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國產垂直/短距起降戰機猜想,自帶升力風扇的大推力發動機是難點
2020-08-16           作者: 冬雨AK

前言

自從075型兩棲攻擊艦服役之後,軍迷對可能上艦的艦載機配置有過激烈的爭論,從現實情況來看,直-8、直-20、武直-10會成為第一批上艦的機種。但討論最多的、最期待的還是類似於“海鷂”、“魚鷹”這一類采用垂直起降技術的戰機,不過,這些期待短時間內不太可能實現。但這並不妨礙我們對國產垂直/短距起降戰機的猜想,網絡上曾經廣泛流傳的殲-18、殲-26“精衛”是這方麵的典型代表,筆者結合網絡及一些公開消息進行分析,說一下個人的看法。

國產垂直/短距起降戰機猜想,自帶升力風扇的大推力發動機是難點

 

“四號任務”

目前世界上投入使用的垂直起降飛機主要有兩大類,偏轉旋翼飛機(以“魚鷹”為代表)和噴氣式垂直起降飛機(以“海鷂”為代表),其中,可作為戰鬥機使用的主要是噴氣式垂直起降飛機。

我國研製垂直/短距起降飛機的曆史並不短,可追溯到中蘇交惡時期。珍寶島事件後,兩國發生大規模戰爭的可能性增加,為了保證機場被摧毀後戰機仍能起飛作戰,1968年林彪命令三機部開展垂直/短距起降戰機的研製工作,代號“4號任務”。

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“四號任務”,4台碩大的升力風扇非常顯眼

為滿足垂直起降的要求,沈陽飛機設計所先後提出了6套不同的設計方案,並確定其中的1號和6號為優選方案。兩套方案均以殲-6戰機為基礎,1號方案使用推力3噸左右的912升力發動機和帶有燃氣轉向活門的渦噴-6丙發動機聯合起飛。6號方案則使用4台由主發動機驅動的升力風扇實現垂直起飛。這兩種設計,都嚴重超越當時中國的技術水平,所以未能實現:1號方案中的渦噴-6丙推力不足,實際推力隻能達到設計值的80%,而6號方案中的升力風扇更是不到設計值的60%,4台碩大的升力風扇更是嚴重破壞了戰機的氣動布局。“九一三事件”後,垂直/短距起降戰機研製任務中止。1972年3月25日,“4號任務”正式下馬。

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“四號任務”另一視角

除了自行研製外,關於我國進口垂直/短距起降戰機的傳聞也很多。據外媒報道,改革開放後,我國曾一度計劃批量引進英國的“鷂”式垂直短距起降戰機用於對地攻擊,但最終因為“鷂”式戰機昂貴的價格而流產。上世紀90年代,西方一直盛傳我國會引進“鷂”式戰機用在航母上,實際上,我國也確實擁有一架“鷂”式戰機,是用一架拉-9戰鬥機從英國戰爭博物館換回的展覽品,目前存放在北京航空航天大學博物館內,十分的珍貴。

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北京航空航天大學博物館內的“鷂”式

此外,有俄羅斯媒體報道,我國曾於1996年向俄羅斯購買了雅克-41垂直起降戰機上的R-79-300發動機,並在1998年購買了發動機的可偏轉噴嘴,但一直沒有得到任何官方的證實。

發動機是重中之重

發動機是戰機的核心,而垂直起降戰機對發動機的要求就更高了,一方麵需要更大的推力,更高的推重比,另一方麵,為了提高發動機的可靠性和可保障性,降低機體整體的重量,垂直起降發動機的零部件數量要盡量少。如果我國要研製垂直起降發動機,應該是類似F135-PW600那樣自帶升力風扇的大推力渦扇發動機,F135-PW600是目前世界上最強大的航空發動機,它的加力推力超過18噸,推重比超過10,F-35B就是使用的該款發動機。

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F135-PW600,基於F119發動機研製的,據信也采用了雅克-41的R-79-300發動機技術

為了降低動力係統複雜程度,以及控製體積的需求,目前垂直/短距起降戰機大都采用單發形式,以一台發動機平衡兩側推力控製飛機的起降,從這個角度看,無論是為了規避技術風險還是上艦的需要,中國的垂直/短距起降戰機采用單發的比較合適。但從另一個角度看,由於垂直/短距起降戰機上的升力發動機、旋轉噴口、升力風扇等結構複雜,重量較大,所以戰機整體設計時不得不減少其他設備的重量以求平衡。然而,過多的減重也並不可行,會嚴重影響飛機的性能。

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F-35B噴管特寫,科幻感十足,但結構複雜

早期垂直/短距起降飛機受製於發動機功率,飛行性能十分有限。蘇聯的雅克-38即使將航電設備簡化到極致,也隻實現了250公裏左右的作戰半徑,同期“鷂”式戰機的性能也沒好到哪兒去,它的航電設備同樣簡單,載彈量雖然有所增加,但極端情況下的作戰半徑卻不到100公裏!即使在應用了滑躍起飛技術並持續改進30多年後,該機的飛行性能依然無法與普通戰機相提並論。垂直短距起降戰機性能的明顯提升,是在R-79-300、F-135-PW600這種加力推力超過15噸甚至接近20噸的大推力渦扇發動機出現後的事,這就要求我國研製的垂直/短距起降戰機發動機必須具備極大的推力和較高的推重比,才能使垂直/短距起降戰機達到普通戰機的性能要求。

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F-35B的機腹升力風扇由發動機通過傳動裝置驅動,機翼設有噴口

網絡消息稱,目前國產WS-15渦扇發動機的加力推力超過18噸,推重比也超過10,這和F-135處於同一水平,若以其為基礎發展垂直/短距起降戰機發動機,不失為一種極佳的選擇。

當然,即使有了功率足夠的渦扇發動機作為基礎,研製垂直/短距起降戰機發動機依然不容易。在技術上,驅動升力風扇最成熟的方式就是F-135-PW-600采用的軸驅動,雖然這種方式需要設置沉重、複雜、維修麻煩的驅動軸和離合器,但比起其他驅動方式而言其功率更高、損失更少。可是,研製這樣一套設備並確保它能妥善運行需要複雜的設計和工藝,對於美國,這樣的設計尚且需要花費大量時間,對於我國來說,其難度可想而知,更何況還有發動機噴管偏轉等諸多難題需要解決,所以,我國研製垂直/短距起降戰機發動機的過程絕對不會輕鬆。

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F-35B機體內發動機及傳動裝置結構簡圖

定位:對地攻擊

即使有了性能強悍的發動機,垂直/短距起降戰機的研製依然麵臨一個定位的問題。由於垂直短距起降戰機獨特的起降模式,其性能必然要低於同樣技術水平的常規戰機。在這種情況下,垂直/短距起降戰機必須更加突出自己的戰場定位,明確自己在戰場中的職責,才能在使用中取得局部優勢。我國的垂直/短距起降戰機究竟應該突出什麽性能,是一個不容忽視的問題。

075型兩棲攻擊艦的噸位是40000噸,這個噸位可以保證在搭載足夠多的直升機前提下,再同時搭載一支十餘架規模的垂直/短距起降戰機機隊。對我國海軍可能麵臨的兩棲作戰任務而言,兩棲攻擊艦最適合執行東南某島的渡海登島作戰任務。而這種對大型島嶼的登陸行動,必然是在掌握製空權的情況下才能進行的。這種情況下兩棲攻擊艦上的垂直/短距起降戰機,並不需要承擔奪取戰區製空權的任務,其主要任務是對敵方前沿和淺近縱深目標實施精確打擊,同時適當掩護登陸部隊。所以,對於不會投入爭奪製空權作戰的兩棲攻擊艦而言,垂直/短距起降戰機的攻擊能力遠比空戰能力來得重要。這種情況下,一款具備一定空戰能力的攻擊機,無疑最適合實際需要。

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網友設想的075兩棲攻擊艦的戰機搭載方案

我國未來研製的垂直/短距起降戰機在尺寸上,很可能與蘇聯時代的雅克-41差不多,不過由於材料和工藝的改進,載彈量和航程都會比雅克-41增加不少,並有可能采用隱身外形和內置彈艙。機上的電子設備也遠遠超過雅克-41戰鬥機的水平,具備基本的超視距空戰能力,同時還會突出機載武器的掛載能力,以便執行多樣化的對地、對海攻擊任務。

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雅克-41,沒有隱身能力

如此一來,075兩棲攻擊艦在作戰中便會更加靈活,當該型艦艇作為兩棲編隊核心執行東南某島的兩棲作戰任務時,奪取製空權和防空任務交給陸基航空兵或航母艦載機,國產垂直/短距起降戰機則可以作為專門的打擊力量,成為編隊對地火力支援的重要一環;當075型兩棲攻擊艦作為輕型航母編入航母戰鬥群時,國產垂直/短距起降戰機便可以作為一支額外的攻擊機群,參與到航母戰鬥群的作戰中來。至於單獨執行諸如撤僑、海外力量展示等任務時,性能上不亞於小國主力戰機的國產垂直/短距起降戰機,又可以作為艦隊航空兵的核心力量,為整個行動提供安全保障。

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網友製作的國產垂直起降戰機CG圖

結語

從防範機場跑道被毀的應急防空戰機,再到前沿隱蔽部署的短程攻擊機,再到輕型航母/兩棲攻擊艦狹窄甲板上的防空/攻擊戰機,垂直/短距起降戰機在短短半個多世紀裏發生了多次角色轉換。在每一次變化中,盡管垂直/短距起降戰機的戰鬥力總是為人所詬病,但其獨特的起降性能又能完美契合其作戰使用需求。無論中國未來的垂直/短距起降戰機如何發展,有一點可以肯定,那就是它一定會充分發揮其起降方式的優勢,在東南某島的兩棲登陸戰中發揮重要作用。


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