紗麗
[拼音]:chuizhi he duanju qiluo feiji
[英文]:vertical and short take-off and landing airplane
能垂直或接近垂直起飛和著陸的飛機稱為垂直起落飛機。能在很短距離內起飛和著陸的飛機稱為短距起落飛機。垂直起落飛機通常也可短距起落,這時飛機起飛重量可以增加,所以垂直起落飛機常被稱為垂直/短距起落(V/STOL)飛機。垂直和短距起落飛機是飛機發展的一個方向。
垂直起落和短距起落在國際上還沒有統一的定義。在美國,飛機原地離地後能在15米(50英尺)距離內飛越15米的障礙高度稱為垂直起落;短距起落飛機必須能在150米(500英尺)距離內飛越15米高的障礙。在英國,對短距有不同的理解,認為在150~900米(500~3000英尺)以內飛越15米高的障礙都可算作短距起落。
垂直和短距起落飛機是應軍事和民用需要而出現和發展的。在導彈核武器以及偵察技術高度發展的現代,機場是一個無法隱蔽的大型戰略目標。一旦爆發戰爭,機場最易受到攻擊。有了垂直和短距起落飛機,就可以減少甚至擺脫對機場跑道的依賴。現代大型民航飛機要求有長達3000米以上的跑道,機場佔地面積大且不能緊靠大城市修建,所以不少國家設想用能在大城市中心垂直起落的民用機來提高運輸效率,擴大使用範圍,或者至少採用短距起落飛機使現有的中小型機場得以充分利用。
特點
垂直和短距起落飛機的飛行與常規飛機相同,由固定翼產生空氣動力升力來平衡飛機重力,但起落與常規飛機不同。垂直起落飛機起飛和著陸時不靠機翼升力,而是直接由動力裝置或由動力裝置帶動的旋翼、螺旋槳、風扇產生向上的升力,實現垂直起落。這裡推力不是用來使飛機前飛,而是直接用來克服重力,所以叫推力升力。短距起落與常規起落相似,只是滑跑距離很短,它由高度增升的機翼提供升力,或由推力的垂直分量和機翼共同提供升力。垂直起落飛機能依靠自身的動力保持在空中固定位置上,即空中懸停。因此,垂直起落飛機就能在比其自身尺寸稍大的場地上起飛和著陸。例如可在高層建築的屋頂上或在一般軍艦的甲板上起降,並能完成一系列其他飛機不能完成的飛行動作,如垂直機動、後退飛行、原地轉向等。直升機也能完成這些任務,但垂直起落飛機的平飛速度和航程都比直升機大得多。
垂直起落飛機在起落和過渡飛行(圖1)時,飛機處於零速或極低速狀態,氣動力操縱面不起作用。因此,它需要用反作用噴氣操縱系統進行操縱,或者用推力升力系統的噴口、多風扇、多升力發動機的不對稱控制進行操縱,常常還要採用自動增穩系統和自動操縱系統,即用自動器來保持平衡和操縱。
垂直起落飛機在超載起飛時可以通過地面滑跑加速,在機翼升力幫助下實現短距起飛。短距起落飛機沒有懸停能力,必須滑跑加速才能起飛。
分類
垂直起落飛機由垂直推力狀態轉為水平推力(巡航飛行)狀態,或由水平推力轉為垂直推力狀態,通常有4種換向方案:
(1)飛機轉向;
(2)動力裝置轉向;
(3)推力轉向;
(4)複合推力。又有4種提供垂直和水平推力的裝置:
(1)旋翼;
(2)推進螺旋槳;
(3)涵道風扇;
(4)渦輪風扇-渦輪噴氣(渦扇-渦噴)。可組成 4×4個組合(圖2),從而構成各種垂直起落飛機方案。
旋翼是直升機的典型部件。如果既有旋翼也有機翼,在巡航飛行時主要靠機翼產生升力,旋翼只作為輔助升力面(圖2中4.1)或只作為拉力螺旋槳(圖2中2.1)使用,那就屬於旋翼式垂直起落飛機。
推進螺旋槳是活塞發動機和渦輪軸發動機產生拉力的部件。在早期的垂直起落飛機上曾採用過這種方案(圖2中1.2、2.2、3.2、4.2)。
涵道風賽a href='http://www.baiven.com/baike/224/276460.html' target='_blank' >仁親霸諤淄?涵道)中的多葉片風扇,又稱升力風扇。它可裝在單獨的短艙中或直接裝在機翼或機身中。有的飛機在涵道進口裝有葉柵。這是一組導向葉片,可以使氣流轉向。在葉柵關閉後構成流線外形。對涵道風扇式垂直起落飛機曾進行過廣泛研究,並製造了試驗機(圖2中1.3、2.3、3.3、4.3),但都不很成功。
渦扇-渦噴式噴氣推力升力垂直起落飛機是現代垂直起落飛機的主要型式(圖2中1.4、2.4、3.4、4.4)。
飛機轉向是轉換推力狀態的簡單解決辦法。起降時飛機處於機頭向上的直立位置,起飛後轉為水平飛行,著陸時又轉為直立位置。 美國1954年研製的XFY-1型垂直起落飛機就採用飛機轉向方案。
在動力裝置轉向方案中,飛機處於水平位置而讓動力裝置轉向。其中旋翼轉向方案是讓旋翼軸轉90°。推進螺旋槳可以單獨轉向或者和機翼一起轉動。 渦扇-渦噴轉向一般都是使整個發動機短艙轉動(見彩圖)。
簡單的推力換向方案是用襟翼、葉柵或轉向噴口將推力轉90°,因而不需要將整個動力裝置轉動,簡化了結構。這種飛機常稱為推力換向式飛機。偏轉襟翼可使螺旋槳滑流或噴氣發動機噴流轉向。葉柵通常裝在涵道風扇出口處使氣流轉向。轉向噴口是使噴氣發動機噴流轉向的一種有效手段。英國的“鷂”式戰鬥機(圖3)就是一種採用轉向噴口的垂直和短距起落飛機。飛機上的推力換向式渦輪風扇發動機有兩對帶葉柵的旋轉噴口,前後排列,分佈在機身兩側,分別噴出風扇氣流(前噴口)和燃氣流(後噴口)。每個噴口均可由向後噴出位置轉為向前下方噴出位置,從而可提供飛機垂直起落、過渡飛行和平飛所需的推力和升力。
複合推力指使用不同的系統產生垂直推力升力和前飛推力,其中用升力風扇或升力發動機加平飛發動機是這類垂直起落飛機的主要型式。升力風扇、升力發動機在巡航時都不工作,這就增大了飛機的重量,使飛機效能降低。蘇聯雅克36殲擊機是採用升力發動機和噴口轉向發動機組合佈局的一種垂直起落飛機,已於70年代後期服役。
短距起落飛機按增升裝置分為三大類:
(1)氣動力增升,②吹氣附面層控制,③動力增升。
現代短距起落飛機採用動力增升技術,即偏轉(螺旋槳)滑流或偏轉(噴氣發動機)噴流改變推力方向,使其提供部分升力來縮短起降距離。噴流偏轉又分為上翼面偏轉和下翼面偏轉(圖4)。
問題
對垂直起落飛機的研究,早在第二次世界大戰後即已開始,曾提出許多設計方案,並建造了不少垂直和短距起落的試驗研究機。其中除個別方案外,大多數垂直起落飛機設計仍處於試驗探索階段。這反映出垂直起落飛機在技術上的複雜性,其中包括:垂直起降(飛機處於零速或極低速狀態)過程中的操縱和穩定問題;複雜的轉向機構使飛機結構重量增加,降低了飛機的效能;如何保證複雜機構和系統的安全可靠性問題;垂直起落所特有的外場使用問題,如向下高速噴流對地面的燒蝕,並引起塵土飛揚;如何降低發動機噪聲等。