王亚男航空说
2023-05-26 15:38海南《航空知识》主编,中国科协航空科技文化普及首席科学传播专家,中国航空学会科普工作委员会委员,知名科普专家,优质军事领域创作者,优质军事领域创作者,活力创作者（网友“NIL+”畅想的中国短垂战机“歼-26”，总体布局类似歼-20和F-35的结合体）
(资料图片)
075型两栖攻击舰横空出世之后，我们是否发展国产垂直/短距起降战斗机就成为外界关注焦点，这么大的两栖舰，如果不参照美国发展F-35B这样的垂直/短距起降战机，似乎有些浪费，而且辽宁舰和山东舰也很适合这类战机。
实际上垂直/短距起降战斗机的探索和研发，国内相关院所一直都没放弃。最近成飞的一款垂直起降战机专利亮相，在圈子里引发了不小的轰动，连国外网友都在谈论这款垂直起降战机。
（网友“大包”根据专利中的设计简图，绘制还原的成飞短垂战机CG图）
从专利描述上看，我们此前网友“脑洞”的一些飞行器方案，当时觉得很科幻，现在和成飞的方案一比还是太保守，不够大胆，格局小了。成飞这个设计布局，光从动力系统上看，就相当大胆和超前。
（成飞专利授权公告日是5月23日）
成飞这款专利，具有四大特点：隐身重型机、双发串联布置、两种模式下双发全程工作、矢量喷口提供高机动性。其中每一个特点，都意味着与全球其他垂直起降战机的极大不同，合在一起就是一次巨大的突破。
（成飞这款战机，看上去复杂的设计方案，实际很巧妙，我们后文会逐一解读）
【重型+双发】此前我们比较熟悉的、成熟的垂直起降战机，无非是鹞式、雅克38、雅克141和F-35B这几款，这些机型的起飞重量都比较小，大部分不超过20吨，只有F-35B摸到了重型机的门槛。重型战机意味着更大的载弹量、航程和作战半径。之所以上述战机都不是重型，自然是因为动力上无法满足垂直起降的需求。
（世界几款主要的垂直起降战机，个头都不大，全是因为因为动力限制了梦想）
从动力方式上看，国外有共用型和组合型之分。
共用型就是一台主发动机实现升力和推力两种功能，例如英国的鹞式战机，它采用的飞马发动机通过推力矢量喷管和引流管来实现垂直起飞和平飞。这种模式的优点是只需要一台发动机就能解决两种需求，结构重量低，设计相对简单。缺点就是发动机布置在机身中部，挤占了大量空间，而且这种设计严重限制了超音速飞行能力。
（鹞式战机不靠空中加油其实根本飞不远，只能变成一种短腿的攻击机）
组合型就是让升力和推力由不同的发动机来实现，例如苏联雅克-38和雅克-141战斗机的设计，除了有安装了推力矢量喷管的主发动机外，还有额外的升力发动机。这种模式的优点就是对气动布局的限制比较小，超音速飞行能力可以得到保证。缺点就是升力发动机同样会挤占机身中部空间，同时在平飞中还会成为无法工作的结构死重。
（雅克141在设计上已经是相当成功的一款短垂战机，但未能继续发展）
F-35B的动力模式依然是组合发动机，但相比雅克141更进一步，将“吹热风”的升力发动机换成了“吹冷风”的升力风扇，风扇的动力源依然是F135这台大推力涡扇发动机，通过一根特殊的传动轴，将一部分动力传输给前面的升力风扇。这种动力模式获得了和雅克141那样的垂直起飞能力和超音速飞行能力，但同时升力风扇又比升力发动机轻不少，而且降低了高温下洗气流的危害。
F-35B的模式依然存在短板，那就是升力风扇在平飞中还是无法提供推力的死重，同时一台F-135发动机在起飞过程中要多处出力，对起飞功率的要求极高，大大提高了研制门槛。
（F-35B的升力风扇设计非常精巧）
无论是哪种设计，都让战机需要面对推力与重量的协调问题，因为发动机推重比是有限的，为了避免水多加面、面多加水，这些战机只能设计的比较小，从而带来性能上的一些缺陷。 最明显的就是航程小，飞行速度慢。
比如海鹞作战半径只有不到400公里，而一般战机都是800-1000公里左右，作战半径这点只有F-35B能够达到。垂降战机的飞行速度也普遍不高，雅克-141和F-35B虽然解决了超音速难题，但最大飞行速度依然只有1.4马赫左右。
（作战半径方面，F-35靠先进发动机，数据看上去不错，但代价是没有高速能力）
雅克38、雅克141使用组合发动机，也有多台发动机，为何还有航程和速度问题？这就是之前提到的水多加面、面多加水。
雅克38和雅克141，为了解决起飞问题，在前方竖着安装了两台升力发动机，起飞后就没用了。于是浪费了宝贵的机体空间，导致油料也更少，F-35B也有这个问题，只是不明显。所以，一方面死重增大，一方面空间和油料减少，自然大幅影响战机性能。
（雅克-141（左上）、雅克-38（右上）和F-35B垂直起飞的差异性）
【无死重，发动机是真动力】成飞的双发设计，比较巧妙的通过两台发动机，解决了垂直起飞和平飞的矛盾，并且最大程度上避免了平飞阶段一台出力一台成为死重的尴尬，从而为优化后续各种问题，打开了局面。
回到成飞设计方案，这是一种串联布置的动力模式。前一台发动机体积较小推力也较低，布置在了驾驶舱后部的机背位置，进气口也设计为机背进气，同时高温燃气通过一个分叉式涵道，从翼根处的喷口排出。后一台发动机也是主动力，布置位置与常见的战斗机类似，通过机腹进气，它拥有一个和雅克141、F-35B类似的三轴推力矢量喷管，能够向正下方偏转。
（2台发动机3个喷口的设计，解决了死重问题，也解决了垂直起降时力臂问题）
通过这种设计，两台发动机+三个喷口，来完成垂直起降。前置发动机在升空后依然可以正常工作，通过两个翼下喷口的栅格叶偏转方向，可以将向下的推力，转化为向后的推力，从而参与平飞中的推进。同时这两个翼下喷口还能参与战机姿态的调整，也相当于是两个推力矢量喷口，用来提高战斗机的机动性。所有发动机全程都在输出动力，发动机死重也就不存在了。
（两台发动机的相对位置和进气、喷气模式）
【发动机结构简单】看前置发动机的设计布局，有些人可能已经发现，这不与鹞式的“飞马”发动机大差不差吗？看在垂降中的工作模式确实类似，不过这种设计对发动机要求比较低，而飞马发动机则非常复杂。
飞马发动机确实很巧妙，通过引出不同部位的气流，实现推力分配。前方两个喷口直接喷吸入的空气，后方两个喷口喷射发动机燃烧后的燃气，一前一后四个喷口，解决了力臂问题，也没有死重。但是这个设计让发动机结构复杂，很难在较大波动的工况下工作。
（飞马发动机确实巧妙，但是结构复杂，提升空间有限）
此外飞马发动机直径也大的可怕，整个发动机比鹞式战机的机身还要粗，更像一个客机用的大涵道比涡扇动力，又粗又稳，自然不适合超音速，更别提超机动了。
成飞的设计，只是简单将喷管分流，不需要考虑复杂的结构和工况问题，也不需要对涡扇发动机进行复杂的改装。前置发动机启动后，只管猛喷气流工作即可。后方发动机与雅克141和F-35B类似，大家应该很好理解，就不多赘述了。
（成飞方案里，发动机主体无需任何改动，涡扇只需正常工作即可）
【附带矢量机动】既然解决了重型、双发和复杂性问题，那么我们就有了一款实用性很强的垂直起降战机方案。这款战机其实还隐藏了一个锦上添花的功能，那就是矢量机动。依靠三个矢量喷口，主要是是前方两个，战机在飞行时可以进行矢量机动。
（成飞方案中，翼下喷口通过在飞行中调整方向，实现矢量干预）
成飞方案里，翼下喷口突出于翼根处，借助于鹞式相似的前置喷管布局，战机获得了一个靠前的作用点，可以配合翼面调整飞机姿态，充分利用偏转喷口的设计，不浪费一克的重量。这种设计也有缺点，首先是喷口的设计和制造难度比较大，同时喷口的调整也需要更复杂的飞控来操控，另外突出在翼根下的喷口会形成两个鼓包，带来了额外的阻力和雷达反射面积。
（两个翼下喷口由于需要调整推力方向，因此会形成两个鼓包）
【集百家之长，避百家之短】通过上面分析可以看出，成飞的方案并没有太大的技术或材料上的难点，而是巧妙利用现有的成熟技术，通过串列布置发动机，就解决了此前垂直起降战机的很多缺点。
（三个喷口同时提供推力的状态）
乍看，这个方案简单，这恰恰是它的优点，说明可行性非常高。简单不等同于容易得到，在轮子发明之前，人类在数万年时间里，都没能实现这个最简单的突破。创新哪怕只有一丁点，都是极为困难的。
整体上看成飞这个设计，集百家之长，避百家之短，可行性高，技术需求低，真的可以快速实现研制与试飞。
（F-35B的垂直起降设计相对成功，但并不完美，也不是“真理”）
【仍有一些问题需要解决】当然我们也要看到，这个方案仍然有一些细节问题需要克服。比如发动机高温燃气在分流管通过，燃气温度非常高，对周边航空电子设备、油箱、弹舱等等有不小的影响，需要隔热设计。
此外，整个系统复杂度依然不低，尤其是管道在机体之内弯曲，占用机内空间，维护检测也相当不便。当然，这些都算比较偏技术细节的优化。
（技术细节问题，都是可以解决的问题，隔热与冷却也不是天大的难题）
【战力值得期待】可能是成飞出品的原因，这款隐身双发垂直起降战机带着一点歼-10的特点，比如及附近期设计，不过这个方案如果要进入详细设计，绝非歼-10拉皮这么简单。首先歼-10典型的鸭式布局并未看到，主翼也未采用三角翼设计，双垂尾带有明显的隐身设计考虑。
最大的区别是，这种双发串联的动力设计，以及为了保证内油和机内空间，这款垂降战机的起飞重量和机体尺寸也远大于歼-10系列，这将是一种隐身重型战斗机。不过很遗憾，在这个动力设计为主的方案中，并未看到其他隐身设计的细节，也不清楚隐身机最重要的弹舱如何设计和布置。
（成飞方案是一种隐身重型垂直起降战斗机）
如果成飞方案真的能投入实际研制，那么中国将具备一款能垂直起降，可携带大量弹药和燃油远程作战的重型战机。小了说可以助力两栖登陆作战，方便两栖攻击舰变身准航母，强化对前线支援能力。
如果往大了说，这个设计成熟优化后，新款战机同时具备大航程、大载弹量、高速度和垂直起降能力。意味着不再依赖跑道，只需少量机动力量保障，即可长时间机动、分布式作战，生存能力极强，那么是否可以考虑替代部分常规战机？
