垂直起降技術(shù)簡介(梁苑)

1、垂直起降飛機(jī)介紹垂直起降的意義 現(xiàn)代固定翼飛機(jī)對跑道的要求很高，特別是先進(jìn)的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，簡易機(jī)場的跑道都是高速公路等級的。對大面積、平整、堅固的長跑道依賴已成為現(xiàn)代空軍的致命軟肋。 研究像鳥兒騰飛一樣具有垂直/短距起降的飛機(jī)可以擺脫這一困境。垂直起降的形式1直升機(jī)最完善、最穩(wěn)定、最常見的垂直起降方式 可以垂直起落，還可以懸停、側(cè)飛、倒飛、原地轉(zhuǎn)彎旋翼機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低于固定翼飛機(jī) 載荷、航程、速度均弱于固定翼飛機(jī)復(fù)合直升機(jī)“速度鷹” （Speed Hawk）， 用 UH-60 的機(jī)體和主要機(jī)械系統(tǒng)作基礎(chǔ)，研制的“推力轉(zhuǎn)向涵道推進(jìn)”（Variable Thrust Duct Propell

2、er）研究機(jī) 新概念直升機(jī)X形翼直升機(jī)蜻蜓”有鴨式前翼和寬大的水平尾翼，機(jī)頂上有一字形的旋翼-機(jī)翼。在直升機(jī)狀態(tài)下，旋翼-機(jī)翼在噴氣翼尖的作用下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力。一字形的旋翼-機(jī)翼相當(dāng)于雙葉旋翼，可以用蹺蹺板鉸鏈完成揮舞和領(lǐng)先-滯后動作，所以“蜻蜓”對非對稱升力的補(bǔ)償還是常規(guī)的?！膀唑选钡膭恿ρb置是一臺渦扇發(fā)動機(jī)，從壓縮機(jī)引出高壓氣流，通過管路輸送到旋翼-機(jī)翼的翼尖，驅(qū)動噴氣翼尖。由于噴氣翼尖不產(chǎn)生反扭力，“蜻蜓”沒有尾槳。達(dá)到一定的平飛速度后，鴨翼和平尾產(chǎn)生足夠的升力，旋翼-機(jī)翼鎖住，作為固定的機(jī)翼，飛機(jī)轉(zhuǎn)入固定翼狀態(tài)。垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)旋翼）從復(fù)合直升機(jī)，到直升-旋翼機(jī)，到可鎖定的

3、旋翼-機(jī)翼，這是一條從直升機(jī)向固定翼飛機(jī)過渡的路徑。與此對應(yīng)，當(dāng)然也有一條從固定翼飛機(jī)向直升機(jī)過渡的路徑。如果能使固定翼飛機(jī)的推進(jìn)裝置改變方向，就能實現(xiàn)垂直起落。XV3，傾轉(zhuǎn)軸起飛過程垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)旋翼）傾轉(zhuǎn)旋翼在理論上可以通過控制左右發(fā)動機(jī)的推力來控制橫滾，用旋翼的前后轉(zhuǎn)動來控制俯仰，偏航比較難辦，可以用旋翼下洗氣流作用在機(jī)翼的襟翼上，輔以一定的橫滾作用來實現(xiàn)。但事實上，增減發(fā)動機(jī)推力的靈敏度不夠，反映不夠快，控制量也不夠精細(xì)。用機(jī)電控制傾轉(zhuǎn)旋翼來實現(xiàn)俯仰控制，靈敏度問題更大，無法適應(yīng)惡劣天氣時的飛行要求。實用化的傾轉(zhuǎn)旋翼的 V-22（及其前身 XV-15）都是采用直升機(jī)槳葉，

4、即保留了全套直升機(jī)的總距和周期距控制，而不是只可以調(diào)節(jié)槳距的螺旋槳，所以直升機(jī)狀態(tài)的 V-22 的操控和直升機(jī)無異。在以螺旋槳-旋翼為基礎(chǔ)的垂直/短距起落飛機(jī)中，傾轉(zhuǎn)旋翼是最成熟的方案。垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)機(jī)翼）傾轉(zhuǎn)旋翼在直升機(jī)狀態(tài)時，機(jī)翼對旋翼的下洗氣流的遮擋較大，而直升機(jī)狀態(tài)是最需要把所有的推力全部發(fā)揮出來的時候。另外，由于旋翼和機(jī)翼的相對位置和角度的變化，旋翼-機(jī)翼的氣動相互作用十分復(fù)雜，在至關(guān)重要的直升機(jī)-固定翼狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間尤其如此。傾轉(zhuǎn)機(jī)翼（tilt wing）的好處是較好地解決了下洗氣流的遮擋問題和發(fā)動機(jī)-機(jī)翼的相互作用問題。機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的所在，而機(jī)體是承重的所在，機(jī)

5、翼和機(jī)體連接部是飛機(jī)上最吃重的部位，現(xiàn)在這個最吃重的部位把所有應(yīng)力全部集中到一個控制機(jī)翼傾轉(zhuǎn)的鉸鏈上，要保證最大的可靠性，機(jī)械設(shè)計上的難度可想而知垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)機(jī)翼）早期發(fā)展得最遠(yuǎn)的傾轉(zhuǎn)機(jī)翼 XC-142垂直起降的形式2固定翼意大利 Agusta 推出的 ERICA 計劃，ERICA 的機(jī)翼外翼段傾轉(zhuǎn)，使其介于傾轉(zhuǎn)旋翼和傾轉(zhuǎn)機(jī)翼之間。垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)機(jī)身）傾轉(zhuǎn)機(jī)身，安裝在機(jī)身上的發(fā)動機(jī)的推力產(chǎn)生向下的升力分量，產(chǎn)生直接升力。但這只是一部分，推力氣流從地面的反射要是利用好的話，可以大大強(qiáng)化升力，F(xiàn)reewing 就是靠直接升力和地面效應(yīng)極大地增加起飛過程中的升力的。升空

6、后，前后機(jī)身拉直，像普通飛機(jī)一樣飛行。不過Freewing 很難做到垂直起落，只能短距起落。垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)機(jī)身）垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)涵道）如果把螺旋槳用涵道包覆起來，變成涵道螺旋槳（ducted fan），初看和普通螺旋槳沒有太大兩樣，但是涵道內(nèi)外的氣流有速度差，在貝努力原理的作用下，涵道內(nèi)的高度氣流可以拖動涵道外的低速氣流，可以產(chǎn)生比涵道內(nèi)氣流流動多至 50% 的額外推力。涵道本身在平飛狀態(tài)也產(chǎn)生升力，這時圓形的涵道實際上就構(gòu)成了環(huán)形機(jī)翼。傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇（tilt ducted fan）具有和傾轉(zhuǎn)螺旋槳一樣的優(yōu)缺點，不過在涵道風(fēng)扇在傾轉(zhuǎn)過程中，唇部的迎角不斷變化，傾轉(zhuǎn)到一

7、定程度時會引起失速，改變飛機(jī)的升力分布，帶來一定的飛行控制上的困難，同時造成風(fēng)扇進(jìn)氣的紊亂，美國Doak VZ-4 垂直起降的形式2固定翼（傾轉(zhuǎn)涵道）美國貝爾XV22垂直起降的形式2固定翼（升力風(fēng)扇）垂直起降的形式2固定翼（升力風(fēng)扇）如果不傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇，而是把涵道風(fēng)扇固定在機(jī)翼或機(jī)身內(nèi)重心附近，用于在垂直起落時提供升力，在平飛的時候覆蓋起來，減少阻力，這就是升力風(fēng)扇的方案了。垂直起降的形式2固定翼（升力風(fēng)扇）XV-5 垂直起落研究機(jī)，機(jī)翼上的蓋板可以打開，暴露出機(jī)翼內(nèi)的升力風(fēng)扇 / XV-5 在懸停中，可以看到機(jī)翼上向上折起的風(fēng)扇蓋板，機(jī)翼下表面另有百葉窗式的蓋板 垂直起降的形式2固定翼（吹氣

8、襟翼）傾轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)身都太興師動眾，不是只要把推力矢量轉(zhuǎn)一個向就成了嗎？這就是推力偏轉(zhuǎn)（deflected slipstream，也稱升力襟翼，因為特大的襟翼是垂直起落升力的主要來源）的概念。實現(xiàn)起來，把特大號的襟翼放下來，螺旋槳或噴氣發(fā)動機(jī)對著猛吹，襟翼就把推力矢量向下偏轉(zhuǎn)。Ryan 92 VZ-3 是采用升力襟翼的先驅(qū) 垂直起降的形式2固定翼（吹氣襟翼）Fairchild 224 VZ-5 更進(jìn)一步，前機(jī)身有一個自然的 30 度上仰，進(jìn)一步增強(qiáng)增升效果，T 形尾頂端后有一個小螺旋槳，用于懸停是輔佐姿態(tài)控制 垂直起降的形式2固定翼（坐地式）垂直起降的形式2固定翼（坐地式）最徹底的推力偏轉(zhuǎn)莫過于把發(fā)動機(jī)直接對著地面，但水平飛行的時候，發(fā)動機(jī)還是要水平才是，那何不打破飛機(jī)水平起飛的常規(guī)，讓飛機(jī)豎立起來，尾巴坐在地上垂直起飛，起飛后再改平呢？由于起飛、著陸時飛機(jī)都是機(jī)尾沖地，所以稱為“坐地”式（tail sitter）。垂直起降的形式2固定翼（升力發(fā)動機(jī)）Short SC-1 研究機(jī)，世界上第一架噴氣式垂直起落飛機(jī) / 圖中可以看到機(jī)背上四臺升力發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門，和機(jī)尾垂尾根部的推進(jìn)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口 垂直起降的形式2固定翼（升力發(fā)動機(jī)）以幻影 III 為基礎(chǔ)，把 8 臺 RB108 兩列分組縱向布置在加寬的中機(jī)