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1 # 老鷹航空
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2 # 兵工科技
這個問題非常複雜,簡單來說,就是向量噴管,向下噴出的氣流的推力等於飛機自身的重力,就能在空中懸停,但這一過程其實困難無比,飛機在起飛過程中每時每刻的姿態都不同,飛機的氣動面受力情況也不同,需要精確的計算,實時調整平衡狀態,否則就會失去平衡導致墜毀。
以F-35B為例,它是F-35家族中唯一具有垂直起降能力的機型,其他型號只具有短距起降能力。它的整個動力系統非常複雜,包括前方的升力風扇、中段傳動軸以及後面的F-135發動機,在懸停狀態或者垂直起降時,F-135發動機透過傳動軸、離合器帶動前方升力風扇高速旋轉,產生推力用於抬升機體前部,而F-135發動機後方的3D向量尾噴管則向下偏轉90度,用於抬升機體後部,前方風扇和後面發動機一同協力,就像兩人抬轎子一樣,把飛機舉升起來,然後透過調姿噴管來或進行調節或保持平衡。這一切過程都是透過機身上下遍佈的無數感測器和計算機來輔助飛行員實時控制的。
過去“鷂”式、雅克38等垂直起降飛機,飛行員需要根據自己經驗判斷載荷、風向、風力、航向要求,需要嚴格按照要求操縱控制飛機方向舵、操縱桿、節流閥、噴嘴角度控制等複雜的裝置進行短距/垂直起落飛行,對飛行員的經驗要求很高,一般的飛行員不經過三五年的訓練飛不了這種飛機,長長還會出現手忙腳亂的情況,稍有不慎就會釀成機會身亡的大錯;而F-35B有了先進的機載計算機和各種感測器組成的閉環智慧控制系統,飛行員只要把飛機去向告訴飛行控制計算機系統。這個系統就會自動拿出產生推力的方案,自動調整推力噴管角度、推力控制飛機。飛行員只需根據顯示屏顯示的要求摁幾下按鈕就能無憂無慮、輕鬆自在駕馭 F-35B 垂直起降了。
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3 # 裝備空間
搞出垂直起降的也就英蘇美三家,現在也只剩美國一根獨苗了,雖然美國F-35B與英國的“鷂式”、蘇聯的“雅克-141”的垂直起降系統不太一樣,但是或多或少也借鑑了英蘇的部分技術,今天我們主要就來談談F-35B的動力系統及如何保持平衡。
要談戰機的垂直起降,就不得不說其升力方案。美國F-35B採用是升力風扇方案,蘇聯採用過升力發動機方案,而英國鷂式選用的是偏轉噴口設計,可以說美國的升力風扇方案是一股不同的小清新風。
如上圖所示,F-35B在駕駛艙後部安裝了兩極對轉升力風扇,與機尾發動機主噴口處於同一中軸線上,升力風扇和發動機主噴口提供了戰機大約91%升力,是飛機垂直方向升力的主要提供者。戰機兩側機翼下方,還有兩個小噴口,從發動機的低壓壓氣機引氣向下噴出,提供大約9%的升力,並主要用來保持戰機平衡和姿態調整,所以F-35B的升力和平衡姿態調整基本就靠計算機控制這四個噴口來實現。
F-35B座艙後面的升力風扇本身並不產生動力,透過細長傳動軸與後部發動機相連,被髮動機的低壓渦輪帶動,透過離合器控制發動機和升力風扇的離合(這個離合器可以說是技術最強的離合器之一)。
戰機平飛的時候,升力風扇與發動機呈脫開狀態,升力風扇不工作,發動機提供向後的推力。垂直起降時,升力風扇上下蓋板開啟,風扇透過離合器和傳動軸與發動機連線,發動機低壓渦輪將功率傳遞至升力風扇,驅動升力風扇旋轉,從風扇上方進氣口吸氣,從下方噴出,同時主發動機噴口向下旋轉90°也向下方噴氣,機翼兩側噴口引氣向下噴出。,共同提供升力和調整飛機姿態。(為防止在靠近地面時,尾噴管排出的熱氣流經地面反射,被髮動機吸入而導致發動機推力不足而設計兩極對轉升力風扇,風扇和機翼下噴口噴出的是冷空氣,發動機尾噴口噴出的是高溫燃氣,前面向下噴出的冷空氣可以在尾噴管和發動機進氣道之間形成一道冷空氣屏障,從而保證發動機進氣的正常)。
F-35B升力風扇下方設計一種可調百葉窗結構,使其噴流也可以進行較小角度的前後偏轉,從而提供一定的前後推力,這在短距起飛時非常有用,在平飛和懸停狀態的轉換過程中也會用到,同時也可以用於懸停狀態下飛行姿態的調整。
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4 # 和風漫談
垂直起降戰機垂直起飛過程中,保持平衡的秘密就在於多個噴管,遍佈機身的感測器和姿態控制計算機。
以f35b戰鬥機為例,它有4個噴口,使用普惠公司特殊設計的STOVL型F135-PW-600發動機。發動機增加了升力風扇,尾噴管可以向下多角度偏轉。發動機的前方透過離合器和主軸,連線一個直徑1.27米的升力風扇,而且升力風扇也是可以偏轉的,向前偏轉13度,向後偏轉約30度。
尾噴管垂直向下可以產生71千牛的升力,升力風扇可以產生90千牛的升力。它們共同為戰機提供91%的升力,是飛機拔地而起的大功臣。
除此之外左右兩側還有兩個輔助噴管,噴射從發動機壓氣機引出的氣流,這兩個偏轉噴管提供約16千牛的升力,作用就是控制飛機平衡。
當然只靠4個噴管工作是不行的。飛機要想平穩起飛,還需要調節噴管角度和推力,保持平衡才行。以前鷂式戰鬥機依靠飛行員控制噴管角度,保持飛機平衡,這需要極高的個人經驗。
而現在f35B由先進的姿態控制計算機和遍佈機身的感測器組成智慧控制系統,飛行員只需要把資料輸入計算機,計算機就可以接收感測器傳來的各項姿態資料,透過每秒200次的計算分析飛機姿態,自動調整噴管角度,調節推力大小,使飛機平穩起飛。
這就是先進科技帶來的神奇能力,使以前的不可能變為可能!
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依靠渦扇發動機引出的四個氣流,機身上前後各一個,機翼上左右各兩個,從而在平衡重力的同時,平衡各力的力矩,使得飛機平穩垂直上升或下降。