美军垂直起降技术的奠基之作,引出C-5和F-35B的动力系统

422 瑞恩XV-5垂直风扇战机

在上个世纪的垂直起降技术的研发大潮中,美国洛克希德马丁公司和通用电气公司都投入了大量的技术和财力,在洛克希德研发XV-4蜂鸟战机的时候,美国通用电气公司也在进行自己的垂直起降战斗机的研发,通用电气的项目就是瑞恩XV-5垂直风扇战机。

它的设计、建造和测试则是外包给了Ryan航空公司,当时设计出来的XV-5垂直起降飞机具有很明显的特色。

最大的特征就是在每个机翼内侧部分设计有一个直径为5英尺的风扇用来提供垂直升力,除此之外还在飞机机头前部设计一个提供升力的风扇。

机翼采用三角翼设计,机翼的设计与道格拉斯A-4天鹰攻击机相似,驾驶舱采用双座并排座椅驾驶舱的设计,尾翼为T型尾翼,在尾翼朝机头延伸方向,设计了一个机背进气装置,这一点在当时是具有创新性的。

机身尺寸上面,长度为13.56米、翼展9.09米、高度4.5米,空重为3.4吨,动力为两具通用电气的J85-GE-5涡轮喷气发动机,通过尾喷管喷出气流提供向前飞的推力,单个引擎推力为11.82 kN,使得XV-5能实现880公里/小时的最大飞行速度。这里有个问题了,不是垂直起降飞机吗?垂直起降的动力从哪里来?

前面讲过XV-5实验型垂直起降飞机设计了独特的通用电气X353-5机翼升力风扇,这个不寻常的高涵道比升力风扇系统的动力来源就是那两具J85-GE-5涡轮喷气发动机!

在垂直起飞阶段,来自这两具涡轮喷气发动机的废气会通过一套气体偏转管道,转移到一对垂直安装的涡轮机/风扇单元,废气驱动靠近机身的涡轮系统,而涡轮系统驱动机翼上的风扇扇叶旋转,从而提供垂直升力。

并且在转换的过程中,每台发动机只提供每个风扇单元所需的一半废气,这样在一具发动机发生故障的情况下,交叉管道的设计还能够保持两个风扇均匀转动。

这种通过尾喷废气驱动风扇的方法效率会比直接喷出的流量还要高,风扇产生的气流比气体发生器的质量流量整整大了13倍,产生的向下推力比使用推进喷嘴的推力整整增加3倍,所以单个直径1.59米的风扇产生推力达到了33千牛,除此之外,在机头部位,还有一个直径为0.91米的通用电气X353-5机翼升力风扇,这个风扇主要是用来控制机头的俯仰的。

这一套系统可以说是大大的增加了垂直起飞的效能,XV-5飞机上研发的这个动力理念后来也被用在了通用电气TF39高涵道涡扇发动机,而这个发动机就是C-5银河运输机的引擎,风扇系统后来优化之后也被用在F-35B闪电II战斗机上。

在垂直风扇的下面是一系列展开的出口百叶窗,机翼上的翼扇以相反的方向旋转,翼扇被铰链门覆盖,机头鼻扇上方的覆盖是百叶窗的设计,这些组合在一起可以在垂直起降的过程中引导风扇的推力大小和气流方向,可以控制气流向前,向后或横向推动推力,同时还可以控制偏航,可以说这款垂直起降飞机在技术上,已经是相当成熟的了。

后来生产出了两架原型机,在测试的过程中,发现从垂直起降转换成水平飞行的过程中非常不稳定,第一架在试飞的时候坠毁,第二架也出现不小事故,最后第二架在优化之后继续研究,直到1971年被移交到美国陆军航空博物馆永久展出。

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