成飛垂直起降戰(zhàn)機(jī)專利石破天驚，動(dòng)力布局新穎，美國F35B相形見絀

提起垂直起降戰(zhàn)機(jī)，很多人第一反應(yīng)就是，我國完全沒有研制經(jīng)驗(yàn)，別說超越F35B，能不能造都是個(gè)問題。然而，自從成飛申請(qǐng)的垂直起降戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)專利被曝光后，我們發(fā)現(xiàn)，原來垂直起降戰(zhàn)機(jī)還可以這么設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)要求極大降低了，甚至只需要?dú)?5采用的發(fā)動(dòng)機(jī)就能滿足要求。最令人振奮的是，已有網(wǎng)友拍的一款疑似成飛垂直起降戰(zhàn)機(jī)的試飛照片。為避免泄密，本文不提供原圖，請(qǐng)見諒。

眾所周知，F(xiàn)35B是世界上第一款垂直起降隱身戰(zhàn)機(jī)，具備超音速飛行能力。然而，由于設(shè)計(jì)太復(fù)雜，自從交付美軍以來，這款戰(zhàn)機(jī)就問題不斷，已出現(xiàn)多次事故。用一句話概括這款戰(zhàn)機(jī)就是，F(xiàn)35B是一款用大量領(lǐng)先世界的技術(shù)打造的性能平庸、可靠性很差的垂直起降戰(zhàn)機(jī)。

如果僅對(duì)比飛行性能，那么F35B甚至可以說是一款不合格的戰(zhàn)機(jī)。因?yàn)樗捎昧耸澜缟献钕冗M(jìn)、推力最大的小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)F-135，單臺(tái)加力推力超過19噸。還配備了世界最強(qiáng)的對(duì)轉(zhuǎn)升力風(fēng)扇和超高功率密度傳動(dòng)系統(tǒng)。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)很多零部件都是行業(yè)領(lǐng)先水平，結(jié)果這款垂直起降戰(zhàn)機(jī)卻成了雞肋，最大飛行速度僅1.6馬赫，還存在航程短、可靠性差的問題，已經(jīng)發(fā)生多起墜機(jī)事故。

據(jù)報(bào)道，整個(gè)F35系列（包含A、B、C三個(gè)型號(hào)）交付客戶使用以來，共計(jì)墜毀12架，其中僅F35B型就墜毀7架，事故發(fā)生率是其他型號(hào)的2倍以上。本來F35A和F35C的可靠性就已經(jīng)偏低，美軍甚至一度寧愿繼續(xù)購買F15、F18，也不要F35。結(jié)果F35B可靠性比F35A和F35C還要差，可見從可靠性角度來看，F(xiàn)35B甚至算不上合格。

為何航空技術(shù)整體處于領(lǐng)先水平的美國，卻造不出令人滿意的垂直起降戰(zhàn)機(jī)呢？

有時(shí)候好的設(shè)計(jì)比一味堆砌先進(jìn)技術(shù)效果更好。F35B造得這么差，并不是因?yàn)槊绹萍妓讲睿且驗(yàn)槊绹藢?duì)F35系列要求太多，啥都想干，結(jié)果啥都不精。總的來說，主要是由兩方造成的。

一是研制指導(dǎo)思想本身就存在很大問題。

當(dāng)年研制世界首款五代機(jī)F22的過程中耗資巨大，導(dǎo)致這款戰(zhàn)機(jī)成為史上最昂貴的戰(zhàn)機(jī)，美軍不得不將裝備數(shù)量一砍再砍。為了與F22高低搭配，美軍決定再研制一款低端五代機(jī)，也就是后來的F35系列戰(zhàn)機(jī)。而為了避免F35像F22那樣貴得離譜，美軍一方面將其定位成能夠同時(shí)滿足美國空軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、海軍的戰(zhàn)機(jī)，另一方面拉來多個(gè)盟國共同出資研制，于是就有了F35A、F35B、F35C三款細(xì)分型號(hào)。

美軍的F35研制指導(dǎo)思想可以概括為，既要滿足美國三個(gè)兵種不同需求，還要滿足多個(gè)盟友不同需求，又要盡可能降低單機(jī)造價(jià)。這本身就是自相矛盾的指標(biāo)，帶來的后果很嚴(yán)重，那就是F35被搞成啥都能干，但啥都不精的雞肋，以至于連美軍都嫌棄不已。如果不是沒得選，美軍估計(jì)會(huì)拋棄這款戰(zhàn)機(jī)。

二是F35B型垂直起降型號(hào)被逼得削履適屐。

為了盡可能降低單機(jī)成本，研制方洛克希德·馬丁公司不得不盡可能提高F35A、F35B、F35C三款細(xì)分型號(hào)零部件通用比例。

然而垂直起降戰(zhàn)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與常規(guī)固定翼飛機(jī)差異很大，為了兼顧零部件通用比例，不得不設(shè)計(jì)得很復(fù)雜。首先是最為關(guān)鍵的發(fā)動(dòng)機(jī)，為了給F35B提供控制姿態(tài)的平衡力，不得不從壓氣機(jī)引出左右兩股氣流。這就需要對(duì)F-135發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行“大手術(shù)”。其次，為了產(chǎn)生足夠大的向上升力，F(xiàn)35B還需要在機(jī)身前半部分增加一套升級(jí)風(fēng)扇，通過傳動(dòng)系統(tǒng)與F-135發(fā)動(dòng)機(jī)相連，并由F-135發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。并且F-135本身尾部噴管也要被設(shè)計(jì)成能夠向下彎曲噴射氣流的可調(diào)噴管。

如此設(shè)計(jì)就帶來了4方面技術(shù)難點(diǎn)并增加了不少潛在故障點(diǎn)：一是需要研制超大功率密度對(duì)轉(zhuǎn)風(fēng)扇；二是需要研制超高功率密度傳動(dòng)軸；三是超大功率密度傳動(dòng)齒輪和離合器；四是發(fā)動(dòng)機(jī)需要在壓氣機(jī)部分進(jìn)行開口，并增加噴管向下彎曲的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

以上動(dòng)力系統(tǒng)4方面零部件任何一處出故障，F(xiàn)35B就會(huì)出問題。這也就不難理解為何F35B可靠性這么差。

那么成飛的垂直起降戰(zhàn)機(jī)好在哪里呢？

通過成飛申請(qǐng)的設(shè)計(jì)專利來看，成飛的垂直起降戰(zhàn)機(jī)基本可以確定采用雙發(fā)串聯(lián)設(shè)計(jì)。這可比F35B那種升級(jí)風(fēng)扇+傳動(dòng)系統(tǒng)+大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)好太多了。

一是串聯(lián)布局省去了升力風(fēng)扇和傳動(dòng)系統(tǒng)死重。

成飛的垂直起降戰(zhàn)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相當(dāng)于把F35B的前置對(duì)轉(zhuǎn)升力風(fēng)扇和傳動(dòng)系統(tǒng)換成了一臺(tái)中等推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，而后置發(fā)動(dòng)機(jī)也換成了中等推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

假設(shè)成飛垂直起降戰(zhàn)機(jī)垂直起降時(shí)總升力與美國F35B相當(dāng)，且發(fā)動(dòng)機(jī)推重比相當(dāng)，那么其動(dòng)力系統(tǒng)可以節(jié)省掉升級(jí)風(fēng)扇和傳動(dòng)系統(tǒng)重量。

以F35B為例，垂直起降時(shí)，其最大升力可達(dá)176千牛。而平飛時(shí)F-135渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力可達(dá)191千牛。成飛的垂直起降戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案相當(dāng)于把一臺(tái)推力達(dá)191千牛的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，換成2臺(tái)推力為90.5千牛的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，而且還不需要升級(jí)風(fēng)扇和傳動(dòng)系統(tǒng)，研制難度大大降低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也更低，可靠性更高。而且前置發(fā)動(dòng)機(jī)引出的2股氣流可以通過管道引導(dǎo)到翼身融合處靠近主翼前緣位置，不必占用機(jī)身寶貴空間。不論是平飛還是垂直起降，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都能共同出力，而F35B平飛時(shí)，其升力風(fēng)扇和傳動(dòng)系統(tǒng)并不參與，只會(huì)成為累贅。

二是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)推力和功率要求遠(yuǎn)低于F-135。

F35B垂直起降時(shí)，實(shí)際都是靠1臺(tái)F-135發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生升力，這就對(duì)這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和推力提出了很高的要求，以至于F-135推力達(dá)到驚人的191千牛。更要命的是，還要對(duì)這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，從壓氣機(jī)引出2股氣流，而且還要對(duì)這兩股氣流進(jìn)行精確控制，同時(shí)還要保證發(fā)動(dòng)機(jī)自身不會(huì)因?yàn)闅饬髯兓瘜?dǎo)致不穩(wěn)定。這難度可想而知，如果換成其他國家，估計(jì)到現(xiàn)在都未必能夠整利索。

成飛垂直起降戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案采用的是2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)共同出力，對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力要求自然要低很多，而且還不需要從壓氣機(jī)引出2股氣流。按照90.5千牛計(jì)算，直徑比F-135發(fā)動(dòng)機(jī)小得多的中等推力渦扇就能滿足，飛機(jī)的機(jī)身就可以做得更加細(xì)長(zhǎng)。即便把內(nèi)置彈艙考慮進(jìn)來，也不會(huì)像F35B那樣臃腫。從設(shè)計(jì)角度看，成飛垂直起降戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案相當(dāng)于把殲35這種中型機(jī)的雙發(fā)并列布局改成雙發(fā)串聯(lián)布局，技術(shù)復(fù)雜度、難度基本相當(dāng)。甚至可以直接采用2臺(tái)渦扇19一前一后串聯(lián)布局。

殲20這種全球領(lǐng)先氣動(dòng)布局隱身戰(zhàn)機(jī)的大獲成功證明，我國科研人員從不缺乏優(yōu)秀設(shè)計(jì)。只要工業(yè)水平足夠高，我國完全有可能造出全面趕超美國同行的產(chǎn)品。渦扇15已經(jīng)研制成功也證明我國的工業(yè)水平已經(jīng)達(dá)到很高的水平，而歐美紛紛對(duì)我國汽車設(shè)置反傾銷關(guān)稅也說明我國的工業(yè)水準(zhǔn)已經(jīng)至少與歐美相當(dāng)，甚至開始局部趕超！

綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，成飛的垂直起降戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案，動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜度、研發(fā)難度遠(yuǎn)低于F35B，潛在故障點(diǎn)也少得多，其雙發(fā)串列布局技術(shù)難度與雙發(fā)并列布局的固定翼飛機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別，總體研制難度也遠(yuǎn)低于F35B。只要有需求，我國完全有可能在短時(shí)間內(nèi)造出這種垂直起降戰(zhàn)機(jī)！