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国产垂直/短距起降战机猜想,自带升力风扇的大推力发动机是难点
2020-08-16           作者: 冬雨AK

前言

自从075型两栖攻击舰服役之后,军迷对可能上舰的舰载机配置有过激烈的争论,从现实情况来看,直-8、直-20、武直-10会成为第一批上舰的机种。但讨论最多的、最期待的还是类似于“海鹞”、“鱼鹰”这一类采用垂直起降技术的战机,不过,这些期待短时间内不太可能实现。但这并不妨碍我们对国产垂直/短距起降战机的猜想,网络上曾经广泛流传的歼-18、歼-26“精卫”是这方面的典型代表,笔者结合网络及一些公开消息进行分析,说一下个人的看法。

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“四号任务”

目前世界上投入使用的垂直起降飞机主要有两大类,偏转旋翼飞机(以“鱼鹰”为代表)和喷气式垂直起降飞机(以“海鹞”为代表),其中,可作为战斗机使用的主要是喷气式垂直起降飞机。

我国研制垂直/短距起降飞机的历史并不短,可追溯到中苏交恶时期。珍宝岛事件后,两国发生大规模战争的可能性增加,为了保证机场被摧毁后战机仍能起飞作战,1968年林彪命令三机部开展垂直/短距起降战机的研制工作,代号“4号任务”。

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“四号任务”,4台硕大的升力风扇非常显眼

为满足垂直起降的要求,沈阳飞机设计所先后提出了6套不同的设计方案,并确定其中的1号和6号为优选方案。两套方案均以歼-6战机为基础,1号方案使用推力3吨左右的912升力发动机和带有燃气转向活门的涡喷-6丙发动机联合起飞。6号方案则使用4台由主发动机驱动的升力风扇实现垂直起飞。这两种设计,都严重超越当时中国的技术水平,所以未能实现:1号方案中的涡喷-6丙推力不足,实际推力只能达到设计值的80%,而6号方案中的升力风扇更是不到设计值的60%,4台硕大的升力风扇更是严重破坏了战机的气动布局。“九一三事件”后,垂直/短距起降战机研制任务中止。1972年3月25日,“4号任务”正式下马。

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“四号任务”另一视角

除了自行研制外,关于我国进口垂直/短距起降战机的传闻也很多。据外媒报道,改革开放后,我国曾一度计划批量引进英国的“鹞”式垂直短距起降战机用于对地攻击,但最终因为“鹞”式战机昂贵的价格而流产。上世纪90年代,西方一直盛传我国会引进“鹞”式战机用在航母上,实际上,我国也确实拥有一架“鹞”式战机,是用一架拉-9战斗机从英国战争博物馆换回的展览品,目前存放在北京航空航天大学博物馆内,十分的珍贵。

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北京航空航天大学博物馆内的“鹞”式

此外,有俄罗斯媒体报道,我国曾于1996年向俄罗斯购买了雅克-41垂直起降战机上的R-79-300发动机,并在1998年购买了发动机的可偏转喷嘴,但一直没有得到任何官方的证实。

发动机是重中之重

发动机是战机的核心,而垂直起降战机对发动机的要求就更高了,一方面需要更大的推力,更高的推重比,另一方面,为了提高发动机的可靠性和可保障性,降低机体整体的重量,垂直起降发动机的零部件数量要尽量少。如果我国要研制垂直起降发动机,应该是类似F135-PW600那样自带升力风扇的大推力涡扇发动机,F135-PW600是目前世界上最强大的航空发动机,它的加力推力超过18吨,推重比超过10,F-35B就是使用的该款发动机。

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F135-PW600,基于F119发动机研制的,据信也采用了雅克-41的R-79-300发动机技术

为了降低动力系统复杂程度,以及控制体积的需求,目前垂直/短距起降战机大都采用单发形式,以一台发动机平衡两侧推力控制飞机的起降,从这个角度看,无论是为了规避技术风险还是上舰的需要,中国的垂直/短距起降战机采用单发的比较合适。但从另一个角度看,由于垂直/短距起降战机上的升力发动机、旋转喷口、升力风扇等结构复杂,重量较大,所以战机整体设计时不得不减少其他设备的重量以求平衡。然而,过多的减重也并不可行,会严重影响飞机的性能。

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F-35B喷管特写,科幻感十足,但结构复杂

早期垂直/短距起降飞机受制于发动机功率,飞行性能十分有限。苏联的雅克-38即使将航电设备简化到极致,也只实现了250公里左右的作战半径,同期“鹞”式战机的性能也没好到哪儿去,它的航电设备同样简单,载弹量虽然有所增加,但极端情况下的作战半径却不到100公里!即使在应用了滑跃起飞技术并持续改进30多年后,该机的飞行性能依然无法与普通战机相提并论。垂直短距起降战机性能的明显提升,是在R-79-300、F-135-PW600这种加力推力超过15吨甚至接近20吨的大推力涡扇发动机出现后的事,这就要求我国研制的垂直/短距起降战机发动机必须具备极大的推力和较高的推重比,才能使垂直/短距起降战机达到普通战机的性能要求。

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F-35B的机腹升力风扇由发动机通过传动装置驱动,机翼设有喷口

网络消息称,目前国产WS-15涡扇发动机的加力推力超过18吨,推重比也超过10,这和F-135处于同一水平,若以其为基础发展垂直/短距起降战机发动机,不失为一种极佳的选择。

当然,即使有了功率足够的涡扇发动机作为基础,研制垂直/短距起降战机发动机依然不容易。在技术上,驱动升力风扇最成熟的方式就是F-135-PW-600采用的轴驱动,虽然这种方式需要设置沉重、复杂、维修麻烦的驱动轴和离合器,但比起其他驱动方式而言其功率更高、损失更少。可是,研制这样一套设备并确保它能妥善运行需要复杂的设计和工艺,对于美国,这样的设计尚且需要花费大量时间,对于我国来说,其难度可想而知,更何况还有发动机喷管偏转等诸多难题需要解决,所以,我国研制垂直/短距起降战机发动机的过程绝对不会轻松。

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F-35B机体内发动机及传动装置结构简图

定位:对地攻击

即使有了性能强悍的发动机,垂直/短距起降战机的研制依然面临一个定位的问题。由于垂直短距起降战机独特的起降模式,其性能必然要低于同样技术水平的常规战机。在这种情况下,垂直/短距起降战机必须更加突出自己的战场定位,明确自己在战场中的职责,才能在使用中取得局部优势。我国的垂直/短距起降战机究竟应该突出什么性能,是一个不容忽视的问题。

075型两栖攻击舰的吨位是40000吨,这个吨位可以保证在搭载足够多的直升机前提下,再同时搭载一支十余架规模的垂直/短距起降战机机队。对我国海军可能面临的两栖作战任务而言,两栖攻击舰最适合执行东南某岛的渡海登岛作战任务。而这种对大型岛屿的登陆行动,必然是在掌握制空权的情况下才能进行的。这种情况下两栖攻击舰上的垂直/短距起降战机,并不需要承担夺取战区制空权的任务,其主要任务是对敌方前沿和浅近纵深目标实施精确打击,同时适当掩护登陆部队。所以,对于不会投入争夺制空权作战的两栖攻击舰而言,垂直/短距起降战机的攻击能力远比空战能力来得重要。这种情况下,一款具备一定空战能力的攻击机,无疑最适合实际需要。

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网友设想的075两栖攻击舰的战机搭载方案

我国未来研制的垂直/短距起降战机在尺寸上,很可能与苏联时代的雅克-41差不多,不过由于材料和工艺的改进,载弹量和航程都会比雅克-41增加不少,并有可能采用隐身外形和内置弹舱。机上的电子设备也远远超过雅克-41战斗机的水平,具备基本的超视距空战能力,同时还会突出机载武器的挂载能力,以便执行多样化的对地、对海攻击任务。

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雅克-41,没有隐身能力

如此一来,075两栖攻击舰在作战中便会更加灵活,当该型舰艇作为两栖编队核心执行东南某岛的两栖作战任务时,夺取制空权和防空任务交给陆基航空兵或航母舰载机,国产垂直/短距起降战机则可以作为专门的打击力量,成为编队对地火力支援的重要一环;当075型两栖攻击舰作为轻型航母编入航母战斗群时,国产垂直/短距起降战机便可以作为一支额外的攻击机群,参与到航母战斗群的作战中来。至于单独执行诸如撤侨、海外力量展示等任务时,性能上不亚于小国主力战机的国产垂直/短距起降战机,又可以作为舰队航空兵的核心力量,为整个行动提供安全保障。

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网友制作的国产垂直起降战机CG图

结语

从防范机场跑道被毁的应急防空战机,再到前沿隐蔽部署的短程攻击机,再到轻型航母/两栖攻击舰狭窄甲板上的防空/攻击战机,垂直/短距起降战机在短短半个多世纪里发生了多次角色转换。在每一次变化中,尽管垂直/短距起降战机的战斗力总是为人所诟病,但其独特的起降性能又能完美契合其作战使用需求。无论中国未来的垂直/短距起降战机如何发展,有一点可以肯定,那就是它一定会充分发挥其起降方式的优势,在东南某岛的两栖登陆战中发挥重要作用。


责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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