能否再造革命性武器 看中国未来垂直起降战机的发展

在中国海军的两栖作战中,短时间内还没有使用垂直/短距起降战斗机的必要性。即使是针对某敌对大型岛屿的跨海突击作战中,由于其滩头乃至纵深目标距离大陆不过200km左右,完全在岸基航空兵的攻击范围内,依靠武直-10和武直-19作为灵活快速应召支援火力已足够。

而随着南海岛礁的大规模扩建,其机场空间直逼陆地大型机场,垂直/短距起降飞机也难有用武之地。所以至少五年内,无论是中国空军还是海军都不会把它作为一个装备型号正式立项。由于中国航空技术发展长期以型号为牵引,而型号研制需要保证技术成熟性,这就导致难以成功验证航空领域的新技术,比如变后掠翼技术就随强-6的下马而搁置。这就是我国虽然不能说完全没有对垂直/短距起降飞机的要求,但却一直未见成果的重要原因之一。

强-6

我国真正接触垂直起降战机技术则是在70-80年代。中国空军对“鹞”这种对跑道要求低,适合预想中机动防御作战的飞机非常感兴趣,原本计划购买数十架并安排仿制生产,但由于英国开价太高难以负担等原因,最终没有成行。

“鹞”

而后的中俄大规模军事合作则促成了中国获得了部分苏联末代垂直起降战机雅克-41(苏联解体后更名雅克-141)的技术。和初代产品雅克-38不同,雅克-41是一款理念全新的垂直起降飞机,其诸多技术特征深深的影响了美国洛克希德马丁的JSF垂直起降型方案也就是后来的F-35B。

雅克-41

但由于当时国家资金仍然有限,中国能全力“吃掉”苏-27等诸多重点项目已经很不容易了,加上当时垂直/短距起降飞机并非空海军装备重点发展方向,而且随着后来雅克和洛克希德马丁的合作逐渐公开化,我国也没有继续在雅克-141上投入更多精力,但对其配套的R-79发动机技术很感兴趣。另外我国对雅克-41的技术改进型也感兴趣,比如加装更大的边条、提升大迎角飞行特性、并换装图-160使用的推力达245千牛的NK-321涡扇发动机的雅克-43,以及在美国JSF计划曝光后,雅科夫列夫试图抓住这个机会而推出的隐身改进型方案——雅克-43“方案201”等等。

而通过和雅克的技术合作,F-35B在垂直起降原理上和雅克-141类似,其整体布局要比“鹞”式先进。但不同的是,F-35B使用由主发动机驱动的升力风扇而非专门的升力发动机,实现了整机的垂直起飞,这种设计避免了雅克-38/41起降时经常产生的升力发动机吸入排出的高温燃气的问题。

F-35B

这个升力风扇的工作原理是通过一个齿轮组将从F135-PW-600发动机引出的一根长驱动轴与升力风扇的轴相连接,发动机运转时将带动风扇旋转而产生升力,在完成起飞之后,配套的离合器将驱动轴和升力风扇分离。这套系统除了占用空间小之外其实没啥优点,存在复杂的机械结构和死重问题。按照洛马的意思,F-35B的升力风扇本应由发动机压气机后引出的压缩空气通过高压空气管路来驱动,向轴心或者向叶片吹气都行,这样省却了复杂机械结构,可靠性很好。但这个管路占用空间太大,已经被戏称为“肥电”的F-35B如果使用这种设计,机体截面积还将增加,最终遗憾下马。

F135-PW-600

不过F135-PW-600总体而言还是很成功的升力/巡航发动机,跟R-79相比,它在满足F-35B大起飞重量垂直/短距起飞要求的同时,尽量保持了第四代涡扇发动机应有的高性能。我国的垂直起降飞机动力系统能否在涡扇-15这种立足于超巡而涵道比较小的四代发动机上改进而来,十分考验技术积累。

涡扇-15

另外一个为人关注的技术难点则是主发动机喷管偏转技术,我国这一技术目前还没有实用化,但之前已经进行过广泛的技术研究,不过在控制系统方面还存在着诸多亟待攻克的课题。而在苏-35到来后,其117S发动机配套的喷管偏转技术特别是其控制系统将对这一技术的发展完善提供更多助力。

垂直/短距起降飞机飞行事故主要在起降过程中姿态转换阶段,想保证飞行安全,对发动机控制技术以及整机飞控系统要求很高。我国虽然在数字式电传飞控系统上已经积累了一定经验,但还没有实现发动机数字控制技术(FADEC)的型号装备,所以这一项目现阶段定位于探索是很明智的。

既然是立足于技术探索,我国垂直起降飞机在原理上就应当瞄准F-35B的主升力/巡航发动机+升力风扇技术,否则就失去了技术探索的意义。由于垂直起降飞机项目的主要攻关要点在于发动机及其控制技术,加上这个项目短期内并非装备型号,对其机体的技术要求反而可以适当降低,以缩短开发周期节约成本。比如其航电系统只要满足基本的飞行控制即可,武器系统更是没有必要安装,甚至机体的隐身设计也不一定是必须的。

如果中国航空工业能够借这个没有硬性装备需求的探索项目,利用现有较为成熟的“货架产品”围绕短距/垂直起降飞机动力系统制造一架验证机,对相关技术进行集中验证,对短距/垂直起降飞机技术本身具有极大的探索意义。也许我们在10年内还看不到中国海军的两栖攻击舰上搭载实用型垂直起降战斗机服役,但技术壁垒的突破带来的连带价值很可能将在其他型号上开花结果。

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