像鸟儿一样腾飞(飞机的发展与演变)2.doc

Bo-140 还打算作为战术运输机，取代 C-160“协同” / 同时期的还有 VFW VC-400，VFW 的全称为 Vereinigte Flugtechnische Werke，包括前 Heinkel 和 Focke-Wulf 的人马倾转机翼的机械相当复杂，可靠性成问题早期的 X-18 和 XC-142 用螺杆千斤顶控制机翼的倾转，动作平稳但是迟缓经过 30 年的冬眠，倾转机翼近来有复苏的迹象美国空军在寻找 C-130 的替代的过程中，从 AMST 开始，已经放弃了垂直起落的要求，现在只要求短 距起落波音将倾转机翼的概念用于“先进战区运输机”（Advanced Theater Transport）计划的招标，利用倾转机翼和地面效应相结合产生的增升效果，来达到短距起落 倾 转机翼经过 30 年的冬眠，现在又重新得到重视，这是波音的 147 型倾转机翼公务飞机 / 波音的雄心当然不止于小型公务飞机，波音投标美军“先进战区运输机”（Advanced Theater Transport，简称 ATT）的方案就是倾转机翼ATT 只要求短距起落，而不强调垂直起落，不过波音的 ATT 形状怪异，被戏称为“超级大青蛙”（Super Frog） 要是没有心理准备，冷不防看见空中飞来这么一个怪东西，地面的敌人怕是惊得目瞪口呆，放枪也忘记了 / 洛克希德的 ATT 方案就要常规多了，虽然为隐身修形的机翼和 V 形尾比较新颖洛克希德的另一个 ATT 方案就简直是 F-22 的运输机版了意大利 Agusta 推出的 ERICA 计划不仅仅是又一个倾转旋翼的方案 ，ERICA 的机翼外翼段倾转，使其介于倾转旋翼和倾转机翼之间，不过现在 ERICA 已经和 Eurotilt 合并了~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~至此，倾转动力基本上都是在机翼和发动机上动脑筋，Freewing（不知道中文该怎么翻译？）把思路颠一个倒，把机身、机翼固定，但把安装发动机的前机 身倾转，或许这应该成为倾转机身？倾转机身，安装在机身上的发动机的推力产生向下的升力分量，产生直接升力。

但这只是一部分，推力气流从地面的反射要是利 用好的话，可以大大强化升力，Freewing 就是靠直接升力和地面效应极大地增加起飞过程中的升力的升空后，前后机身拉直，像普通飞机一样飞行不过 Freewing 很难做到垂直起落，只能短距起落这在使用中不是那么了不起的一个限制，如果需要滑跑的距离足够短，比如只要十几米，在大部分情况下，还是能够找到合适的 场地的Freewing 也是公司的名字，Freewing 目前只用在无人机上，但 Freewing 的野心不止于无人机，提出的 Freewing 喷气战斗机方案很有点惊世骇俗，把通常 Freewing 的前后机身倒一个个儿，在短促的滑跑后，用气动力把机尾压下去，把机首抬起来，后面的事情就和一般的 Freewing 一样了 Freewing 是推力转向的一个新思路，机身、机翼固定，但安装发动机的前机身可以抬起来，提供额外的升力分量，缩短起飞距离不过 Freewing 不可能实现垂直起落到目前为止，Freewing 只用于无人机，由于前机身在起落时要高高扬起，载人的机舱布置在前机身恐怕有问题，而飞行员坐在后机身又有违传统，看来 Freewing 概念要用到载人飞机还有一段日子不 过人们的想象力是无穷的，如果倒一个个儿，前机身和地面水平，后机身翘起来，水平滑跑一小段距离后，水平尾翼用气动力量把尾巴压下去…… / 这样较重的前机身就抬了起来，可以利用向下的喷气推力分量，增加升力，尾撑之间的水平尾翼还可以“捕获”喷气发动机的下洗气流从地面的反弹，利用地效增 升，实现短距起飞。

事实上，这是利用机身的转动来实现推力转向，对发动机的要求最低起飞后，后机身放下来，和前机身平行，像普通飞机一样飞行这个就比较疯狂了旋翼也好，螺旋桨也好，产生推力的原理都是一样的如果把螺旋桨用涵道包覆起来，变成涵道螺旋桨（ducted fan），初看和普通螺旋桨没有太大两样，但是涵道内外的气流有速度差，在贝努力原理的作用下，涵道内的高度气流可以拖动涵道外的低速气流，可以产生比涵 道内气流流动多至 50% 的额外推力涵道本身在平飞状态也产生升力，这时圆形的涵道实际上就构成了环形机翼平直翼、后掠翼、三角翼甚至前掠翼是人们所熟悉的，但环形翼也是产生 升力的一个有效方法环形翼可以想象成翼梢小翼的一个极端，由于制造和分析上不如平面翼简单，一直没有得到重视，在涵道风扇上的应用可算是歪打正着涵道 风扇也可以倾转，除了涵道本身也产生升力外，倾转涵道风扇（tilt ducted fan）具有和倾转螺旋桨一样的优缺点，不过在涵道风扇在倾转过程中，唇部的迎角不断变化，倾转到一定程度时会引起失速，改变飞机的升力分布，带来一定的 飞行控制上的困难，同时造成风扇进气的紊乱，和很大的嗡嗡声Doak VZ-4 是倾转涵道风扇的先驱，但最重要的倾转涵道风扇飞机应该是贝尔 X-22。

尽管美国海军这是三军联合的项目的一员，但海军更中意短小的倾转涵道风扇方案，以便由航母升降机容纳，也免除折叠机翼的必要涵道风扇也对甲板 人员比较安全于是海军在参加 XC-142 的同时，推动贝尔 X-22 计划贝尔 X-22 采用四台涡轴发动机，两两布置在垂尾两侧，通过交联的同步轴，驱动所有四副涵道风扇，每个涵道出口的一个气动控制面提供垂直起落和平飞中的飞行控制巨大 的垂尾实际上没有舵面，只是起方向稳定作用X-22 的涵道风扇的有 35% 的剩余功率，只要三个涵道风扇就能够实现垂直起落，只剩两个了还能正常平飞，在跑道降落只需要一个涵道风扇就够了海军对 X-22 的试飞成果相当满意，责成负责研制 X-22 飞行控制的 Cornell Aeronautical Laboratory（后称 Calspan 公司）继续完善自动飞行增稳控制系统到 80 年 Calspan 完成项目，军方已经对垂直起落飞机失去耐心，X-22 计划无疾而终 Doak VZ-4 是采用倾转涵道风扇的先驱 / 水平的涵道本身可以产生升力，但倾转过程中，涵道唇部会出现失速Doak VZ-4 从起飞到平飞的转换过程 贝尔 X-22 又是一个三军联合的项目 / 由于采用涵道风扇，没有不对称升力和后行桨叶失速的问题，可以放心采用刚性桨叶 四个大水桶一样的涵道风扇在空中翻转，也是一景 / 法国的 Nord（后并入 Aerospatiale）也研制了 Nord 500 Cadet，发动机推力和涵道出口的菱形导流片提供悬停状态下的姿态控制如果不倾转涵道风扇，而是把涵道风扇固定在机翼或机身内重心附近，用于在垂直起落时提供升力，在平飞的时候覆盖起来，减少阻力，这就是升力风扇的方案了。

升力风扇方案并不新颖，二战后期纳粹德国热衷于一剑定乾坤的秘密武器，垂直起落战斗机是其中的一部分，升力风扇就是以研制号称二战中德国最优秀战斗机 FW 190 战斗机著名的 Focke-Wulf 的方案但首先实现这个概念的，还是 Vanguard OmniplaneVanguard 是由 Piasecki 分出来的一些人建立的，Omniplane 时运不佳，完成系留试验后，机械可靠性的问题就早早终止了 Omniplane 的生涯不久，制造航空发动机出生的通用电气希望涉足垂直起落领域，和 Ryan 合作，研制了 XV-5 研究机XV-5 比 Omniplane 要接近实用化多了，升力风扇依然埋在机翼里，但在平飞的时候，可以由盖板盖起来，减小阻力上盖板是背对背打开的两个半圆形，下盖板是百叶窗形，打开时用 作悬停状态下的偏航控制机首有一个由百叶窗遮盖的小型升力风扇，用于俯仰控制XV-5 的升力风扇有 31% 的剩余功率XV-5 暴露了升力风扇的一些问题：升力风扇占用体积过大，载油和机载设备很受限制另外飞行控制响应不灵敏，悬停到平飞的转换只有很小的操作窗口，越界的话，容 易失事由于机翼内的风扇使机翼很厚，XV-5 遇到很大的阻力问题，尽管是喷气式飞机，实际平飞速度不比二战时的螺旋桨飞机快。

XV-5 在 70 年代头上就下马了不过升力风扇在 90 年代再现辉煌，入选的洛克希德 F-35 采用的就是升力风扇F-35 的故事容后再述Focke-Wulf 的升力风扇方案 二 战后期，德国秘密武器研制计划中，Focke-Wulf 就有用升力风扇实现垂直起落的想法，但真正实现这一概念的，还是 Vanguard Omniplane / 其机翼中巨大的胜利风扇提供垂直起落时的升力，机尾的推进涵道螺旋桨提供推力，涵道后的气动控制面提供飞行控制机翼实际上还是符合气动升力的要求的，就是特别肥厚了一点通 用电气是制造航空发动机的公司，但在 50-60 年代的垂直起落大潮中，也来赶了一回时髦，和 Ryan 联手，研制了 XV-5 垂直起落研究机，机翼上的盖板可以打开，暴露出机翼内的升力风扇 / XV-5 在悬停中，可以看到机翼上向上折起的风扇盖板，机翼下表面另有百叶窗式的盖板这张图可以看到一点机翼下表面百叶窗 / 这里可以清楚地看到打开盖板后机翼里的升力风扇，注意机首还有一个关闭的“百叶窗”，下面是另一个较小的升力风扇，用于控制俯仰平飞时，机翼上下表面的风扇盖板板关闭，减小机翼阻力XV-5 的风扇有点创意，是通过对翼尖吹气驱动的，即所谓 tip turbine~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~比升力风扇上更“优美”的是所谓引射增升（ejector）。

引射是贝努力原理的一个应用，如果对文丘里管（背对背的喇叭口）吹入高速气流，在文丘里管的 喉部会产生低压，这个低压会拉动文丘里管外上游的空气，和吹入气流混合，一起喷出文丘里管，最后文丘里管出口的气流流量大于吹入的气流工业上常用这个原 理，将大型容器内的气体抽吸出来理论和实验证明，拉动气流和吹入气流之比可以达到 1.5-2：1，如果在机身或机翼上安装引射装置，就可以用较少的喷气发动机引出高压气流，产生较大的直接升力，这就是引射增升的基本道理和直接采用旋 翼/螺旋桨/风扇的方案相比，引射增升容易和机体气动外形实现保形，减小正常飞行时的气动阻力；引射装置的布置比较灵活；引射的排气和周围的冷空气混合， 温度、速度大大降低，对跑道或甲板的烧蚀较小，发动机吸入废气的影响也小一些70 年代时，由于越南战争的拖累，加上传统的大甲板航母的采购和运行实在太贵，在时任海军作战部长 Elmo Zumwalt 海军上将（最新的“21 世纪驱逐舰”DDG21 就是用他的名字命名的）的倡导下，美国开始研究“海上控制舰”（Sea Control Ship）概念，意图用较小的（一到两万吨）的直通甲板小型航母，运载较少但仍有足够战斗力的垂直/段距起落飞机，补充大甲板航母的作战，美国海军开始对 垂直起落战斗机认真起来。

美国海军和工业界研究了众多方案，Part14 里的最后一幅变形金刚也是当时的一个方案，目的是结合当时在阿波罗飞船上获得成功的空中对接技术，用重型吊车把垂直起落飞机吊到舷侧，然后点燃发动机，炽 热的喷气流直接射向海面，不损伤甲板，着陆时把顺序反过来类似的还有在“鹞”式战斗机背上吊挂的方案，但最后选定的是采用引射增升的罗克韦尔 XFV-12 方案　　XFV-12 采用美国战斗机中不常见的鸭式布局，鸭翼低置，主翼为上单翼，翼尖设垂尾，总体布局比较前卫，但最前卫的当然是在机翼内和鸭翼内的引射增升装置发动机为 F401，这是本打算用于 F-14B 的海军型的 F100 发动机，F-14A 的 TF-30 发动机发动机一直有动力不足和可靠性低下的问题，海军一直就是把 F-14A 作为过渡型战斗。