[軍事資訊] STOVL戰機短場起降[21P] [複製連結]

戰機的短場起降這個名詞早期叫做垂直起降，叫垂直起降很容易引起誤會，以為飛機掛滿了炸彈也可以垂直起飛，其實沒有這個能耐，只有在空機低油量時才能垂直起飛。短場起降英文早期叫做V/STOL (Vertical/Short Take Off and Landing)，現在改叫STOVL (Short Take Off and Vertical Landing)。   F-35短場起降示意圖 眾所皆知短場起降戰機的鼻祖是60年代英國的Harrier(獵兔犬)，這架飛機除了在英軍服役以外，70年代末期美國McDonald Douglas飛機公司也引進加以改良，發展出AV-8系列供陸戰隊使用，總計生產了306架(不含FSD及PP機)，還外銷義大利和西班牙。歐美軍機的短場起降技術發展在沉寂了近20年後，才在美國國防部JSF(聯合打擊戰機)計劃中起死回生，陸戰隊所要的機型特別規範需具備短場起降能力，美軍及英軍準備用來汰役AV-8B及Harrier。蘇聯早在60年代也發展有Yak-38 (Froger)短場起降攻擊機在航空母艦上服役，性能也還好，只是在西方國家的名氣沒Harrier那麼響叮噹就是。 短場起降基本原理 短場起降戰機所使用的起降基本原理都一樣，在起飛落地外形時，飛機重心前後各有往上的力量，稱作直接升力(Direct Lift)，用來抵抗飛機重量，這些往上的力量由噴射引擎來提供。前進後退由直接升力往前後小角度擺動來控制，俯仰、滾轉及偏航三軸的控制分別在機鼻、機尾下方往下，左右翼尖往下，以及機尾往左右各有氣閘，氣閘開啟就噴氣，氣閘的氣源由直接升力拉出氣管來提供。有了直接升力及微調用的氣閘，短場起降飛機於是可以像直升機一樣原地上下左右移動。 為什麼不能垂直起飛呢？戰鬥機起飛時又是外油箱又是炸彈的，要較大的直接升力才能抵抗這些重量(意謂著更大的引擎)，另考量短場起飛的滾行距離其實也不長，因此直接升力只要能應付重量較輕時的垂直落地就可以了。短場起飛時，將直接升力調整到往前，直接升力的分量就能產生推力，往前慢慢加速就可以離地起飛了。起飛後速度增加，主翼開始提供升力，直接升力就可以逐步轉換至往前，全數當高速飛行所需的推力來用。 下文分前、後直接升力動力源的不同，將短場起降的技術分做三個種類來介紹： (1) 使用同一動力源   BAe Harrier / Boeing AV-8B   Harrier的直接升力及推力由一具Rolls Royce 的Pegasus (飛馬)系列引擎來提供，這具引擎是由類似高旁通比的渦扇引擎研改而來的，高旁通比引擎的特色就是前段有一個直徑很大的風扇段，這個三級風扇的排氣不往後排，而是往兩側集中，再以旋轉噴嘴控制排氣方向，噴嘴往下就當做前直接升力，往後就當推力來使用。引擎本體的排氣也不往後噴，一樣往兩側集中拉出，用旋轉噴嘴控制當後直接升力或推力。   飛馬引擎雖然號稱有20,000磅推力，但受限於高旁通比，推動21,000磅基本重量的AV-8B是無法超音速的。飛馬引擎低空效率很好，大推力使得AV-8B的帶G性能不錯，可以和一線戰機一較高下， Harrier的空戰絕招叫Augmented G，帶G時改變噴嘴位置，產生額外的升力(推力會稍減弱)，就可以增加G值縮小轉彎半徑。 這個引擎上了中、高空20,000呎以上的推力大幅降低，標準帶G性能只及IDF的一半。空軍前一兩年說想租借美軍的AV-8B來填補中共導彈轟炸跑道後的戰力空隙，空軍可能當時不清楚AV-8B是低空攻擊機，除了短場起降能力之外，在台海上空的戰術價值令人懷疑。   Boeing X-32B Boeing公司併購AV-8B的原廠McDonald Douglas飛機公司，組成JSF計劃競標團隊研製X-32。引擎採用低旁通比的大推力P&W F-119引擎，以便能超音速飛行。因為這個引擎沒有像飛馬引擎一樣的風扇段，陸戰隊型X-32B短場起降所用的引擎得進行研改，於是在引擎前方多加了一道壓縮段，像飛馬引擎一樣往兩側收集壓縮氣，經兩旁的旋轉噴嘴往下由機腹閘門噴出。巡航時這個引擎是傳統後噴的方式，短場降落時則使用多段角筒狀的向量噴嘴，將噴氣引導向下來產生後直接升力，向量噴嘴一樣可以小角度前後微調，控制向前向後推力的大小。         X-32B的引擎因為多了這一道壓縮段，長度較長，又因為引擎必需裝在重心位置，使得引擎進氣面不像傳統戰機位在中段機身以後，而是在非常前面，進氣道因此很短，這樣對超音速飛行時的進氣效率會有很不利的影響。 X-32B最後在JSF的競標中輸給Lockheed Martin公司的X-35 (隨後正式命名為F-35)，戰機史上的失敗英雄再添一名。 (2) 使用不同動力源   Yakovlev Yak-38 (Forger) 蘇聯Yakovlev(雅克)設計局在60年代初期開始研發短場起降技術，70年代中期生產基本重量23,000磅級的Yak-38次音速攻擊機於海軍Kiev(基輔)級航空母艦上服役，成為舉世第二架短場起降戰機，總共生產了兩百來架。前直接升力使用獨立的兩具推力各7,000磅級的直立式噴射引擎，裝載於駕駛艙後方，使用時需開啟機背上的進氣口及機腹下的排氣口。這兩個直立式噴射引擎只用在短場起降，巡航時並不能提供往後的推力，還真是浪費。後直接升力使用一具推力13,000磅級的傳統噴射引擎，不過不是單筒噴嘴，而是像Harrier一樣分成左右兩個向量噴嘴，可以旋轉往下供短場起降使用。   Yakovlev Yak-141(Freestyle) Yak-141是25,500磅級的雙垂直尾翼中大型攻擊機，70年代中期開始發展，準備用來取代Yak-38。80年代中期試飛，不過因前蘇聯國防部預算限制的因素，一直沒有進入服役。直接升力的動力方式設計與Yak-38雷同，前直接升力使用兩具推力各9,000磅的直立式噴射引擎，前後併列於駕駛艙後方，機身上下一樣有進氣口及排氣口。後直接升力由一具34,000磅級的引擎來負責，向量噴嘴往下時，最大推力為23,000磅，90度轉彎讓推力減少了1/3。 (3) 使用混合動力源     Lockheed Martin F-35B Yak-38和Yak-141提供前直接升力的直立式噴射引擎只用在起飛落地，如果巡航時也能當推力來用豈不更好？對不起，巡航時想當推力的話，這個引擎就要有進氣道，要橫著擺，很占空間的。   F-35也使用 P&W F-119引擎，F-35B的前直接升力抄襲Yak-38及141直立式引擎的構想，不過不用噴射引擎，而改用高壓縮比的風扇，稱之升力風扇(Lift Fan)，其旋轉動力來源是在需要時才由後方的主引擎以傳動桿接合提供。這個風扇由Rolls Royce引擎公司設計承製，因為動力來源的傳動軸與風扇是呈90度角的單點接觸，在RPM幾萬轉以上的高轉速情況下，如何克服風扇的抖動是F-35B最困難的任務，Rolls Royce發展了一套無人能及的技術，把這問題克服掉了。     洛克希德馬丁的STOVL推進系統   F-35B的後直接升力使用旋轉式噴嘴，噴嘴是一面繞一面往下彎的，稱為三軸承旋轉導管(3 Bearing Swivel Duct)     使用升力風扇時，不僅機背的進氣口及機腹的排氣口要開啟，還要開啟機背上主引擎的輔助進氣口，補充停懸時主引擎高轉速所需的額外進氣量並避免往下的高熱排氣被吸進主引擎內，造成引擎咳嗽(衝激Surge)。     X-35後來正式命名為F-35 Harrier/AV-8B及X-32使用引擎提供前、後直接升力、將引擎置於重心位置，導致引擎進氣面過於往前的方法，在戰機設計的認同度上是低於F-35B及Yak 38/141使用混合式或獨立式動力系統的。一般認為F-35B前直接升力由主引擎另外提供動力的方法，也不如Yak-38/141使用獨立系統的設計來的甘脆，Yak系列的方法應是比較好的選擇，工程設計上也比較簡化。

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