垂直起降技术简介(梁苑)

1、垂直起降飞机介绍垂直起降的意义 现代固定翼飞机对跑道的要求很高，特别是先进的喷气式战斗机，简易机场的跑道都是高速公路等级的。对大面积、平整、坚固的长跑道依赖已成为现代空军的致命软肋。 研究像鸟儿腾飞一样具有垂直/短距起降的飞机可以摆脱这一困境。垂直起降的形式1直升机复合直升机“速度鹰” （Speed Hawk）， 用 UH-60 的机体和主要机械系统作基础，研制的“推力转向涵道推进”（Variable Thrust Duct Propeller）研究机 新概念直升机X形翼直升机蜻蜓”有鸭式前翼和宽大的水平尾翼，机顶上有一字形的旋翼-机翼。在直升机状态下，旋翼-机翼在喷气翼尖的作用下旋转，产生升

2、力。一字形的旋翼-机翼相当于双叶旋翼，可以用跷跷板铰链完成挥舞和领先-滞后动作，所以“蜻蜓”对非对称升力的补偿还是常规的。“蜻蜓”的动力装置是一台涡扇发动机，从压缩机引出高压气流，通过管路输送到旋翼-机翼的翼尖，驱动喷气翼尖。由于喷气翼尖不产生反扭力，“蜻蜓”没有尾桨。达到一定的平飞速度后，鸭翼和平尾产生足够的升力，旋翼-机翼锁住，作为固定的机翼，飞机转入固定翼状态。垂直起降的形式2固定翼（倾转旋翼）从复合直升机，到直升-旋翼机，到可锁定的旋翼-机翼，这是一条从直升机向固定翼飞机过渡的路径。与此对应，当然也有一条从固定翼飞机向直升机过渡的路径。如果能使固定翼飞机的推进装置改变方向，就能实现垂直

3、起落。XV3，倾转轴起飞过程垂直起降的形式2固定翼（倾转旋翼）倾转旋翼在理论上可以通过控制左右发动机的推力来控制横滚，用旋翼的前后转动来控制俯仰，偏航比较难办，可以用旋翼下洗气流作用在机翼的襟翼上，辅以一定的横滚作用来实现。但事实上，增减发动机推力的灵敏度不够，反映不够快，控制量也不够精细。用机电控制倾转旋翼来实现俯仰控制，灵敏度问题更大，无法适应恶劣天气时的飞行要求。实用化的倾转旋翼的 V-22（及其前身 XV-15）都是采用直升机桨叶，即保留了全套直升机的总距和周期距控制，而不是只可以调节桨距的螺旋桨，所以直升机状态的 V-22 的操控和直升机无异。在以螺旋桨-旋翼为基础的垂直/短距起落飞

4、机中，倾转旋翼是最成熟的方案。垂直起降的形式2固定翼（倾转机翼）倾转旋翼在直升机状态时，机翼对旋翼的下洗气流的遮挡较大，而直升机状态是最需要把所有的推力全部发挥出来的时候。另外，由于旋翼和机翼的相对位置和角度的变化，旋翼-机翼的气动相互作用十分复杂，在至关重要的直升机-固定翼状态转换期间尤其如此。倾转机翼（tilt wing）的好处是较好地解决了下洗气流的遮挡问题和发动机-机翼的相互作用问题。机翼是飞机产生升力的所在，而机体是承重的所在，机翼和机体连接部是飞机上最吃重的部位，现在这个最吃重的部位把所有应力全部集中到一个控制机翼倾转的铰链上，要保证最大的可靠性，机械设计上的难度可想而知垂直起降的

5、形式2固定翼（倾转机翼）早期发展得最远的倾转机翼 XC-142垂直起降的形式2固定翼意大利 Agusta 推出的 ERICA 计划，ERICA 的机翼外翼段倾转，使其介于倾转旋翼和倾转机翼之间。垂直起降的形式2固定翼（倾转机身）倾转机身，安装在机身上的发动机的推力产生向下的升力分量，产生直接升力。但这只是一部分，推力气流从地面的反射要是利用好的话，可以大大强化升力，Freewing 就是靠直接升力和地面效应极大地增加起飞过程中的升力的。升空后，前后机身拉直，像普通飞机一样飞行。不过Freewing 很难做到垂直起落，只能短距起落。垂直起降的形式2固定翼（倾转机身）垂直起降的形式2固定翼（倾转涵

6、道）如果把螺旋桨用涵道包覆起来，变成涵道螺旋桨（ducted fan），初看和普通螺旋桨没有太大两样，但是涵道内外的气流有速度差，在贝努力原理的作用下，涵道内的高度气流可以拖动涵道外的低速气流，可以产生比涵道内气流流动多至 50% 的额外推力。涵道本身在平飞状态也产生升力，这时圆形的涵道实际上就构成了环形机翼。倾转涵道风扇（tilt ducted fan）具有和倾转螺旋桨一样的优缺点，不过在涵道风扇在倾转过程中，唇部的迎角不断变化，倾转到一定程度时会引起失速，改变飞机的升力分布，带来一定的飞行控制上的困难，同时造成风扇进气的紊乱，美国Doak VZ-4 垂直起降的形式2固定翼（倾转涵道）美国贝

7、尔XV22垂直起降的形式2固定翼（升力风扇）垂直起降的形式2固定翼（升力风扇）如果不倾转涵道风扇，而是把涵道风扇固定在机翼或机身内重心附近，用于在垂直起落时提供升力，在平飞的时候覆盖起来，减少阻力，这就是升力风扇的方案了。垂直起降的形式2固定翼（升力风扇）XV-5 垂直起落研究机，机翼上的盖板可以打开，暴露出机翼内的升力风扇 / XV-5 在悬停中，可以看到机翼上向上折起的风扇盖板，机翼下表面另有百叶窗式的盖板 垂直起降的形式2固定翼（吹气襟翼）倾转发动机、倾转机翼、倾转机身都太兴师动众，不是只要把推力矢量转一个向就成了吗？这就是推力偏转（deflected slipstream，也称升力襟翼

8、，因为特大的襟翼是垂直起落升力的主要来源）的概念。实现起来，把特大号的襟翼放下来，螺旋桨或喷气发动机对着猛吹，襟翼就把推力矢量向下偏转。Ryan 92 VZ-3 是采用升力襟翼的先驱 垂直起降的形式2固定翼（吹气襟翼）Fairchild 224 VZ-5 更进一步，前机身有一个自然的 30 度上仰，进一步增强增升效果，T 形尾顶端后有一个小螺旋桨，用于悬停是辅佐姿态控制 垂直起降的形式2固定翼（坐地式）垂直起降的形式2固定翼（坐地式）最彻底的推力偏转莫过于把发动机直接对着地面，但水平飞行的时候，发动机还是要水平才是，那何不打破飞机水平起飞的常规，让飞机竖立起来，尾巴坐在地上垂直起飞，起飞后再改平呢？由于起飞、着陆时飞机都是机尾冲地，所以称为“坐地”式（tail sitter）。垂直起降的形式2固定翼（升力发动机）Short SC-1 研究机，世界上第一架喷气式垂直起落飞机 / 图中可以看到机背上四台升力发动机的进气门，和机尾垂尾根部的推进发动机进气口 垂直起降的形式2固定翼（升力发动机）以幻影 III 为基础，把 8 台 RB108 两列分组纵向布置在加宽的中机身，前后由