直起降飞机,然而大多数试飞都以失败告终,甚至机毁人亡。具有代表性的包括美国的XFY-1、XV-3、X-14及英国的SC.1、法国的“幻影”Ⅲ等。

      美国康维尔公司在50年代初推出了XFY-1型尾座式垂直起降飞机,1954年11月2日开始试飞,尽管前后试飞了两年多时间,但其动力控制不可靠,且在垂直飞行过程中缺乏可操纵性,因此美国海军于1956年取消了该项目。1955年,美国贝尔公司的XV-3螺旋桨式垂直起降飞机进行首飞,到1958年12月首次从垂直起飞状态转换为平飞,并顺利从平飞转换回垂直降落。此外,美国寇蒂斯·莱特公司的X-100、X-200和瑞安公司的VA-3RY、仙童公司的VZ-5FA也都采用螺旋式,但与XFY-1一样都因为技术不成熟先后放弃。

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      在试飞XV-3期间,贝尔公司还开发了X-14喷气流转向式试验飞机,1957年2月首飞,但没有发展下去。同年,英国肖特公司生产的SC.1垂直起降研究机也进行了首次试飞,该机属于喷气升力发动机类型,安装5台小型涡轮发动机,其中4台横排成对地垂直安装在机身中段,1台水平安装在垂尾根部。该型机第2架在1963年10月试飞中机毁人亡。利用这种喷气升力发动机的还有法国达索公司的“幻影”Ⅲ,在机身中部垂直安装8台涡轮喷气发动机,不幸的是,该机在1966年11月的试飞中坠毁,之后便停止发展。

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      尽管付出了较大的代价,但人类上天的愿望和步伐却是无法阻止的。随着军事技术特别是航空发动机技术的进步,英国霍克·西德利公司成功研制出“鹞”式垂直起降战斗机,在众多垂直起降试验飞机中一枝独秀。

     “鹞”式战机是世界上第一种实用型、也是目前型号最多、使用最广的垂直起降战斗机,其研制工作最初是以纯私人方式进行的。在没有政府、军方的资助和支持下,英国霍克·西德利公司(后并入英国航宇公司)基于当时劳斯莱斯设计的独特的“飞马”发动机已基本定形并正进行进一步研发的基础上,于1957年开始研制P.1127飞机,作为新型飞机的原型机。霍克飞机公司很快研制出一架简单的单引擎攻击/侦察垂直起降飞机,除了发动机的回转式喷气管外,喷气控制系统是提供垂直/短距起降能力的唯一复杂之处。

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      1960年夏天,第一架P.1127首次公开展出,一下子便引起了英国皇家空军的注意,并促成英国政府出资购买2架原型机。但在当年秋天进行的试飞中,空军购买的飞机却表现得让人失望,试飞下来已是接近支离破碎,原因是飞机装备的“飞马”-1型发动机只有11000磅的推力(49千牛)。不过由于这种飞机具有潜在的战术优势,英国及其它北约国家对其发展前景依然看好,所以又增购4架原型机以使开发工作继续顺利进行。

      到1965年,P.1127原型机已被各国订购60架,这时英国、德国(西德)和美国达成一个三方协议,对这种飞机进行共同开发和评估。三国为此订购9架P.1127作为试验机,在英国皇家空军中命名为“茶隼”F.G.A1。在美国,陆海空三军都对该项目进行投资,最初以陆军为主要投资方,但不久就转而以空军为重点。新订购的飞机在英国完成初期作战评估,1966年,6架“茶隼”装船运往美国,被美方重新命名为XV-6A。这些飞机在美国进行了包括舰载试验在内的国家级试验,其中2架转交给航空航天局(NASA)用作研究。

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      当这6架飞机运往美国时,英国皇家空军订购了一架升级的P.1127,后被空军命名为“鹞”GR MK.1,1967年9月28日首飞成功。霍克飞机公司在保持飞机基本概念不变的情况下,对P.1127进行广泛重新设计,先后开发了“鹞”GR MK.1/1A型、GR MK.3型以及分别针对上述两种机型生产的T.2型和T.4型双座教练机。

      1969年4月,“鹞”式战斗机正式加入英国皇家空军服役,主要担负对地攻击和侦察任务。从此,“鹞”式战机一飞冲天,开始了它全新的历程。

     “鹞”式战机基本上呈两条线发展,一是美国的AV-8系列,一是英国的“海鹞”系列。

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  美国海军陆战队在1957年就指出,“获得短距起降和垂直起降能力对海军陆战队航空兵而言至关重要”。在国内研制失败的情况下,美国海军陆战队对“鹞”式战斗机的攻击性能表现出极大兴趣,一下子开出了102架飞机的订单,它基本上是GR MK.3型的美国版,只是应美方要求作了局部改动,加装了AIM-9“响尾蛇”空空导弹的挂架,装备飞马102和103型发动机,出厂编号“鹞”MK.50,美军编号称为AV-8A。美海军陆战队随后还订购了8架AV-8A的双座教练机TAV-8A。1970年8月,AV-8A完成首次飞行。1971年5月,美国海军陆战队组建了第一个AV-8A飞行中队,登上美国海军的两栖攻击舰。

      英国航宇公司试图使英国政府对其提出的具有更好气动布局和更大有效载荷的改进型“鹞”式战斗机产生兴趣,但最终未果。于是航宇公司转而与美国麦道公司组成联合小组,为美国海军陆战队研制新型“高级鹞”式战斗机。美方的设计要求是飞机能在荒野和两栖攻击舰上起降,执行近距离支援任务,用以替换AV-8A战斗机和A-4M轻型攻击机。1973年,该项目正式启动,但后来因为飞机和劳斯莱斯发动机的研制费用等问题,导致最终AV-16A“高级鹞”计划流产。

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      后来,麦道公司便选择自己牵头研发新型“鹞”式战斗机,而英国航宇公司仅作为项目的次承包商。

     在联合小组技术开发成果的基础上,麦道公司研制出一种改进设计结构、复合机翼且具有大部分AV-16技术性能的飞机。2架原型机XVA-8B在1981年试飞,经过了各种飞行测试,生产型命名为AV-8B,也就是通常讲的“鹞”-Ⅱ战斗机。1985年开始交付美海军陆战队服役,当年就组建了第一个AV-8B飞行中队。从第167架飞机开始,后续生产的飞机加装前视红外探测系统、夜视镜等,成为AV-8B夜间战斗机了。AV-8B和双座教练机TAV-8B前后共生产约300架。与最初的“鹞”式飞机相比,“鹞”-Ⅱ战斗机具有重量轻、发动机提升能力增大、储油量和有效载荷增加等优点。因此AV-8B一出笼,英国政府就改变主意,为皇家空军购买了62架AV-8B型机,按英国的序列称为“鹞”GR MK.5型。之后,又购进了34架AV-8B型夜间战斗机,称为“鹞”GR MK.7型,且使所有先期购买的“鹞”GR MK.5型都升级到新的标准。1997年,英国又订购了13架AV-8B型战斗机的教练机T.10,该机具有夜间作战能力。此外,12架AV-8B还出口到西班牙,编号为EAV-8B。

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     麦道公司又对AV-8A进行系统改进,特别是增强机身结构,换装新的发动机和前视红外雷达、夜视镜,升级通信设备,诞生了AV-8C型战斗机,共改装了47架,该型机具有昼夜作战能力。

     AV-8A、AV-8B和AV-8C都属于“鹞”-Ⅱ战斗机系列。在英国诞生,到美国快速发展,从最初的P.1127原型机发展到AV-8B“鹞”-Ⅱ,“鹞”式战斗机技术上已十分成熟,性能已比较完善。

     为满足日益增长的空中作战需要,美国、西班牙和意大利签署协议,由波音公司、英国航宇和劳斯莱斯联合开发了AV-8家族的最新成员-AV-8B“鹞”-Ⅱ+战斗机。“鹞”-Ⅱ+的主要特点是配备了装备F/A-18“大黄蜂”战斗机、经过作战检验的APG-65型雷达,使其在短距/垂直起降特点之外拥有多任务能力,能在其它固定翼飞机无法到达的地区全天候、昼夜执行各种作战任务。新雷达还提供更强的自卫能力和飞行态势感知能力。“鹞”-Ⅱ+战斗机是美国海军陆战队在21世纪头20年中最主要的作战机。1993年7月,美国海军陆战队接收第一架“鹞”-Ⅱ+,共订购27架。已服役的72架“鹞”-Ⅱ战斗机也陆续升级到“鹞”-Ⅱ+,首架升级的“鹞”-Ⅱ+于1996年1月服役。意大利海军购买了16架,西班牙海军购买了8架。

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      英国皇家空军的“鹞”GR MK.1短距/垂直起降战斗机于1967年就飞上了天,这种飞机摆脱了对脆弱跑道和大型昂贵航母的依赖,对起降场地的要求甚低,从一开始就极具在海上使用的潜能。但最初皇家海军对这种飞机并不感兴趣,直到60年代中后期新建大型航母的计划被取消,同时在役大型航母开始退役,皇家海军才对“鹞”式战斗机另眼相看,提出了发展海军型舰载垂直起降战斗机的项目。然而,这一提议由于当时英国政党在政治上的争吵而几度拖延,直到1975年,“海鹞”项目才获政府批准。英国皇家海军赋予“海鹞”战斗机的作战任务是:远程海上巡逻、舰队防空、对海和对地目标攻击、侦察和反潜等。

       “海鹞”是英国为适应海军“无敌”级轻型航空母舰的需要,在空军“鹞”GR MK.3型战斗机基础上研制的全天候舰载短距/垂直起降战斗机。霍克飞机公司于1975年开始研发,1978年8月第一架研制型“海鹞”(机号XZ439)完成首飞,1979年3月进行了首次舰载试验,同年6月,第一架生产型“海鹞”交付海军使用,正式命名为“海鹞”FRS.MK1,9月组建了第一支“海鹞”战斗机中队-第700中队。“海鹞”与空军“鹞”式战机的重要差别在于:“海鹞”战斗机的机鼻是经过重新设计和制造的,比“鹞”式机的大,里面装有一部新型雷达;驾驶座舱也进行了升高处理,以便为飞行员提供更好的视场效果。

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      “海鹞”FRS.MK1战斗机的正式型号为单座舰载短距/垂直起降侦察和攻击机,装备一台推力为95.6千米的劳斯莱斯“飞马”2 MK104型涡轮风扇发动机,高空最大平飞速度1.25马赫,低空0.97马赫(1185千米/时),海上巡航速度650~835千米/时,实用升限15240米,航程1480千米,高空最大作战半径(截击、短距滑跑起飞和高空作战3分种)750千米,执行对海目标和对岸攻击任务时为450千米,侦察和反潜时在海上能低空飞行1小时。

       1985年,英国开始对“海鹞” FRS.MK1战斗机进行中期改进,2架飞机作为原型机。到1988年,皇家海军订购的57架“海鹞”FRS.MK1战斗机交付完毕。同年9月19日,“海鹞”改进型机的第一架原型机(后称为“海鹞”FRS MK.2)试飞,1993年4月由MK.1改进而来的新机型开始交付,1994年正式命名为“海鹞”FA2型。1995年10月20日,新建的生产型“海鹞”FA2服役,共生产了18架,早期的“海鹞”FRS MK.1型中的36架也升级至FA2型标准。两者尺寸稍有差别,外形最大区别是后者机头的雷达罩明显增大,FRS.MK1装备“蓝狐”雷达,FA2型则是“蓝雌狐”雷达,功能更多,搜索距离更远。

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       “海鹞”FA2型机低空最大平飞速度0.97马赫,海上最大速度0.94马赫;可在距离航母100海里的空域巡逻1小时30分钟,装备2门30毫米航炮,在执行空中巡逻截击任务时,还可携带4枚AIM-120B中程空空导弹或4枚AIM-9“响尾蛇”空空导弹;执行反舰任务时,可携带2枚英制“海鹰”或2枚美制“鱼叉”空舰导弹;执行侦察任务时,一次出动则可覆盖7万平方千米的海域。

       “鹞”式垂直起降战斗机诞生不久,就经历了战火的考验,初试锋芒便一战成名,使人刮目相看。

       1982年3月28日,英国和阿根廷为争夺南太平洋上的马尔维纳斯群岛(英国称福克兰群岛)而爆发马岛战争,当时刚服役不久的29架“海鹞” FRS.MK1战斗机分两批远征马岛。首批10架搭乘“无敌”号、“竞技神”号航空母舰先期抵达,第二批19架随“大西洋运送者”号滚装船开赴南大西洋海域。

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      25日,“大西洋运送者”号被阿空军“飞鱼”空舰导弹击中,但19架用于增援马岛的“海鹞”战斗机却奇迹般地在此之前飞抵“无敌”号和“竞技神”号航母上,躲过浩劫。正是这19架“海鹞”战机携带美国提供的AIM-9“响尾蛇”空对空导弹,出动2376架次,以无一损失的纪录击落阿根廷包括法制“幻影”在内各型战斗机22架(但“海鹞”因地面炮火和事故损失了6架),创下了空战史上的空前纪录,也使得“海鹞”战斗机从此一举成名。阿根廷空军飞行员无不恐惧地把“海鹞”战斗机称为“空中黑色魔鬼”。

      撒切尔夫人在其回忆录《马岛战争始末》中指出,如果英国没有“海鹞”垂直起降战斗机,没有美国国防部长卡斯珀·温伯格提供的最新型“响尾蛇”空空导弹,那么英国就夺不回福克兰群岛!的确,如果缺少“海鹞”,英国皇家海军的轻型航母怎么也威风不起来,制空权根本无从谈起。因为当时英国没有大型航母,一般战斗机无法从本土起飞飞越万里赴马岛作战,所以制空作战全靠“海鹞”垂直起降战斗机。

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     “海鹞”在马岛战争中的上佳表现也博得了众多客户的芳心。西班牙海军从美国引进了AV-8A战斗机和TAV-8A双座教练机,改称AV-8S和TAV-8S“斗牛士”,部署在“阿斯图里亚斯”号轻型航母上。印度海军先后从英国购买了23架“海鹞”战斗机和4架双座教练机,作为其轻型航母“维拉特”号的载机。印度也是除英国外唯一使用英国产“海鹞”战斗机的国家。泰国海军在向西班牙购买“差克里·纳吕贝特”号轻型航母时,也附带购买了8架二手AV-8S战斗机,部署在该航母上。

      在1991年的海湾战争中,美国海军陆战队的86架“鹞”-Ⅱ战斗机参战,共飞行3380架次,投下600万磅弹药,总作战时间高达4112小时。在1995年的波黑战争中,英国皇家海军的“海鹞”FA2型战机参加了战斗。进入21世纪,美国海军陆战队的“鹞”式战斗机在阿富汗反恐战争和伊拉克战争中都有不俗表现,主要执行近距支援和空中遮断任务。

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      前苏联也于50年代开始进行飞机垂直起降技术的研究,但进展非常缓慢。到50年代末期,眼看西方国家的垂直起降战斗机就要飞上天了,前苏联航空专家有点着急了。1960年9月初,作为苏联代表团团长的雅克福列夫参加了英国范堡罗航展,并对肖特SC.1产生了浓厚的兴趣。回国后,雅克福列夫就向国防部长迪米特里·乌斯基诺夫提出了研制垂直起降飞机的构想,随后在与军方专家讨论以后,雅克福列夫正式决定设计垂直起降飞机。其研制的雅克-36飞机在1967年7月9日航空节表演时垂直起飞,在50米高度过渡到平飞,绕场一圈,垂直着陆前还作了一个180度悬停转弯。

      起步虽晚,但开局不错。1970年7月,被苏联海军称为“载机巡洋舰”的“基辅”级航母铺设龙骨,因此雅克福列夫的垂直起降战斗机便成为其舰载机的首选。雅克福列夫设计局在雅克-36基础上开发其改良型雅克-36M。雅克-36M的着舰试验于1975年10月24日结束,随后正式装备苏联海军,并更名为雅克-38,共两个型号,A为单座战斗型,B为双座教练型,西方国家统称其为“铁匠”。

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 雅克-38垂直起降战斗机专为“基辅”级航母研制,每舰配备12至15架,主要用于攻击小型舰艇、舰队防空和侦察。它与英国“鹞”虽同为垂直起降飞机,但两者的动力方案却不同。雅克-38采用的是升力发动机和装有转向喷口的主发动机的组合式动力装置。其主发动机是一台涡喷发动机,2个可旋转的喷口设置在后机身两侧,2台升力发动机则纵列装在座舱后的机身内。起降时,主发动机的喷口向下旋转,与升力发动机同时工作,平飞时升力发动机不工作。该机的特点是:垂直起降很平稳,降落着舰很准确,但不能进行短距起降,也不能利用推力转向来改善飞机的机动性。

      雅克-38的作战使用和性能特点虽与英国“鹞”式飞机有所不同,但两者的技术水平大致相当。1973年到1983年间,苏联共生产了143架雅克-38,随后转为生产改型雅克-38M,不过仅生产了50架之后就停止了。雅克系列垂直起降战斗机全部装备苏联海军,空军则一架也没有购买,对外也没有出口。雅克-38首次参加的实战是在苏军入侵阿富汗的时候。不过效果非常不好,这是因为在高温高原地带发动机推力显得严重不足,飞机起飞困难。

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 雅克-38是苏联追赶西方国家的结果,但为赶超西方国家,苏联于1974年开始设计其后续型雅克-41超音速垂直起降战斗机。1989年3月雅克-41的第一架原型机首次试飞,在当年夏天突破音障,速度达到1400千米/小时。

    到1991年4月,雅克-41创造了国际航空联盟H级垂直起降飞机的12项世界纪录。其中11项是新创造的,而12000米的爬升时间纪录则打破了“鹞”所创造的老记录(“鹞”为122.6秒,雅克-41为116.2秒)。其他纪录主要包括最大升限纪录(13100米)、有效载重1000千克和有效载重2000千克时的上升时间纪录、上升到2000米的最大有效载重(2500千克)以及从3000米高度爬升到8000米的垂直速度(250米/秒)等。雅克-41创造这些飞行记录时并没有经过特别的改造,但申请这些纪录所用的名字却是雅克-141,所以此后普遍使用这个名称。1991年6月,雅克-141模型在巴黎航空展上公开露面。

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     与雅克-38垂直起落飞机相比,雅克-141不但速度快,而且机体尺寸也大。它采用上单翼双垂尾布局,机翼后掠角中等,翼根前线有边条,翼尖有一较短粗的整流罩,其下装有反作用力控制系统。机身较长,主起落架舱后的机身为两个悬臂梁向后伸展,作为双垂尾的支撑,两个垂尾向外倾斜,整个机身大约有26%是复合材料。动力配备同雅克-38一样,主发动机的两个进气道位于座舱后的两侧,其尾喷口位于机身后部约2/3处,并装有推力转向装置,推力方向最大偏转角95度,有利于飞机进场时减速。

      雅克-141的最大平飞速度1800千米/小时,实用升限15000米,垂直起飞时航程1400千米,短距起飞(带副油箱)时航程2100千米。机上装有一门30毫米机炮,翼下有4个外挂架,可挂导弹和火箭等多种武器,最大武器载重量2600千克。除了垂直起飞外,雅克-141还有两种短距起飞方式,一是利用升力发动机短距起飞,滑跑时主发动机喷管偏转63度(与垂直方向的夹角为25度),同时打开升力发动机帮助飞机加速;二是在起飞之前,主发动机喷管偏转65度,油门杆推到底,打开加力,起飞滑跑距离可缩短到5米。

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      雅克-141的研制是成功的,其喷气升力比美国的AV-8B大90%左右,而着陆进场距离比雅克-38M缩短一半。然而它只是昙花一现,苏联解体后,雅克-141项目因为没有资金投入而被迫下马,而雅克-38早已退役,所以目前俄罗斯已经没有垂直起降战斗机。

     在过去半个世纪里,美国海军已经数次对垂直起降战斗机进行评估,每次的评估结果都是不宜使用垂直起降战斗机。然而具有讽刺意味的是,AV-8“鹞”式垂直起降战斗机不仅是美国海军陆战队不可或缺的攻击武器,而且美海军的每个两栖战斗群(两栖戒备大队)均编有1艘“黄蜂”级或“塔拉瓦”级两栖攻击舰。在执行两栖作战任务时,每艘两栖攻击舰通常搭载AV-8B垂直起降战斗机6至8架、CH-46运输直升机40余架;而在执行火力支援任务时,通常搭载AV-8B垂直起降战斗机20余架、SH-60B反潜直升机6至8架。不仅如此,美国海军陆战队还计划用正在研制之中的短距起飞/垂直降落联合攻击战斗机F-35B代替“鹞”式战斗机,且美国陆海空三军正在评估贝尔公司、波音公司联合开发的V-22“鱼鹰”倾转旋翼垂直起降飞机,据悉不久即可服役。

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      与普通战斗机相比,垂直起降战斗机具有三大优势:一是如果航母受损,可大大增加飞机起飞和回收的可能性;二是实际作战行动表明,垂直起降飞机降落和着舰比普遍飞机更为简单和安全,甚至在夜间和恶劣天气条件下也是如此;三是为航母或两栖攻击舰提供更大的灵活性,并因此增强航母或两栖舰在高强度战斗中的战斗力。因此,在两栖攻击舰和轻型航母走俏的今天,垂直起降战斗机必将得到更大的发展。

      不过,鉴于现阶段的技术水平,垂直起降战斗机今后将向短距起飞/垂直降落方向发展(就像美国联合攻击战斗机的发展思想),为美海军陆战队和英国研制的就是F-35B短距起飞/垂直降落(STOVL)型战斗机。这主要是因为垂直起降飞机由于受自身重量限制,运载燃油和武器较少,作战半径大大减少。如英国“鹞”式战斗机,垂直起飞重量只允许8165千克,机内只能载油1023千克,作战半径仅为100千米左右;而短距起飞时允许起飞重量10430千克,不但机内油箱可载油2295千克,还可挂两个455升的副油箱,作战半径超过400千米。战斗机的性能必须综合衡量,所以“鹞”在执行作战任务时一般均采用短距滑跑起飞和垂直降落方式,以便增加载油量和载弹量,作战半径和攻击能力因此大幅度提升。


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