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飛機騰空而起

2009-05-14 08:39
科學大眾(中學) 2009年4期
關(guān)鍵詞:升力旋翼升空

司 古

普通的飛機要想起飛,都必須沿著長長的跑道滑行加速,達到一定速度后才能離地升空。沒有這條跑道,就沒辦法起飛。如果遇到緊急情況或者跑道被敵方炸毀,普通戰(zhàn)斗機就成了廢鐵,只有留在地面挨打的份兒。那么,能不能制造一種不依賴或少依賴跑道的飛機呢,如果那樣,就不必勞神修建巨大的機場和跑道,敵方也就難以發(fā)現(xiàn)空軍部隊的藏身地點。

有人會說,直升機不就能垂直起飛嗎?沒錯,直升機可以不依賴跑道,通過轉(zhuǎn)動旋翼就能升空,但直升機飛行速度有限,一般每小時飛上個兩三百千米,無法作為空軍的主力作戰(zhàn)裝備。而飛行速度較快的噴氣式戰(zhàn)斗機,要想具備直升機那樣扶搖直上的本事,還真不是一件容易事。

原本噴氣式飛機升空,是通過噴氣發(fā)動機向后噴出高速氣體,讓飛機獲得向前的推力,隨著飛機滑跑速度的提高,機翼就會產(chǎn)生升力,升力大到一定程度,克服了飛機自身的重力,飛機也就騰空而起了?,F(xiàn)在要讓噴氣式飛機垂直升空,就不能進行滑跑,沒有滑跑,機翼也就無法產(chǎn)生升力,那么飛機怎么克服自己的重力呢?一個直接的辦法是給它提供向上的推力,讓發(fā)動機產(chǎn)生的高溫高速氣體直接向下噴出,飛機就能獲得向上的推力,這一原理和火箭發(fā)射的道理差不多。英國人在1953年開始進行了多次試驗,認為這一方法可行。1957 年英國生產(chǎn)出了肖特SC1 垂直起降飛機,這架飛機上安裝了4 臺垂直升力發(fā)動機,負責把飛機“舉”起來,另外還裝有一臺水平發(fā)動機,為飛機提供前進的推力。

美國人和蘇聯(lián)人也積極開發(fā)垂直起降技術(shù)。美國人的想法是,設(shè)計一種旋翼可以偏轉(zhuǎn)的飛行器,在需要垂直起降時旋翼呈垂直方向,產(chǎn)生向上的拉力,把飛機提起來。升空后,旋翼可以旋轉(zhuǎn)到水平位置,產(chǎn)生向前的拉力,于是飛機就能高速水平飛行了。這種概念美國人始終沒有放棄,在多次試驗和失敗后,美國人最后完善了這項技術(shù),成功開發(fā)出傾轉(zhuǎn)旋翼機V-22“漁鷹”。蘇聯(lián)人采用的方式和英國人類似,他們開發(fā)的雅克-38“鐵匠”艦載戰(zhàn)斗機在前機身裝有兩臺升力發(fā)動機,在后機身裝有一臺水平發(fā)動機。水平發(fā)動機的噴口可以旋轉(zhuǎn),垂直起飛時轉(zhuǎn)動到下方,和升力發(fā)動機配合工作,一起把飛機頂起來。

利用升力發(fā)動機和水平發(fā)動機共同工作的方法雖然可行,但還是存在問題。首先,采用的發(fā)動機數(shù)量多了,耗油太多不說,可靠性也有問題,兩臺甚至更多的發(fā)動機一起工作,難保其中不出毛病。如果能用一臺發(fā)動機搞定,就最好不過了。英國人一直為了這個問題仔細研究,如果要讓一臺發(fā)動機同時為飛機提供垂直和水平推力,就要求其噴口必須能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向,同時還要使用功率更大的渦輪風扇發(fā)動機。經(jīng)過苦心研制,英國開發(fā)出“飛馬”噴氣發(fā)動機。這種發(fā)動機最大的特點是裝有4 個會轉(zhuǎn)動的噴口,可以在很大范圍內(nèi)改變噴氣推力的方向。這種頗具創(chuàng)意的發(fā)動機后來成為英國著名垂直起降戰(zhàn)斗機“鷂”的動力系統(tǒng)。在1982 年英國和阿根廷爆發(fā)的馬島戰(zhàn)爭中,“鷂”式戰(zhàn)斗機多次從航空母艦上通過短距或垂直方式起飛,有效保衛(wèi)了英國艦隊的安全。鑒于這種飛機性能很好,美國也引進了這項技術(shù),并加以改進,制造出AV-8B戰(zhàn)斗機。意大利、西班牙和印度也先后采購和裝備了“鷂”系列戰(zhàn)斗機。

“鷂”的設(shè)計思想給了美國人以啟發(fā)。如今美國F-35“閃電”II 型戰(zhàn)斗機就部分借鑒了當年“鷂”的設(shè)計思路。美國人也是用一臺發(fā)動機同時解決垂直升力和水平推力的問題。F-35 的前機身裝有一個巨大的升力風扇,風扇的傳動機構(gòu)通過一根長長的傳動軸和后機身的發(fā)動機相連接,發(fā)動機的尾噴口還會旋轉(zhuǎn),可以從水平位置轉(zhuǎn)到垂直位置。這樣一來,如果需要垂直起飛,發(fā)動機就把動力轉(zhuǎn)遞到升力風扇上,同時把尾噴口轉(zhuǎn)向下方。同時在機翼兩側(cè)還設(shè)有平衡調(diào)節(jié)噴嘴,可以幫助飛機保持橫向平衡。在垂直起飛時,會有計算機隨時監(jiān)控飛機的姿態(tài),并自動調(diào)節(jié)前后推力的分配,保證飛機平穩(wěn)升空。飛機一旦到了安全高度,尾噴口就可以轉(zhuǎn)向后方,發(fā)動機和升力風扇分離,飛機就能高速向前飛行了。

能夠垂直起降的飛機最大的優(yōu)點就是反應迅速,不用跑道就能立即升空作戰(zhàn)。但它們也有自己的問題。因為要垂直起飛,飛機就不能攜帶太多的油料和彈藥,否則發(fā)動機沒那么大力氣把飛機“托”起來;油料和彈藥有限,飛機就無法飛行很長的距離,也不能長時間作戰(zhàn)。不過,有些任務并不需要長時間飛行和作戰(zhàn),對于航母艦載機,最大的要求就是能快速升空截擊敵機,所以垂直起降戰(zhàn)斗機配備在航母上還是非常合適的。

今天在世界各地舉辦的航展上,我們還常常能看到“鷂”系列垂直起降戰(zhàn)斗機進行各種表演活動。蘇聯(lián)也曾開發(fā)過很不錯的垂直起降戰(zhàn)斗機,雅克-141 就是其中的代表。但隨著蘇聯(lián)的解體,這種飛機的發(fā)展也沒了下文,如今只能到博物館里去看它們了。

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