提起垂直起降战机,很多人第一反应就是,我国完全没有研制经验,别说超越F35B,能不能造都是个问题。然而,自从成飞申请的垂直起降战机设计专利被曝光后,我们发现,原来垂直起降战机还可以这么设计,对发动机要求极大降低了,甚至只需要歼35采用的发动机就能满足要求。最令人振奋的是,已有网友拍的一款疑似成飞垂直起降战机的试飞照片。为避免泄密,本文不提供原图,请见谅。

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众所周知,F35B是世界上第一款垂直起降隐身战机,具备超音速飞行能力。然而,由于设计太复杂,自从交付美军以来,这款战机就问题不断,已出现多次事故。用一句话概括这款战机就是,F35B是一款用大量领先世界的技术打造的性能平庸、可靠性很差的垂直起降战机。

如果仅对比飞行性能,那么F35B甚至可以说是一款不合格的战机。因为它采用了世界上最先进、推力最大的小涵道比涡扇发动机F-135,单台加力推力超过19吨。还配备了世界最强的对转升力风扇和超高功率密度传动系统。整个动力系统很多零部件都是行业领先水平,结果这款垂直起降战机却成了鸡肋,最大飞行速度仅1.6马赫,还存在航程短、可靠性差的问题,已经发生多起坠机事故。

据报道,整个F35系列(包含A、B、C三个型号)交付客户使用以来,共计坠毁12架,其中仅F35B型就坠毁7架,事故发生率是其他型号的2倍以上。本来F35A和F35C的可靠性就已经偏低,美军甚至一度宁愿继续购买F15、F18,也不要F35。结果F35B可靠性比F35A和F35C还要差,可见从可靠性角度来看,F35B甚至算不上合格。

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为何航空技术整体处于领先水平的美国,却造不出令人满意的垂直起降战机呢?

有时候好的设计比一味堆砌先进技术效果更好。F35B造得这么差,并不是因为美国科技水平差,而是因为美国人对F35系列要求太多,啥都想干,结果啥都不精。总的来说,主要是由两方造成的。

一是研制指导思想本身就存在很大问题。

当年研制世界首款五代机F22的过程中耗资巨大,导致这款战机成为史上最昂贵的战机,美军不得不将装备数量一砍再砍。为了与F22高低搭配,美军决定再研制一款低端五代机,也就是后来的F35系列战机。而为了避免F35像F22那样贵得离谱,美军一方面将其定位成能够同时满足美国空军、海军陆战队、海军的战机,另一方面拉来多个盟国共同出资研制,于是就有了F35A、F35B、F35C三款细分型号。

美军的F35研制指导思想可以概括为,既要满足美国三个兵种不同需求,还要满足多个盟友不同需求,又要尽可能降低单机造价。这本身就是自相矛盾的指标,带来的后果很严重,那就是F35被搞成啥都能干,但啥都不精的鸡肋,以至于连美军都嫌弃不已。如果不是没得选,美军估计会抛弃这款战机。

二是F35B型垂直起降型号被逼得削履适屐。

为了尽可能降低单机成本,研制方洛克希德·马丁公司不得不尽可能提高F35A、F35B、F35C三款细分型号零部件通用比例。

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然而垂直起降战机动力系统与常规固定翼飞机差异很大,为了兼顾零部件通用比例,不得不设计得很复杂。首先是最为关键的发动机,为了给F35B提供控制姿态的平衡力,不得不从压气机引出左右两股气流。这就需要对F-135发动机进行“大手术”。其次,为了产生足够大的向上升力,F35B还需要在机身前半部分增加一套升级风扇,通过传动系统与F-135发动机相连,并由F-135发动机驱动。并且F-135本身尾部喷管也要被设计成能够向下弯曲喷射气流的可调喷管。

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如此设计就带来了4方面技术难点并增加了不少潜在故障点:一是需要研制超大功率密度对转风扇;二是需要研制超高功率密度传动轴;三是超大功率密度传动齿轮和离合器;四是发动机需要在压气机部分进行开口,并增加喷管向下弯曲的调节机构。

以上动力系统4方面零部件任何一处出故障,F35B就会出问题。这也就不难理解为何F35B可靠性这么差。

那么成飞的垂直起降战机好在哪里呢?

通过成飞申请的设计专利来看,成飞的垂直起降战机基本可以确定采用双发串联设计。这可比F35B那种升级风扇+传动系统+大推力涡扇发动机的动力系统好太多了。

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一是串联布局省去了升力风扇和传动系统死重。

成飞的垂直起降战机动力系统相当于把F35B的前置对转升力风扇和传动系统换成了一台中等推力涡扇发动机,而后置发动机也换成了中等推力涡扇发动机。

假设成飞垂直起降战机垂直起降时总升力与美国F35B相当,且发动机推重比相当,那么其动力系统可以节省掉升级风扇和传动系统重量。

以F35B为例,垂直起降时,其最大升力可达176千牛。而平飞时F-135涡扇发动机最大推力可达191千牛。成飞的垂直起降战机设计方案相当于把一台推力达191千牛的涡扇发动机,换成2台推力为90.5千牛的涡扇发动机,而且还不需要升级风扇和传动系统,研制难度大大降低,结构复杂度也更低,可靠性更高。而且前置发动机引出的2股气流可以通过管道引导到翼身融合处靠近主翼前缘位置,不必占用机身宝贵空间。不论是平飞还是垂直起降,两台发动机都能共同出力,而F35B平飞时,其升力风扇和传动系统并不参与,只会成为累赘。

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二是对发动机单台推力和功率要求远低于F-135。

F35B垂直起降时,实际都是靠1台F-135发动机产生升力,这就对这台发动机输出功率和推力提出了很高的要求,以至于F-135推力达到惊人的191千牛。更要命的是,还要对这台发动机进行改造,从压气机引出2股气流,而且还要对这两股气流进行精确控制,同时还要保证发动机自身不会因为气流变化导致不稳定。这难度可想而知,如果换成其他国家,估计到现在都未必能够整利索。

成飞垂直起降战机设计方案采用的是2台发动机共同出力,对单台发动机推力要求自然要低很多,而且还不需要从压气机引出2股气流。按照90.5千牛计算,直径比F-135发动机小得多的中等推力涡扇就能满足,飞机的机身就可以做得更加细长。即便把内置弹舱考虑进来,也不会像F35B那样臃肿。从设计角度看,成飞垂直起降战机设计方案相当于把歼35这种中型机的双发并列布局改成双发串联布局,技术复杂度、难度基本相当。甚至可以直接采用2台涡扇19一前一后串联布局。

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歼20这种全球领先气动布局隐身战机的大获成功证明,我国科研人员从不缺乏优秀设计。只要工业水平足够高,我国完全有可能造出全面赶超美国同行的产品。涡扇15已经研制成功也证明我国的工业水平已经达到很高的水平,而欧美纷纷对我国汽车设置反倾销关税也说明我国的工业水准已经至少与欧美相当,甚至开始局部赶超!

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综合对比发现,成飞的垂直起降战机设计方案,动力系统复杂度、研发难度远低于F35B,潜在故障点也少得多,其双发串列布局技术难度与双发并列布局的固定翼飞机没有本质区别,总体研制难度也远低于F35B。只要有需求,我国完全有可能在短时间内造出这种垂直起降战机!