[图帖] 从雅克-41的创新探索，到F-35B的继承与变革[7P]

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1楼大中小发表于 2022-3-31 17:08 只看该作者

从雅克-41的创新探索，到F-35B的继承与变革[7P]

提到固定翼垂直起降战机，除了风头正盛的F-35B，最为知名的恐怕就是英国于上世纪60年代研制，并曾在英、阿马岛海战中一举成名的鹞式战斗机。然而，时过境迁，随着航空科技的不断进步，以及各国基于各自作战需求对战机综合性能的更高要求，作战半径与载弹量早已“寒酸”的鹞式已于2010年退出现役，并渐渐淡出了人们的视野。对鹞式战机而言，最大的成功和最大的问题恐怕都出在其装配的飞马发动机身上。由于不具备加力模式，偏弱的动力大大制约了战机尺寸和起飞重量，甚至常规起降机型最基本的超声速飞行能力对于鹞式而言都成了一种奢望。

鹞式是世界上第一种实用垂直/短距起降战斗机

就在鹞式渐入佳境的80年代，基于对鹞式的对标和反超，前苏联启动了新型垂直起降战机研发计划。于是，一种不同于鹞式飞马的旋转四喷口结构、主发加升力发动机的雅克-41由此应运而生了。在雅克-41之前，同样采用升力发动机模式的雅克-38已上舰服役，但由于总体性能流于平庸，技术状态也不够稳定可靠，因此昙花一现后很快就归于沉寂了。虽然不具备旋转四喷口带来的空中急刹和悬停的超人绝技，但没有了飞马发动机开叉尾喷口的牵绊，装上了加力涡扇发动机（R-79V300）的雅克-41不但轻松实现了梦寐以求的超声速飞行，而且可向下偏转的尾喷口与垂直布置于机体的两台前置升力发动机（RD-41涡喷）的相互配合，更是让该机获得了令鹞式望尘莫及的外形尺寸与起飞重量。这看似细节的一舍一取，带来的却是脱胎换骨的突破与巨变。

鹞式机身两侧下部的4个喷口清晰可见

不过人算不如天算，就在人们对性能出众且看上去前途无量的雅克-41翘首以盼时，领军东方阵营的强大苏联出人意料地在一夜之间轰然倒下了。作为其嫡传继承者的俄罗斯，此时也元气大伤无暇他顾。于是，失去了强大国力支撑的项目研发工作顷刻间陷入了难以为继的绝境。也许有人会问，假设前苏联不解体且一直保持较强的综合实力，那么雅克-41所经历的劫难是否会化解呢？很遗憾，答案依然很不乐观。因为导致这款战机研发半途而废的决定性因素，并非只是因为苏联解体，其与生俱来的严重设计缺陷也是不可否认的致命败笔。

雅克-41的主动力喷口和前部的两个升力发动机喷口

由于升力发动机的安装位置过于靠近两侧的主发进气道入口，使得雅克-41在垂直起降状态时，从升力发动机中喷出的高速气流经下方甲板反弹后，极易被进气道产生的巨大吸力所捕获。当这些刚刚燃烧并喷出的气流中的氧含量已少之又少，此时被过多地吸入主动力，其工作状态必然遭到很大程度的干扰，吸入的越多这种破坏也就越严重。由此很容易导致主发的喘振甚至停车，瞬间的推力大幅下降乃至彻底消失就在所难免了。更为糟糕的是，此刻处于悬停状态的机体由于高度过低，一旦发生因失去升力托举的瞬时下坠，飞行员根本就来不及做出任何反应，最终后果当然就是机体坠落甲板后的机毁人亡。

雅克-41前后喷口形成的流场示意图

前面提到的雅克-38，虽也采用了与雅克-41相同的升力发动机方案，但其安装位置相对于主发进气道入口明显要更加靠后。加之雅克-38的起飞重量不大，因此无论是主发动机还是升力发动机，产生的推力都较雅克-41小很多，所以升力发动机喷出的废气被进气道吸入的问题并不算严重，雅克-38这才得以幸运的躲过一劫并人列服役。当然，聪明的苏联人也并非不知升力发动机带来的这一弊端，但限于当时的航发技术水平，只靠一台主发根本不足以垂直托起雅克-41级别的身躯，也就是说雅克-41之所以选择升力发动机，完全是出于技术妥协于现实的无奈。

F-35B垂直起降战机的升力系统

不过，虽然因种种无法回避的因素而中途下马，但雅克-41项目研发过程所留下的宝贵经验和教训，却为后来者提供了绝佳的参考借鉴。也正因如此，才有了今天固定翼垂直起降隐身战斗机F-35B的高光时刻。除了具备了隐身能力，与前辈雅克-41相比，F-35B最大的改变，就是将弊病明显的升力发动机换成了一台升力风扇，这台风扇由一根传动轴与主发相连，根本就不需要燃烧室和涡轮结构。也正是这一明智的选择，最终成就了如今F-35B的拔舰而起呼啸海天。当然，F-35B之所以能彻底摆脱升力发动机的束缚，从根本上得益于美国先进的航空发动机技术造就的F-135所提供的强大动力支撑，从而实现了一发托一机三型的惊叹性能。

三轴承旋转喷管（3BSD）也被F-35B采用

相比于升力发动机，升力风扇最大的特点就是从其下方喷口喷出的不再是经过燃烧的缺氧高温废气，而是直接从风扇入口处吸入的“新鲜”空气。因此，就算F-35B处于悬停于舰面上方的垂直起降状态时，其升力风扇喷出的空气流经甲板反弹后被吸入进气道，也不会对发动机的正常运行造成任何不利影响。不仅如此，这股强劲的空气喷流还能对垂直起降中从F-35尾喷口喷出的高温废气起到很好的阻挡作用，进而有效降低了这些废气反弹后被再次吸入进气道的可能性。尽管其主发喷口距离进气道口较远，但身为四代大推的F-135的推力输出极其强悍，因此自其喷口喷出的强大气流经甲板反弹后依然有被再次吸入的可能。

雅克-41最终失败但开创性设计为F-35B提供了诸多借鉴

从升力发动机到升力风扇，正是这种基于对昔日雅克-41项目经验教训的借鉴与变革，最终成就了今天F-35B的高光与荣耀。虽然多出了一根纵贯于机体中段的传动轴，但风扇带来更高的整机安全性和稳定性优势，却是完全不容置疑的。用曾经的失败托举今天的成功，这就是雅克-41做出的的贡献，这就是探索者的价值和意义。所谓胜者为王败亦雄，雅克-41堪称败者中的一代经典杰作，在整个人类航空科技发展进程中，这浓墨重彩的一笔必将永远留存于后世的记忆之中。

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