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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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“鹞”式和英国独立战斗机工业的终结  

2011-02-04 13:47:15|  分类: 鹰击长空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2010年12月15日,英国皇家空军最后16架“鹞”式战斗机作了最后一次起飞,在空中组成漂亮的队形,向公众作最后的告别。从此,这架在马岛战 争中功勋赫赫而且能垂直起落、在空中悬停的独特战斗机在诞生地英国消失,也为英国独立的战斗机工业划上了句号。从此,英国的天空不再有英国独立研制的战斗 机了。

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16架“鹞”式在天空为独立的英国战斗机工业划下了句号

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从此这种可以垂直起落的独特战斗机就在英国的天空消失

20世纪60年代是冷战的高峰,美苏两大集团在中欧重兵对峙,枕戈待旦,第三次世界大战随时可能打响。在这里,仅苏军方面就集结了一万多辆坦克和几千架作战飞机,战争一旦打响,作战机场在第一时间被全面摧毁是非常现实的危险,垂直起落成为西方空军寻求生存力的一个法宝。

美 国由于常规战斗机技术的优势和攻势制空思想的影响,在垂直起落战斗机的研究方面落后于欧洲。在欧洲,法国热衷于在普通喷气战斗机上加装专用的升力发动机, 西德热衷于翼尖倾转的升力-巡航发动机,英国则热衷于机体内的一体式升力-巡航发动机。众所周知,只有英国的方案终成正果。不过要是认为这是老狐狸英国佬 深谋远虑的结果,那就错了。这更像糊涂新娘上了糊涂轿。

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冷战高峰时,西方对跑道的生存力很担心,连这样极端的“零距离起飞”都弄出来了

机 体内的一体式升力-巡航发动机能产生直接升力,不需要升力发动机或巡航发动机,最大限度地减少死重。道理很简单,但恶魔在于细节之中,一体式升力-巡航发 动机的直接升力怎么产生呢?一条腿的桌子不稳,但四条腿的桌子就稳当了。法国人米歇尔威伯特在50年代构想了一台喷气式发动机,将连接压气机和涡轮的发动 机主轴延长,驱动四台可以倾转的离心式压缩机,产生垂直升力。主发动机喷口也用百叶窗导流板,将剩余推力用于垂直起落。用四台压缩机是为了同时提供前后左 右的姿态控制力矩,像四条腿的八仙桌一样,即所谓“四立柱原理”。用离心式压缩机是因为当时技术条件下离心式压缩机体积最小,产生的压力最高。事实上,早 期喷气发动机很多都是用离心式压缩机的。威伯特找上法国航空界,但法国空军的兴趣集中在看起来技术上风险较小的“坐地式垂直起落”(tail sitter)上,也就是把飞机立起来,发动机喷口冲这地面,像火箭一样垂直起飞,所以对威伯特的“体制外”的方案没有兴趣,威伯特只好去找北约的由美国 资助的“共同武器开发计划”(Mutual Weapons Development Program,简称MWDP)。MWDP对威伯特德方案有兴趣,很快把他的设想转交给发动机科研能力较强的英国布里斯托尔航空发动机公司,当时布里斯托 尔正在设计用于意大利菲亚特G.91轻型攻击机的同样由MWDP资助的“奥菲耶斯”发动机,所以两家互相都很熟悉。布里斯托尔的戈登路易斯很快把威伯特的 离心压缩机更换成效率更高的轴流压缩机,并把核心发动机更换成最新的“奥菲耶斯”,新的发动机称为BE.52,并申请了专利。

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威伯特的“四立柱”原理可以实现垂直起飞

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最初的设计是这样的

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“鹞”式的“四立柱”和威伯特略有不同,但大道理是一样的

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但那个时代,各国都专注于技术上似乎更有希望的“坐地式”垂直起落飞机

布 里斯托尔把BE.52的方案呈交给MWDP,MWDP出资75%,布里斯托尔出资25%,两家联合起来,向英国肖特飞机公司兜售。肖特在垂直起落战斗机的 研制方面已经先行了一步,从1954年就开始研究使用专用升力发动机的SC.1垂直起落研究机,堪称喷气式垂直起落飞机的先驱。战后英国科技实力还在,但 是经济上濒临破产,无力资助肖特的科研,所以肖特正在打MWDP的主意,一口答应。但资金到手后,肖特还是回到SC.1研究机,把BE.52(此时改名为 BE.53)为基础的垂直起落研究机丢到脑后去了。

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霍克“猎人”曾经是英国相当成功的一款喷气式战斗机,但毕竟是亚音速的,需要赶紧研制下一代

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但霍克P1103没有被皇家空军看上

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而最初的垂直起落飞机设计是这样的一个怪样子

但 是上帝关闭了一扇门,一定打开了一扇窗。英国的霍克飞机公司这个时候正在琢磨霍克“猎人”式战斗机的后继问题。霍克的“猎人”是英国50年代很成功的一种 喷气式战斗机,在英国皇家空军和很多外国空军(如瑞士、印度)中服役。但50年代航空技术发展飞快,霍克十分明白,必须立刻着手后继机的研制,否则就会落 伍。霍克推出了P.1103方案,竞标英国皇家空军的新型两倍音速、挂载导弹的高性能战斗机,但是落选。霍克不灰心,自费将P.1103改进成 P.1121,希望获得英国和国外的“猎人”式战斗机的升级市场。但1957年英国政府宣布,国防研发重点转向导弹,有人驾驶飞机项目大量下马。霍克一面 继续寄希望于P.1121,一面开始寻求退路,希望在垂直/短距起落飞机上杀出重围,霍克就是在这样的背景下,开始和布里斯托尔就BE.53合作的。

霍 克开始时还是三心二意的,对BE.53也不是太认真。主管的拉尔夫胡珀马马虎虎画了一个草图,但这时BE.53还是只有前面的四个转向喷管可以产生垂直升 力,尾喷管只向后喷。这严重影响了发动机和全机的重心布置。飞机最后设计成一个在地面高高扬起的怪东西,只有这样,尾喷管才能和地面形成足够的角度,才能 帮一把实现垂直起飞。

为了改善飞机的总体布局,胡珀把先前的颌下进气道改成两侧进气道,再在翼尖和首尾增加了姿态控制喷嘴。这个时候胡珀灵 机一动,把原本单一的尾喷管改成分叉的Y形尾喷管,在后机身两侧喷出,而且前后喷管都可以转动。这样,四个前喷管中的后两个和分叉的尾喷管合并,所有四个 喷管都可以用于产生垂直升力和水平推力,这就成了现在“飞马”发动机的基本布局,活像一个游泳中的乌龟。

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最终的“飞马”发动机活像一个乌龟

垂 直起落飞机的一个独特问题是发动机轴单向转动引起的陀螺章动问题。陀螺高速旋转时,转轴的角度不会变,但轴会横向漂移,这就是章动。垂直起落飞机在悬停时 发动机长时间单向转动的话,其章动效应也会对悬停操控发生不利影响。为此,布里斯托尔将发动机风扇和压气机改成同轴反转,以抵消发动机的章动效应。前喷管 的喷气改成从压气机引出,而不再需要专门的轴流压缩机和相应的进气道,“飞马”发动机就此成形了,但还没有开始使用“飞马”这个名称。

三心 二意的霍克在这时候又被英国皇家空军的攻击机竞标项目所吸引,但是又一次落选(入选的TSR.2也没有好下场,试飞成功后下马了)。军方对P.1121依 然无动于衷,霍克只好又回到P.1127上来。这个时候,英国皇家空军才姗姗来迟地提供风洞,但对于霍克来说,这是军方有兴趣的第一个表示,而之前一直只 是北约(其实就是美国)在资助。不过这又带来了新的问题:英国皇家空军和北约的要求不同,最后北约的要求演变到德国的VAK-191,英国皇家空军的项目 并行进行。1959年P.1127正式上马,BE.53发动机也正式改名为“飞马”。

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入选的TSR2技术超前,但试飞成功后下马了,这是英国航空工业史上最凄惨的一页

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好在“雀鹰”的系留试验成功了

这期间,胡珀带着霍克的试飞员到NASA,和美国同行研究垂直起落飞机从垂直起落向水平飞行过渡时的飞行稳定性问题,并在美国的贝尔X-14垂直起落研究机上作了实地试验。NASA也主动帮助试验自由飞模型,试验结果对胡珀非常鼓舞。

1960 年10 月21日,P.1127终于首次在系留状态下升空,也就是将飞机用钢缆松松地系留在柱子上,万一发生意外的话,飞机不会失控得没边。第一架P.1127的 垂直升力勉强能把飞机升入空中,连无线电通信装置都要拆除,以节约重量。试飞员比尔贝德福的右腿刚在车祸中骨折,还上着石膏,但他还是带伤上阵。不过飞机 的姿态控制和系留索打架,飞机在离地不高的空中像喝醉的老牛一样东倒西歪。1961年9月12日,试飞员贝德福完成了第一次垂直起落到水平飞行的转 换,10月28日完成了短距起飞。从一开始,人们就认识到短距起飞对增加载重-航程的作用。同时,如果在垂直起落中有一点前进速度,可以大大降低喷气回弹 的影响。

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德国的VAK191是北约的选择

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但只有“雀鹰”才达到作战评估的阶段,而且是英美德三国联合评估

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还评估了林中临时机场的问题

各 种技术问题不断出现,但逐步得到解决。随着试飞的深入,P.1127最终被命名为“雀鹰”(Kestrel)。霍克把“雀鹰”正式呈报给军方,但英国皇家 空军又改主意了,把“雀鹰”的速度从高亚音速改为1.2倍超音速。这超出了“雀鹰”的能力,加大发动机推力也不行,需要大动干戈地修改。与此同时,西德在 竟标垂直起落攻击机(最后VAK-191入选),英国试图把西德拉入“雀鹰”计划,而美国陆军又对“雀鹰”有了兴趣,并把诺斯罗普拉进按许可生产“雀鹰” 的意向书,所以英美德三方商议,建议成立联合评估中队,共同评估垂直起落战斗机的飞行性能、训练和地勤支援要求,以及空战和对地攻击的战术使用。不过这从 一开始就各怀鬼胎。西德根本没有把P.1127太当一回事,还是一门心思在自己的VAK-191上。美国空军对美国陆军介入固定翼飞机感到不满,因此反对 美国陆军加入三国联合评估中队。英国皇家空军也对P.1127性能不能达到超音速不满,正想找借口溜号。这场各怀鬼胎的闹剧扯了一年,最后三国中队才在 1965年4月1日(愚人节,不是一个好日子呀)成立,成员包括了英国皇家空军、西德空军、美国空军、美国陆军、美国海军,演练了垂直、短距起落技巧,在 野外简易机场的隐蔽和起落,以及模拟对地攻击。

按照设计,“雀鹰”要能够在林间空地起落,以实现核大战条件下的分散部署和隐蔽出击。实际使 用经验表明,分散部署远远不是在野外平地上能够起飞、降落那么简单,需要考虑加油、装弹、充气、充电和维修的问题,对指挥、控制也带来很大的挑战,总体来 说对地勤支援的要求太高,在战时根本不实际。以后北约战略转向强调高性能战斗机,集中部署,集中保护,强调打击敌人,在进攻中求生存,而不是分散生存。

但 是英国皇家空军对超音速要求还是念念不忘,坚持要求霍克把P.1127改进成超音速,否则不会订货,北约也有相应的要求。这倒不是英国皇家空军和北约出花 头,而是大势所趋。60年代是一个追求高空高速的时代,战术飞机不能达到超音速被看作是一个严重的缺陷,几乎不值得发准生证。霍克将“雀鹰”加长,发动机 的前转向喷管采用喷管加力燃烧(Plenum Chamber Burning,简称PCB)技术,和主发动机的加力推力一起,使飞机达到超音速,P.1127也因此改名为P.1154,并正式取名为“鹞”式。罗尔斯 罗伊斯也提出“双斯贝”发动机,同样采用PCB技术和转向喷管,作为替代发动机。在1962年的北约竟标中,P.1154赢得了技术分,但采用英国罗尔斯 罗伊斯RB162升力发动机的法国的幻影III V赢得了政治分,因为幻影III V对科研和生产工作量在北约内均匀分布有利,否则好事全叫英国摊上了。不过最后结果实在也是无关紧要,因为北约并不对赢者拨款,还是要靠成员国自己出资进 一步研发和生产、部署。

在英国,军方希望用P.1154取代英国皇家空军的“猎人”和皇家海军的“海狐”,但是英国皇家空军需要的是单座攻 击机,皇家海军需要的是双座截击机,很快英国皇家空军和皇家海军就为了不同的技术、战术要求而争得不可开交。尽管霍克对于在技术上是否可能同时满足空海军 的要求根本没有信心,但先把鸭子下锅,煮不煮得熟以后再说。不过钓鱼工程不可能瞒过所有人,最后的妥协方案被空海军同时拒绝了。1963年底,军方决定皇 家海军的舰载战斗机由装备罗尔斯罗伊斯“斯贝”涡扇发动机的F-4K“鬼怪”式战斗机担任,皇家海军退出“鹞”式计划。霍克终于可以轻装上阵了,但这时风 水又转了,工党政府对英国航空工业的大砍刀下来,P.1154和前述的TSR.2一同下马。

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霍克P1154本应该是“雀鹰”的正式版,结果下马了

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皇家海军选用了美国的F-4K“鬼怪”式,装用推力更大的罗尔斯·罗伊斯“斯贝”涡扇发动机,但由于进气道适配问题,性能反而有所下降

不 过霍克这一头没有被一棍子打死,英国皇家空军的“猎人”虽然也由F-4K“鬼怪”式代替,但是由放大的“雀鹰”配合,作为对地攻击使用,飞机也改名为 “鹞”式。“鹞”式在外形上和“雀鹰”十分相似,但要增大一圈,也增加了很多实用的战术装备。但是英国政府对“鹞”依然三心二意,财政部一算,外购“鬼 怪”式和正在和法国合作研制的“美洲虎”比自研“鹞”要节约一亿三千万英镑。在财政部提议取消“鹞”式的时候,科技部强烈反对再砍硕果仅存的“鹞”式。 “鬼怪”式的采购计划由于“斯贝”发动机和“鬼怪”式的进气道适配问题而大大拖延、超支,“鹞”式是这样才躲过了下马的大砍刀。

政府对 “鹞”式毫无感情,军方对“鹞”式更是充满了敌意,三年前取消“雀鹰”的采购计划时的理由一个也没有改变,英国皇家空军是把“鹞”式当作过渡性的应急之 作。霍克就是这样步履维艰地开始了后来成为历史上唯一参加过实战的喷气式垂直起落战斗机的研制。经过多年的研制、改善,“鹞”式从单纯的对地攻击型,发展 成具有空战能力的“海鹞”。 “鹞”式战斗机不仅在英国空海军服役,还出口到美国、西班牙、意大利、泰国、印度,成为战后英国最成功的战斗机,也是英国最后一架独立研制的战斗机。

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久经磨难之后,“鹞”式终于在皇家海军落户

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在南大西洋的汹涌波涛中,“鹞”式成为舰队的空中保护伞,在英军的马岛胜利中起到核心作用

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实战经验证明,垂直起落飞机在小航母上具有更好的恶劣天气出动能力

这 时候也时过境迁。诺斯罗普和霍克的意向书早已过期,霍克通过“鬼怪”式的合同和麦克唐纳有合作关系,这时和麦克唐纳合作,为美国海军陆战队制造“鹞”式, 并将“鹞”式进一步发展成“鹞II”式,最终发展成为能发射AMRAAM主动雷达制导中程空空导弹的AV-8B。布里斯托尔和西德利合并,以后进一步并入 当年试图用 “双斯贝”搅局的罗尔斯罗伊斯,霍克也和当年的竞争对手德哈维兰、英国通用电气等一起并入英国宇航。

“鹞”式是至今唯一参加过实战的垂直起落战斗机。在马岛战争中,作为英国皇家海军特混舰队唯一的舰载战斗机,“鹞”式在实战中,创造性地使用推力转向,极 大地增强了空战机动能力,打破了高亚音速战斗机难以匹敌超音速战斗机的谜思。采用跳板起飞后,“鹞”式的航程和载重大大增加,极大地增加了实战性能。垂直 起落能力使“鹞”式在恶劣气候的出动能力甚至超过从同吨位航母上弹射起飞、拦阻降落的常规舰载战斗机。“鹞”式不仅在马岛实战中证明了自己的能力,而且重 新点燃了中小国海军的航母之梦,成为意大利、西班牙、印度、泰国海军航母舰载机唯一现实的选择。

美国海军陆战队是“鹞”式的最大的海外用 户。在美国海军陆战队里,“鹞”式称为AV-8,参加了1991年的海湾战争、1995年中的波黑和科索沃战争以及2003年的伊拉克战争。尽管美国海军 最终抛弃了“制海舰”的概念,美国海军陆战队没有完全放弃这个概念,而是把“制海舰”和大型两栖攻击舰结合起来。大型两栖攻击舰的大甲板本来是给垂直登陆 的直升机用的,但给“鹞”式用,也同样合适。美国海军陆战队的打算是,在登陆阶段,“鹞”式从两栖攻击舰上出击,提供滩头的局部制空权和近距支援;上陆 后,在陆上用钢板铺设简易起落场,从陆上出击,随陆战队的地面部队向纵深行动,提供滚动空中近距火力支援。然而在实战中,美国海军陆战队还没有遇到只有 “鹞”式可以依赖的向离岸纵深进攻的需要,通常都能得到美国海军和海军陆战队的F-18的支援。在陆地上建造简易机场不仅是用钢板铺跑道的问题,还有油 料、军械、维修和其他地勤问题,不如直接从两栖攻击舰上出击,所以“鹞”式从来没有在实战中在陆地上前进部署过。

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具备发射AMRAAM导弹能力后,“鹞”式具有很不错的空战能力

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英国之外,美国海军陆战队是“鹞”式的最大用户,这是美国引进技术并改进的AB-8B

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“鹞”式也是印度航母上的尖刀,不过这尖刀近来钝掉一半,有一半“鹞”式在失事中损失了

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泰国唯一航母“差克里·纳鲁贝特”号上装备的也是“鹞”式

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意大利“加里波地”号上装备的还是“鹞”式

不 过,“鹞”式的垂直起落能力和跳板起飞要求也给飞行员训练带来更高的要求,垂直起落和跳板起飞都是容易出事故的时候,90年代,美国海军陆战队曾在不长的 时间内在接连损失45架“鹞”式,英国皇家海军和英国皇家空军的“鹞”式也是一样的问题,原因基本上是垂直起落阶段发动机故障或飞行员操作失当。发动机的 问题通过不断的技术改进得到解决,飞行员训练也通过双座型“鹞”式逐渐得到解决。

但是“鹞”式的单一升力-巡航发动机有一些固有的问题。为 了确保垂直起落状态中的升力平衡和同步,“鹞”式只能采用单发,发动机必须具有很大的推力,“飞马”发动机曾经是西方推力最大的战斗机用喷气发动机。但 是,为最大推力而优化的发动机对降低巡航油耗很不利。为了加大最大推力,发动机的核心要加大,进气道也必须加大,但巡航时要不了那么大的推力,过大的进气 道和发动机造成不必要的阻力和结构重量。“飞马”发动机的四叉喷口是实现向量推力的关键,但是成也萧何,败也萧何,正是这四叉喷口,极大地限制了发动机和 飞机的整体布置,注定了“鹞”式只可能用“飞马”发动机,在别的战斗机上成功应用的新型发动机很难借用过来。另一方面,“飞马”发动机也只能用于“鹞” 式,所以“鹞”式的“飞马”发动机一用就是40年。尽管罗尔斯罗伊斯一直在不断改进,但“飞马”的核心发动机依然是40年前的布里斯托尔“奥菲耶斯”。相 距较近的四叉喷口也使悬停中的平衡控制力矩较短,所以对飞机的重心和姿态变化很敏感。

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“鹞”式之后,英国几次试图研制过超音速垂直起落战斗机,但都无果而终

英 国皇家空军从一开始就是把“鹞”式战斗机作为过渡性的应急之作,最终目标依然是超音速垂直起落战斗机,所以很早就开始研究“鹞”式的后继方案。由于位于金 斯顿的霍克公司是“鹞”式的始作俑者,“鹞”式的后继方案基本都是在金斯顿的原霍克公司的设施里搞的,所以被统称为“金斯顿计划”。金斯顿计划中有些方案 很有创意,如P.1214就是将前掠的主翼和后掠的尾翼结合起来,形成X形翼,便于升力-巡航发动机自然地布置在重心附近。P.1216则依然采用常规的 后掠翼,但双垂尾安装在较长的尾撑上,同样达到了自然地将升力-巡航发动机布置在重心附近的目的。在众多的金斯敦方案中,有些达到了具体设计阶段,有些只 是初步概念。

在装备了AIM-120主动雷达制导中程空空导弹和从F-18借用的APG65先进雷达后,“鹞”式战斗机可算是历史上最强大 的高亚音速战斗机了。出色的机动性和独特的垂直起落能力使“鹞”式战斗机的生命力超出任何同时代的西方战斗机,但不能达到超音速和只有有限的载弹、航程最 终使“鹞”式战斗机落后于时代,这个问题直到F-35的出现才得到解决。

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“鹞”式淡出世界航空舞台

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独立的英国战斗机工业也随之淡出

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脸上带着苦笑,老大帝国的挽歌终于奏响了

“鹞”式之后,英国不再独立研制战斗机。“狂风”和“台风”都是欧洲合作的结果。“鹞”式退出英国的天空,象征着独立的英国战斗机工业的终结。


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原文刊载于《世界军事》2011年第4期

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