战斗机如何做到垂直起降的？对比两款战机说下原理！

F-35B战机的“三轴旋管喷嘴”和雅克-141战机的旋转喷管非常相似，今天我们就来聊聊F-35B和雅克-141的垂直起降技术。

01

F35战斗机能垂直起降的是F35B型，为了实现垂直起降，采用了发动机喷管向下偏转的模式，再加上升力风扇和调姿喷管来提供足够的升力。

▲F-35B空中悬停

F-35B进行垂直起降的过程相对比较缓慢，这可以被看作是一个进行缓慢动态变化的“悬停”过程，如果F-35B做不到空中短暂的悬停，也就不可能实现垂直起降。

▲F-35B（推力向量）垂直起降动力解剖图

F-35B战斗机一共有四个喷口。机身中轴线上的两个喷口提供主要升力（约91%），机翼下方的两个喷口提供较小推力，用于平衡以及姿态调整。尾喷口喷出的是高温燃气，其他三个喷口喷出的都是冷空气。

F-35B发动机的主喷口向下偏折了90度，提供了竖直方向的推力，其喷出的是经过发动机涡轮的高温燃气。这个尾喷口偏折技术来源于前苏联的雅克141战机。

▲F-35B尾喷口偏折

▲F-35B悬停时尾喷管蠕动过程

F-35B两侧机翼下方的小喷口，是从发动机的低压压气机引气向下喷出。它们提供大约9%的升力，用于平衡和姿态调整，并不是主要的升力来源。

▲F-35B悬停垂直降落

F-35B座舱后部有个竖直圆筒形的物体叫升力风扇。升力风扇自身不能产生动力，它需要一根长长的传动轴连接到主发动机上，由主发动机的低压涡轮带动。

▲F-35B机背的升力风扇和辅助进气口

平飞时，升力风扇与主发动机脱开不工作，主发动机仅用来提供平飞时的向后推力。当垂直起降时，升力风扇上方和下方的盖板打开，离合器将升力风扇与传动轴连接起来，主发动机的低压涡轮功率直接传递到升力风扇上，驱动升力风扇旋转，从风扇上方的进气口吸取空气并喷向下方，提供升力。

▲F-35B复杂的动力系统

直径1.27米的升力风扇是由风扇、涵道、D形喷管、联轴器、作动装置以及伺服系统组成，升力风扇有着超过40度的前后偏转角。在发动机正常工作的状态下，可以将机体上方的空气垂直向下喷出，喷气流量高达230kg/s，从而提供高达90000牛的升力，再加上发动机口下喷，使得悬停时的总推力达到175300牛。

▲F-35B的升力风扇

升力风扇底部有一个VAVB喷管，能对升力风扇产生的升力进行矢量调节，这个组件被整合进飞机结构中，能承受结构载荷，这样做的目的是节省重量，要知道实现短距起飞垂直降落的一个关键因素就是：发动机产生的垂直升力要大于飞机重量。

F-35B在不到3秒的时间里，就能把尾喷管15700磅的水平推力矢量偏转成垂直向下，使总升力达到39000磅，F-35B的垂直升力几乎相当于欧洲台风战机的全加力推力。这惊人的推力矢量能力是普惠公司专为F-35B的推进系统开发的。

▲红外摄影机拍摄F-35B悬停状态

F35支持垂直起降这其中涉及了很多的技术，我国的战斗机也不差，只是在发动机方面还略有逊色，很期待国产战斗机的优异表现。

02

雅克-141是俄罗斯雅克设计局在上世纪80年代末研制的一种超音速舰载垂直起降战斗机，被预定为雅克-38亚音速垂直起降战斗机的后继机。雅克-141是当时苏联航空工业的力作，也是垂直起降战斗机一个里程碑式的设计，将发动机和升力风扇进行了完美结合。

在1967年的苏联航空节上，一种双垂尾的雅克-141战斗机出现，安装升力发动机的窗口可以打开，虽然这仅仅是个模型，但西方为之一震惊，称之为自由式，意思是可以自由飞行，可垂直、短距起落等，但最后雅克-141战机也没有量产。

雅克-141在1987年3月9日首飞，由于苏联解体前夕的经济困难，苏联海军无力继续投资推进该项目，导致雅克-141项目在1991年8月被取消。雅克-141仅制造了4架原型机，其中一架是静力测试机身，一架是动力系统地面测试台，两架是试飞原型机，在试飞期间有一架原型机在垂直着舰时坠毁。

雅克-141没有量产有以下几个原因：

①技术上不过关，故障率太高。雅克-141的两台涡喷发动机启动会排出大量高温气体，有可能吸入主发动机进气道而导致事故，由于雅克列夫设计局始终没有解决，使其在试飞阶段便意外频发。

②经济上，俄罗斯在1991年苏联解体后接手该项目后，发现资金不到位。

③现役俄罗斯空军和海军航空兵对战机垂直起降能力不再要求后，该项目直接停止。

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为了实现垂直起降。雅克-141共安装有三台发动机，其中一台是安装在后机身的R-79V-300升力/巡航主涡扇发动机，加力推力152kN。两台是串列倾斜垂直安装在座舱后方的RD-41升力涡喷发动机，单台推力41.7kN。

在垂直起降时，雅克-141主发动机的三轴承旋转尾喷管偏转向下，改变发动机喷流方向产生垂直升力。同时升力发动机上下舱门打开，升力发动机启动产生升力。和鹞式战斗机一样，雅克-141在翼尖和尾椎上也有用于姿态控制的发动机高压引气喷嘴。

F-35B的垂直起降原理与雅克-141最大的不同是使用一台升力风扇取代了后者的两台升力涡喷发动机，这台升力风扇由主发动机传动轴驱动，由于不产生燃气，所以彻底解决了困扰垂直起降战斗机多年的热废气再吸入问题。

F-35B战斗机的“三轴旋管喷嘴”和雅克-141战斗机的旋转喷管非常相似，以至于有传言说美国F-35B的垂直起降技术，来自于俄罗斯的雅克-141战斗机。

其实这是误传，当年俄罗斯困难的时候，洛克希德公司花了少量资金，换取了雅克-141真实性能数据和部分设计数据，雅克设计局在美国人的一次来访中允许他们研究这些资料，美国人索取这些资料，并不是为了仿制雅克-141，而是为了摸底和评估。

其实，那次访问之前，F-35B的前身X-35B就已经完成了3BSN三轴喷管的设计。而且美国的3BSN三轴喷管技术的研制时间要比苏联雅克-141早20年。

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