重塑海军之矛——我国应及时开展舰载垂直降落飞机的研究

万磁王

作者：候知健

　　导语：随着我国海军从近海防御向以航母战斗群为核心的远洋进攻型力量转变，以及美国F-35B型短距起飞垂直降落飞机带来的冲击；国内不少方面已经再一次发起了配合全通甲板两栖攻击舰研制装备垂直降落飞机的呼声。
一：高不成低不就的垂直起降飞机
　　飞机要克服重力在天空中飞行，需要通过机翼上下表面不同流动速度的空气产生压力差形成向上的升力。这迫使飞机起飞和降落需要至少数百米甚至上千米的滑跑距离来进行加、减速，为了摆脱这种对于机场的依赖，使飞机能使用战时的残损跑道、甚至只是一块空地上起飞降落，上世纪60年代欧美和苏联对于垂直起降飞机投入了大量的精力进行研究。

米格-21的垂直起降飞机

　　然而不管是采用何种方式，单一发动机推力转向也好，升力发动机与升力/巡航发动机组合也好，垂直起降飞机都要比普通飞机付出更多的机内空间和死重。特别是在发动机水平很不理想的时期，这种付出的回报简直可以说是辛酸：在垂直起飞的状态下，飞机的起飞重量很难做大，携带的燃油和武器都非常有限——用飞行员的话说，“甚至飞不出机场围墙”。
　　因此有相当一段时间，垂直起降飞机都是非常尴尬的：它们要像普通飞机一样滑跑6、700米以携带足够燃油和武器升空，偶尔会在降落的时候玩一把垂直定点降落。垂直起降的能力发挥不了，飞行性能又被垂直起降要求严重拖累。这种高不成低不就的局面致使垂直起降飞机后来的发展相当的萧条，各国相关型号数量屈指可数。

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二：鹞式战斗机的艰难摸索
　　如果有什么能形容鹞式战斗机系列的话，一定是这样的评价：在艰难中奋起，在摸索中突破，在战争中耀眼。正是通过两代鹞式战斗机的发展和实战经验，垂直起降战斗机最终找到了合理的使用方式和设计取向，并指引了新一代型号的发展方向——F-35B便是其中之一。

鹞式战斗机

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　　鹞式在最初的时代显得相当可笑，正常使用需要6、700米滑跑和垂直起飞就出不了围墙的评价其实都是来自于这款飞机。虽然发动机推力达到了9.7吨，但是一代鹞式在实际应用中的最大垂直起飞重量仅有7.7吨，携带两枚响尾蛇空空导弹的作战半径仅有98公里。如果不是当时苏联和西方在中欧边境重兵对峙，数万辆装甲车、坦克，上万架战术飞机使得双方的机场都没有生存力可言，这样的飞机恐怕一开始就不会被投入实用化。
　　鹞式的转机来自于海洋，它与航母实现了完美的互补。二战以后英国失去了所有大型的航母舰队，需要一种造价低廉的新型航母，鹞式这种飞机恰好特别适合于这个用途。航母最为头痛的永远是常规飞机的降落，它对航母提出了非常高的要求。试想，在助降系统指引下，一架重量十几吨，甚至二十吨以上的飞机，用超过200km/h的速度沿着固定飞行轨迹下滑，每秒下降的高度达到7米；当它的的起落架猛烈的撞击在甲板上，把拦阻钩挂上拦阻索以后，又要在数十米内停止下来。要做到这些事情绝不容易——也绝不廉价。
　　先进完善的光学/微波助降系统，对结构特别加固的超大面积甲板，复杂隐藏在甲板下庞大的拦阻系统，这些都是提升航空母舰吨位和造价的关键因素。但是对于仅要一块25x15米空地就可以降落的鹞式，它所需要的仅仅是有限的引导助降和一块特别增加水冷循环散热的甲板。鹞式通过降落方式的改变为航母找到了降低成本的出路，而航母又为鹞式提供了起飞性能的巨大改善。
　　与陆基机场不同，航母是一个可以自由机动的平台。当航母以最大速度航行时形成的甲板风是非常可观的，这直接降低了飞机所需要的实际起飞速度。在2万吨排水量长度不超过230米的二战航母上，通过25节甲板风的辅助，鹞式达到了10.32吨的起飞重量。这使鹞式能够执行150公里半径的舰队防空任务和400公里的攻击任务，标志着垂直起降飞机在实用性上获得了突破。

鹞的前身——P.1127在1963年2月首次降落在老“皇家方舟”号航母上，这也是垂直起降战斗机首次着舰

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三：垂直起降战斗机的飞跃
　　并不满足的英国海军在1966年进行了代号Ski-jump（高山跳台滑雪）的研究——既然通过跳台人能飞跃，车也能飞跃，那么飞机就更能飞跃。而且和人、车不同，飞机的滑跃并非一个简单的抛物运动。翘起的角度会使飞机在滑跑时就形成相应的迎角，提前产生额外的升力；这使得相比平甲板或者陆地起飞，滑跃起飞所需要的速度就低得多。配合甲板风使飞机借用航母的航速，还可以进一步降低所需的起飞速度。

滑跃起飞直接借鉴了高山跳台滑雪的原理

滑跃起飞

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　　通过10年间对多种机型的反复试验研究，英国人确认，滑跃对于所有类型的飞机起飞都有不同程度的提升。尤其是垂直起降飞机，本身推重比就相对更高、而且由于矢量推力（或者升力发动机、升力风扇）形成相当大部分的动力升力，效果尤其明显。相对于造价、维护费用昂贵的弹射器加速技术来说，滑跃甲板增加的费用完全可以忽略不计。
　　英国先后推出了三代滑跃甲板：上翘角度9度的竞技神号航母（改装后），12度的无敌号，14.5度的皇家方舟号。在无敌号和皇家方舟号上，通过滑跃技术，鹞式的滑跑距离不到原来的1/3。而在发动机推力仅增加2吨的情况下，第二代鹞式的最大起飞重量提升了4.56吨，有效载荷从5.5吨提升到了8.8吨。作为一架空重7吨不到的飞机，二代鹞式最后能以不到130米距离完成14.6吨重量的起飞，这是非常了不起的。

“无敌”级的两艘航母：“无敌”号（前）和“皇家方舟”号

　　鹞式飞机最终取得了巨大的成功，它与滑跃技术的结合使英国用不到9亿英镑的造价就得到了拥有完整航空作战能力的小型航母舰队，并以此赢得了马岛战争。相对于预计造价就达到35亿英镑的CAV01航母方案，成本甚至不到其1/4。此后很多国家都引入了鹞式与滑跃起飞的组合，构建起了在各自区域中难以忽视的海上航空武力：包括意大利、西班牙、印度等等国家。
　　然而公平的说，鹞式与滑跃组合的辉煌，在很大程度上是因为鹞式找到了正确的使用方式和配套的辅助系统，并非见得技术上就多么先进突出——苏联的失败，正是一面绝好的镜子。

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四：苏联垂直起降战斗机的失败
　　抛开验证机不谈，苏联主要发展了两代垂直起降战斗机，雅克-38和雅克-141。雅克-38与鹞式研制时间、重量和尺寸也差不多，连主要用途都差不多：都是舰载机用途为主。
　　相较于鹞式，雅克-38的垂直起飞性能要好一些。鹞式的飞马发动机在当时来说推比很高，而且是特殊的4分叉偏转喷口，研制难度可以说不亚于在60年代研制一款三代战斗机用的推比8发动机。苏联没有走鹞式的单一发动机推力转向路线，而是使用了寿命很短，但是推比很高的专用升力发动机和带转向喷管的升力/巡航发动机组合。在和鹞式空重基本相同的情况下，雅克-38可以做到9.8吨左右的实用最大垂直起飞重量，带两枚近距格斗导弹的作战半径达到195公里。

雅克-38的动力系统示意图

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　　但是在短距起飞上，雅克-38受到诸多因素，包括这一阶段主要的升力来源主要是发动机，不允许较大迎角，甚至是刻板的使用条令等方面的限制；使得它在加速过程或者甲板风中机翼形成的升力补充比较有限，也不能使用滑跃技术进行辅助。这些问题使得后来的雅克-38M在空重接近8吨的情况下最大起飞重量也只有12.5吨，几乎要五架雅克-38的作战效能才能与一架二代鹞式媲美。雅克-141毫无自觉的继续走上了邪路，这款拥有18.2吨垂直推力的飞机，起飞重量最大仅有不到20吨。
　　雅克-38面对鹞式，失败的主要方面并不在具体的技术上，而是失败在于整个设计思想。英国的航母舰队虽然廉价，但仍然是真正的航母舰队，飞机才是航母的主要武器。围绕着这一点，英国通过各种各样的手段来提升飞机的能力——允许更长的滑跑距离、借助甲板风、采用滑跃甲板设计。而在苏联，雅克-38仅仅是载机巡洋舰上的一个附属物，这种边缘化的定位使得本身就非常特殊的垂直起降飞机根本无法发挥自身的性能潜力。

在苏联，雅克-38仅仅是载机巡洋舰上的一个附属物，这种边缘化的定位使得本身就非常特殊的垂直起降飞机根本无法发挥自身的性能潜力

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五：F-35B的选择和对我国的启示
　　由于总体设计来自于上世纪60年代，鹞式有不少缺陷是难以克服的：欠缺高速飞行能力，只能以亚音速飞行；发动机推力限制了飞机的吨位，轻型战斗机的攻击能力始终较为有限。这使得一些胸怀大志又眼高手低的大国来说，鹞式和轻型滑跃航母的组合虽然性价比极高，但因为性能上无法与真正携带能超音速飞行的中型、重型常规舰载战斗机的航母系统（比如美式系统）相抗衡，所以最终难入法眼。

F-35B正在进行垂直降落

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　　而这一局面很快就被F-35B彻底打破。作为鹞式的主要用户之一，美国海军陆战队（USMC）有着丰富的垂直起降飞机使用乃至于实战经验。在他们的主导下，F-35B放弃了鸡肋的垂直起飞能力要求，只要求短距起飞/垂直降落。总体设计方向上的明确取舍，极大的优化甚至可以说是解放了飞机的载荷能力；依托19吨的发动机推力以及比鹞式先进了数十年的气动力学设计，即使是不需要滑跃的辅助，F-35B一样能够在短距起飞模式下以25吨的重量起飞。

即使是不需要滑跃的辅助，F-35B一样能够在短距起飞模式下以25吨的重量起飞

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　　在飞行性能上，F-35B并不出色，仅仅是保证了三代机中游不到的机动性水平和超音速飞行能力。但这点代价与获得完整的隐身攻击能力相比完全不值一提：F-35B拥有携带2枚重型精确制导炸弹和2发中距导弹的内置弹仓。
　　接近传统重型战术飞机的攻击能力，三代机的飞行性能，四代机的隐身性能。当这些要素集中在一款垂直降落飞机上，2-4万吨级军舰的平台能力立刻发生了翻天覆地的变化。不需要复杂昂贵的高级引导助降系统、拦阻系统，不需要特别加固的甲板结构，廉价的轻型航母、两栖攻击舰、甚至是临时改装成全通甲板的民用高速货船，都可以通过10-20架F-35B实现超过传统中型航母的作战威力。

黄蜂两栖攻击舰