垂直起降技术顾名思义就是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。它是从50年代末期开始发展的一项航空技术。

简介

诞生背景

基本原理

主要类型

各国的垂直起降飞机

垂直起降战机的变迁

技术的局限

简介

这里把飞机的飞行分为三个主要阶段，即起飞、平飞和降落，其中飞机实现起飞和降落的方式就是滑跑方式，所以需要机场跑道。而垂直起降主要指固定翼飞机可以不用借助跑道而在原地就能垂直起飞和垂直降落，可以不用机场跑道，所以一直是航空人士追求的一个目标。一般像直升飞机、气球等的飞行不作为垂直起降来考虑。

诞生背景

垂直起降技术的诞生主要是因为飞机滑跑起飞方式的不足，特别是在历次战争中的表现，让飞机的垂直起降进入人们的视线。二战及中东战争等战争直接对敌方机场的袭击让人们感受到了需要跑道的滑跑式飞机的不足之处，而冷战则是垂直起降技术的催化剂。二战后的五六十年代，在极有可能爆发核战争的阴影下，人们担心出现核大战对机场造成破坏、常规飞机无法出动的局面，所以催生了固定翼飞机的垂直起降技术。垂直起降飞机减少或基本摆脱了对跑道的依赖，只需要很小的平地就可以拔地而起和垂直着陆，所以在战争中飞机可以分散配置，便于灵活出击、转移和伪装隐蔽，不易被敌方发现，出勤率也大幅提高，并且对敌方的打击具有很高的突然性，大大提高了飞机的战场生存率。

另外，具有垂直起降能力的飞机不需要专门的机场和跑道，这样就省去了昂贵的机场建设费用，不用驱鸟了，也能在恶劣气象条件下起降，好处太多，降低了使用成本，所以飞机的垂直起降成了航空发展的一个方向。

基本原理

要研究垂直起降技术是怎么实现的，就要知道比空气重的飞机是如何飞行的。飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面，即机翼和尾翼产生的垂直升力平衡的；阻力则是由发动机提供的水平推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下，在跑道上克服阻力向前滑跑，机翼在空气中直线平移运动，利用特定翼型和飞行状态产生的空气压差获取升力。随着速度的加快，升力也越来越大，当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时，飞机就可以离开地面升空飞行了。由于在一定的条件下飞行的阻力远小于飞机的重量，所以飞机的飞行可以实现以小推力托起大重量，也就是推重比小于1，是一种省力的飞行方式。

从上面可以看出，飞机要想飞行必须克服重力，而垂直起落飞机由于不需要滑跑，就不可能由机翼产生克服重力的升力。那到底如何才能实现在原地的垂直起降呢？只能有两种方法，一种是喷气反作用力，一种是利用空气动力。

喷气反作用力，就是由发动机向下喷气产生的反作用力升力来克服重力实现垂直起降的。办法有三个，一个是偏转发动机的喷管（如英国的鹞式），第二种是直接使用升力发动机提供升力，第三个是前两种办法的组合，同时使用升力发动机和主发动机（如前苏联的雅克）。根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等，也就是发动机的的推力与升力相等，那么垂直起降时的推重比就得大于1才能垂直起降，与推重比小于1的飞机的飞行相比，这种反作用力升力并不省力，耗能太多，不实用，因此很难推广。

空气动力垂直起降，就是在发动机输出的扭矩力作用下能利用空气动力的装置，比如风扇等，像美国的F-35B的升力风扇就是一种。

但这种传统的旋转式的升力风扇还是问题多多，所以还要对传统风扇进行改进，比如多环分级升力风扇，使风扇超薄，强力，坚固。

由于旋转式的本质缺点不能改变，所以把扇叶由旋转运动改变成平移运动，这种风扇的效能就提高了，并且矩形也利于安装，也许是将来飞机垂直起降的一个方向。

风扇由于是利用与空气的相互作用力（主要是大气压力差，其次反作用力）为垂直起降的升力的，埋植在机翼中，与空气的接触面积大，所以升力强大，油耗较小，是个有前途的发展方向。

主要类型

到目前为止，垂直起降飞机先后研制过五大类型：尾座式，倾转动力装置式，推力转向式，专用升力动力装置式和上述后三类的混合配置式。

尾座式，这种设想最直截了当，飞机停在地面上即机头朝天，垂直放置。飞机用普通布局，但有几个轮子装在水平尾翼和垂直尾翼后端翼尖上作为起落架。起飞时拉力超过它的重量即可垂直上天，然后操纵飞机下俯，转为平飞姿态。着陆前飞机也要从平飞转为垂直向天姿态，然后减少功率或推力缓慢垂直降落。

曾先后有三种这样的飞机试飞成功，而且证明从垂直姿态转换为平飞以及相反转换都是可能的。首先是美国康维尔(Convair)公司的XFY-1 型，1954年8月首飞，同年11月2日转换飞行成功，动力是1台涡桨发动机，最大功率5 850轴马力。另一架是美国瑞安(Ryan)公司的X-13型，装1台英国“阿望”(Avon)喷气发动机，最大推力4 535千克，1955年8月首飞，1957年11月转换飞行成功。此外还有一架法国国营航空发动机研究和制造公司的C.450-01型试验机，该机采用环形机翼，装1台“阿塔”(Atar)101E喷气发动机，最大推力达到3 700千克，1959年5月首次垂直飞行，但在同年7月25日的转换飞行试验中不幸坠毁。据了解，苏联也曾进行过类似飞机的试验。

此后这种类型的垂直起降飞机没有再研制，主要因为必须解决的问题太多，特别是降落时飞机须转为垂直向上，飞行员相当于平躺着，两眼朝天，地面什么都看不见，无法直接估计离地高度，操作之困难可想而知。

各国的垂直起降飞机

英国的“鹞”式（Harrier）就是使用偏转喷管方式的垂直起降飞机。它是由英国霍克·西德利公司于1966年研制成功的 “鹞式”战斗机，该机从1957年开始研制，这种飞机机身中部安装有一台“飞马”式推力转向发动机（“飞马”发动机结构图），前后两对可旋转喷口分别位于机身两侧，相对机身重心保持对称。发动机将从进气道吸入的空气一部分通过前面的两个可旋转喷口喷出，另一部分经过燃烧室和涡轮从后面的两个可旋转喷口喷出，四个喷口喷出的气流共同产生供飞机垂直起降、空中悬停和水平飞行的动力。 X—35是美国最新研制的单座单发战斗机，由洛克希德公司研制生产，1999年首飞，如果能够被美国军方选中，该机将经过约10年的研制和发展计划，以便成为美国空军、海军陆战队、海军和英国皇家海军各自所需的战斗机。该机长13.72米，翼展11米，空重10000—11000公斤，载油量6800— 7200公斤，最大载弹量6000—7700公斤，最大起飞重量22500—23000公斤，作战半径1100公里，动力装置是普拉特·惠特尼公司的 F119—PW—100 涡喷发动机。该机有空军型、海军型、陆战队型，其中X—35B战斗机是世界上第一架超音速垂直起降战斗机。

俄罗斯的雅克-36和雅克141是使用升力发动机和偏转喷口主发动机相结合的垂直起降飞机。飞机的两台升力发动机位于座舱后的机身内，其进气道在机身上部；主发动机装在机身内，喷口在后机身两侧。当飞机垂直起飞时，主发动机的一对可旋转喷口从向后位置转到向下位置，同时升力发动机工作，也是四束喷流提供了飞机的起飞升力。当飞机进入平飞状态之后，主发动机转至向后，升力发动机则停止工作，其进气道关闭。

垂直起降战机的变迁

垂直起降

美国联合攻击机(JSF)的备选机型X-32和X-35除有一定隐身能力外，都可以“短距起飞、垂直着陆”。大家可能会奇怪，为什么是“短距起飞,垂直着陆”而不干脆研制“垂直起降”？事实上，这是经历了几十年的风风雨雨才总结出来的，不是人们不喜欢“垂直起飞”，而是以目前的技术水平来说，为此必须付出的代价实在太大，飞机是一种综合平衡多方面照顾的产物，不能为某一特性而过分影响其它方面。 修建机场占地很大、劳民伤财，建造航空母舰要耗资天文数字，且自身是个大目标，摆脱大机场和大航母是有作战飞机以来人们普遍的愿望。20世纪50年代，研制垂直起降作战飞机的要求正式提出了，各国先后试制了数十种垂直起降飞机，其中多数试飞失败甚至机毁人亡。几十年过去了，最终能够批生产使用的垂直起降作战飞机只有三种：英国的“鹞”式，苏联的雅克-38和美国贝尔/波音公司的V-22军用运输机。

必须说明的是，利用旋翼产生升力来达到垂直起降的飞行器——直升机，因受到旋翼的限制，飞行速度很难超过400千米/小时，几乎是不可能超过亚音速，无法用来与普通的固定翼战斗机相比，作战飞机还是要有较大的固定机翼来产生机动动作时必须的升力，所以设计师们都得另想办法使飞机产生垂直起降时的升力。

技术的局限

使用垂直起降技术的飞机机动灵活，具有常规飞机无可比拟的优点，但同时也有许多重大的缺点。首先是航程短，由于要实现垂直起降，飞机的起飞重量只能是发动机推力的83%-85%，这就使飞机的有效载荷大大受到限制，影响了飞机的载油量和航程。同时，飞机垂直起飞时发动机工作在最大状态，耗油量极大，也限制了飞机的作战半径。例如“鹞”式飞机的载重量为1060千克时，作战半径只有92公里。所以在实际使用中，“鹞”式飞机尽量使用短距起飞的方式，以延长飞机的航程。因此，垂直起落飞机又称为垂直/短距起落飞机。另外，由于垂直起落飞机在实战中，经常需要分散在野外，所以它的维护也非常的困难。

垂直/短距起降飞机也是海军青睐的机种，因为舰船上的飞行甲板的长度总是有限的，垂直/短距起落技术就显得尤为实用。装备英国“皇家方舟”号航母的“海鹞 ”就是“鹞”式的海军型。“海鹞”还使用了“斜曲面跃飞”的短距起落技术，通过在航母上安装12度的斜甲板，可以让飞机滑跑跃飞，再利用推力转向，使飞机在推力不足的情况下仍能在空中稳定加速。

目前世界上服役的垂直起落飞机有英国的“鹞”式系列，美国的AV-8系列、前不久刚试飞成功不久的F-35以及俄罗斯的雅克36。俄罗斯还有另外一种编号为雅克141的超音速垂直起落飞机，但是由于没有经费，并没有进入工程发展。

垂直起降技术虽然不是一个新技术，而且存在一些重大弱点，但是它的优点的确使人无法割舍。美国目前就正在发展新一代垂直/短距起降飞机（V/STOL）。随着航空科技的发展，垂直起降技术必将进入一个新的发展高峰。