飞机自问世以来,在战争的强力牵引下,从双翼机到单翼机,从螺旋桨到喷气式发展迅速,但一直存在一个巨大的局限,就是其起飞与降落必须依赖于跑道。第二次世界大战中后期德国已基本丧失制空权。在盟军空军的轰炸下,德国几乎所有的机场都陷于不同程度的瘫痪或半瘫痪状态。
在此状况下,德国人迫切需要一种不需要跑道,在任意地点就能起飞的全新概念战斗机。为此德国巴赫姆公司很快便拿出一个代号BA的垂直起飞截击机方案。
该方案充满想象力的起降方式,在当时令许多人匪夷所思。整架战机如同现代运载火箭一样,发射前竖立固定在24米高的发射架上,由助推火箭将他送上天空。起飞约10秒后燃烧完的助推火箭脱离,飞行员接管控制权。BA并不具备正常着陆功能,完成任务后战机会一分为二,飞行员跳伞逃生,而带有发动机的后部机身则利用降落伞着陆,保证宝贵的发动机可以再次利用。
BA虽然利用火箭实现了飞机的垂直起飞,但并没有解决垂直降落的难题,因此还称不上是真正意义上的垂直起降飞机。
上世纪60年代,东西方冷战越演越烈。联邦德国位于华约、北约两大军事集团对峙的最前沿,一旦爆发战争,其所有机场必然首当其冲,成为苏联战术核武器的摧毁目标。为汲取二战中的惨痛教训,联邦德国国防部启动了一个“无跑道空军计划”,并于年秘密组织相关企业研制垂直起降战斗机、攻击机甚至运输机。
经过一番艰苦努力,由海因克尔梅塞施密特两家企业联合打造的VJ垂直起降战斗机终于在年成功实现了首飞,成为全球第一款速度超过音速的垂直起降飞机。
垂直起降战机最关键也是最难的技术,就是其动力系统。VJ采用的是轻转发动机喷气构型,这种构型利用转动发动机舱来改变推力方向,从而实现巡航和起降时的推力转型。该机起飞时机身前部两台升力发动机全开,可转向发动机短舱垂直向下喷气。当机体腾空而起升到一定高度后,发动机短舱转向水平方向,升力发动机关闭,依靠发动机短舱进行常规飞行。
但这种构型的飞机有两个最严重的问题,其一,在当时的技术条件下,发动机推重比变化不大,如推力增加必然导致发动机重量上升,由此一来机翼结构必须进一步加强,同时发动机转动惯量增大,也使得控制更加困难,并且要消耗更大的控制功率。其二,发动机推力增加还将导致尺寸的增大,而飞机即使采用上单翼留给发动机转动的空间也是相当有限。这两个因素直接限制了这类飞机采用更大推力发动机。该项目最终在上世纪70年代初宣告下马。
越南战争期间,直升机被大量使用。直升机虽然可以在复杂的地形环境中垂直起降,但由于涉及技术原理的局限,在飞行速度与高度上无法与喷气式飞机相抗衡,因而只能执行运输任务或支援地面部队,根本无力承担夺取制空权的任务。
世界上真正在垂直起降战斗机领域实现突破的是英国。年,英国的布里斯托尔航空发动机公司与克尔韦伯合作推出一个全新的推力矢量构型技术方案,并在该技术方案的基础上研制成功飞马发动机。
推力矢量构型是利用改变发动机喷口方向,从而产生矢量推力,满足起降和巡航时不同推力方向的要求。其设计核心思想仍然是增大发动机能量利用率。实际上相对于轻转发动机构型,推力矢量构型要付出一定的发动机安装推力下降的代价,但同样可以将全部推力用于起降或巡航,并且实现推力转向的代价,重量消耗功率等较小。
此外,推力矢量使得飞机的过渡飞行相对简单,对于推力矢量构型来说由于垂直起降的关键都集中在发动机上,因此这类飞机的机体设计接近常规,飞机难度相对下降。除了进气系统,飞马发动机设有四个喷口,都在机身两侧,而且可以转动。
当喷口向下时,产生的推力可使飞机垂直上升。当喷口向后时,产生的推力推动飞机前进,飞行员调整喷口的方向和角度,便可改变飞机的飞行姿态。后来的事实证明,飞马发动机是P取得成功的关键。
P试验机由英国霍克飞机公司和布里斯托尔航空发动机公司联合研制。这种飞机研制厂商和发动机研制厂商之间的紧密合作是P成功的又一个重要原因。霍克公司将P定义为一种比猎人攻击机略小、载弹量相当、作战半径更大,能以高亚音速进行低空突防的战术支援攻击机。
年10月,第一架P原型机进行气流悬停,随后又进行了自由悬停和常规试飞。年9月,第二架原型机换装推力60千牛公斤飞马发动机,并首次完成悬停到向前飞行的过渡。年9月12日,P进行了首次全过渡飞行,这是P发展历程上的一个里程碑。
P垂直起降验证机引起美国人的极大兴趣。美国、英国、联邦德国于年初决定一起对P改进型服役的可能性进行评估,并因此成立了三国评估中队。年1月16日,各方在巴黎达成最终协议,采购九架改进型P,费用由英国、联邦德国和美国均摊。
年3月7日,首架三国联合改进型飞机是为年11月P评估型被重新命名为“茶隼”。年2月,改进型茶隼加入一线部队,并被正式命名为“鹞”式垂直起降战斗机。年4月,“鹞”式开始装备英国。
鹞式战斗机是世界上第一种实用型垂直短距起降飞机。鹞式飞机采用一台两侧进气的飞马发动机,四个可旋转零度到98.5度的矢量推力喷管位于机身中部提供垂直起落过渡飞行和常规飞行所需的动升力和推力。机翼翼尖机尾和机头有喷气反作用喷嘴用于控制飞机的姿态和改善失速性。
鹞式具有两套飞行控制系统,一套用于常规飞行的控制,另一套用于利用推力升力低速飞行时的控制。
鹞式具有中低空性能好、机动灵活、分散配置、随同战线迅速转移等优点,在其后的岁月中,鹞式战斗机发展出了一系列的改进型号,装备鹞式除了英国外,还有美国、西班牙、意大利、泰国、印度、津巴布韦等国。年8月20日,英国在鹞式GR3的基础上研制的舰载机试飞成功,便被命名为海鹞。
海鹞和鹞式不同的地方是海鹞改用飞马MK发动机,驾驶舱抬高28厘米,以便有度视野。垂直尾翼加高了10厘米,以求增加稳定机头,加装蓝湖雷达。机身的防腐蚀和防海水侵入也比GR3强。
年,英阿马岛战争爆发,海鹞携带美国AMM9空空导弹,从无敌号和竞技神号航母上出动,击落阿根廷“超级军旗”,法制“幻影”在内各型战斗机二十一架,阿根廷空军飞行员恐惧的把海鹞战斗机称为“空中黑色魔鬼”。
海鹞首战一战成名,但有一个问题却很少有人注意到,或者是有意回避。舰载机的主要任务是保卫舰队自身安全,海鹞空战成绩虽然不错,但却无法拦截阿军机群突入舰队内层近距离,结果是考文垂号驱逐舰、谢菲尔德号驱逐舰、羚羊号护卫舰、热心号护未舰、格拉海德爵士号登陆舰被击沉。格拉斯哥号驱逐舰、亚尔古号护卫舰、特里斯特姆爵士号登陆舰、安特里姆郡号驱逐舰、格拉摩根郡号驱逐舰、普利茅斯号护卫舰被重创。
英国舰队惨痛的损失暴露出海鹞的粮大弱点。其一,缺乏早期预警,海鹞没有一次利用机载雷达探测到目标实施主动拦截。所有的拦截都是在舰载雷达引导下进行。其二,缺乏高速飞行能力,这是垂直起降飞机先天性先天性弱点。还有作战半径小,载弹量小,另外还有不能载弹降落的痛点。
进入80年代,精确制导弹药大批装备价格动辄数十、上百万美元。年1月17日,以美国为首的多国部队对科威特和伊拉克境内的伊拉克军队发动沙漠风暴行动。美军装备的AV8B鹞式战机先后出动了三千余架次给伊拉克的地面装甲部队及许多高价值的目标予以毁灭性打击。
年12月15,英国皇家空军的最后16架鹞式战斗机在空中组成漂亮的编队,向公众做最后的展示。
鹞式作为世界上第一种垂直短距起降飞机虽然已经渐渐淡出人们的视野,但只要一提起垂直起降战机,人们首先想到的还是鹞式。鹞式在战机垂直起降上的大胆创新与实践,对世界航空史来说无疑是一笔极为宝贵的财富。