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雅克-141垂直起降探秘


□ 马世强

  有消息称中国正与俄罗斯有关方面商谈转让雅克-141设计技术,这引起了航空爱好者的极大关注,网络上关于是否有必要引进这种飞机的贴子点击很高。雅克-141是一种可以搭载在航母上的垂直起降战斗机,拥有这种飞机也就意味着可以顺利解决航母问题,也许这就是网友们对雅克-141兴趣非常高的主要原因。通常认为苏联人的航空技术要远逊于西方,但雅克-141的飞行性能却要远远超出大名在外的“鹞”式飞机。它不但能够垂直起降,而且能够实现超声速飞行,最大飞行速度甚至能达到1 800千米/小时,这不能不使人对雅克-141另眼看待。可惜的是由于时局和其他方面的原因,使这种极具有发展潜力的战斗机没有得到进一步发展,半路夭折的悲剧色彩也使其披上了一层神秘的色彩,这也是人们对其非常感兴趣的另一原因了。
  雅克-141为什么能够在技术不如西方的情况下达到比较高的战术技术水平呢?究其原因,原来和其独特的升力产生布局有关。英国人的“鹞”式飞机能首先投入使用,和他们有“飞马”发动机有很大关系。要造出一架能飞的东西来苏联早就做到了,雅克-36的原型机“自由画”虽然采用的是两台发动机,但原理是一样的,都是属于用主发动机既产生升力也产生推力的类型,但随后的发展型雅克-38就与之有相当大不同了。由于没有大功率发动机,只能是采用升力发动机加升力/巡航发动机的方案,在当时这种方案看上去要比采用单发动机的“鹞”式在技术上更困难,因为前后两台发动机的平衡就是相当麻烦的。“鹞”式飞机让一台发动机产生升力,通过四个接近飞机重心的喷口主生升力,基本上不存在发动机功率调节的问题,而雅克-38采用的两台升力发动机和一台升/推发动机共同产生升力。由于升力发动机和升/推发动机产生的升力分别处于飞机的前部和后部,是远离飞机重心的,这就带来了相当严重的升力平衡问题。为保证安全,雅克-38在垂直起降时前后升力必须保持平衡,在向零速状态向前飞行时或由前飞减速到零速状态时,还必须根据当时的气动力变化,调节前后发动机的推力和推力角度,这就给发动机转速的控制提出了很高的要求。从录像可以看出,雅克-38在过渡飞行时非常费时。它必须在垂直起飞到可以向前飞行的一段时间中先“稳稳神儿”,使前后发动机的工作状态非常稳定后才能向前飞,不像“鹞”式飞机过渡飞行那么顺利、迅速。后来的雅克-141尽管在发动机控制技术上有所进步,但在这个问题上也没有得到实质性的进步。
  不过雅克-38和雅克-141的升力发动机与升推发动机的组合布局也有优点,就是飞机的总体布局要比“鹞”式更合理一些,机身外形更为符合气动要求,高速飞行的潜力也大许多,只要解决前后发动机的调节问题,这种布局将更有前途。据雅克设计院的人估计,雅克-36M在高空速度也能达到2000千米/小时。如果真是这样,肯定会让不少人大跌眼镜的。通常认为雅克-38和雅克-141在采用“升力发动机/主发动机”布局后,升力发动机的死重将严重影响飞机的性能。其实对于垂直起降战斗机来说,由于要强调比较高的飞行速度,飞机的外形和体积问题对飞机性能的影响更大。“鹞”式飞机为了实现利用单台发动机升空的目的,发动机的推力就必须足够大,大推力意味着发动机的直径也大,而且还必须安装在飞机重心处。但这里还要安装机翼梁结构和布置起落架,三者挤在一起更增加了机身迎风面积,使得“鹞”式飞机形成中间粗两头细的形状,根本不符合面积要求,再加上四个可转喷管突凸出机身两侧,使飞行阻力大增。其后果是发动机推力要远远高于雅克-38的升/推发动机,但最大速度却远远低干后者,刚刚接近声速。从工程设计的意义上讲,“鹞”式的布局便于设计者设计出一架能够安全垂直起降的战斗机,但不利于在以后的发展中继续提高性能,而雅克系列只要跨过发动机推力调节的门槛,则剩下的问题更容易解决。
  雅克-141是在雅克-38的基础上发展的,它保持了雅克-38的升力发动机与升/推发动机共同产生升力的布局,但在升/推发动机推力转向上采取了革命性的变化。雅克-38的升/推发动机的喷管与“鹞”式一样,都是通过“裤衩形”燃烧喷管两头的旋转喷口实现推力转向。这种结构的喷管长度短,推力损失大,喷管突凸出两侧机身,飞行阻力大。雅克-141取消了原来的喷管结构,采用了与常规喷气发动机一样的“直通”喷管形式,基本上克服了原来的缺点。机身采用向后面两侧伸出的尾撑结构,这样既适应了发动机必须往前安装的需要,又满足了垂直尾翼和水平尾翼需要足够操纵力臂的要求。
  那么怎样完成推力的转向呢?原来这个“直通”喷管是用四节两头都斜切的圆管通过联接环联接到一起形成的。两头都斜切的圆管是一边高一边短,水平飞行时圆管的短边对应另一节圆管的长边,而在垂直起降时通过圆管之间的相互转动使短边都对应在一起,就能使喷管总体上产生偏转效果。更为重要的是这种喷管的长度可以接近甚至达到常规喷管的长度,可以比较方便地采用加力燃烧的方式来进一步提高发动机的推力,估计雅克-141的喷管可以在发动机核心不变的情况下使推力增加20%以上。正是由于采用了这种用四节圆管组成的可偏转喷管,再加上机身后部更适合高速飞行,雅克-141不但外形与雅克-38有了很大不同,飞行性能和作战效能方面也有很大提高。
摘自:航空知识  
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