垂直和短距起落飛機

垂直和短距起落飛機英文名稱：vertical and short take-off and landing airplane能垂直或接近垂直起飛和著陸的飛機稱為垂直起落飛機。能在很短距離內起飛和著陸的飛機稱為短距起落飛機。垂直起落飛機通常也可短距起落，這時飛機起飛重量可以增加，所以垂直起落飛機常被稱為垂直/短距起落(V/STOL)飛機。能垂直起飛、降落或起飛、著陸距離在300米以內的飛機的總稱。垂直和短距起落飛機是飛機發展的一個方向。

基本介紹

• 中文名：垂直和短距起落飛機
• 外文名：vertical and short take-off and landing airplane
• 對象：垂直起落飛機
• 條件：飛越15米高的障礙

簡介

垂直和短距起落飛機 ：

chuí zhí hé duǎn jù qǐ luò fēi jī

能垂直起飛、降落或起飛、著陸距離在300米以內的飛機的總稱。前者稱垂直起落飛機，後者稱短距起落飛機。主要特點是對飛行場地條件要求低，機動性強，隱蔽性好，但耗油量大、載彈量小。

標準要求

垂直起落和短距起落在國際上還沒有統一的定義。在美國，飛機原地離地後能在15米(50英尺)距離內飛越15米的障礙高度稱為垂直起落；短距起落飛機必須能在150米(500英尺)距離內飛越15米高的障礙。在英國，對短距有不同的理解,認為在150～900米(500～3000英尺)以內飛越15米高的障礙都可算作短距起落。

由來

垂直和短距起落飛機是應軍事和民用需要而出現和發展的。在飛彈核武器以及偵察技術高度發展的現代，機場是一個無法隱蔽的大型戰略目標。一旦爆發戰爭，機場最易受到攻擊。有了垂直和短距起落飛機，就可以減少甚至擺脫對機場跑道的依賴。現代大型民航飛機要求有長達3000米以上的跑道，機場占地面積大且不能緊靠大城市修建，所以不少國家構想用能在大城市中心垂直起落的民用機來提高運輸效率，擴大使用範圍，或者至少採用短距起落飛機使現有的中小型機場得以充分利用。

飛行原理

垂直起落飛機產生升力的辦法有三個，一個是偏轉發動機的噴管，第二種是直接使用升力發動機提供升力，第三個是前兩種辦法的組合，同時使用升力發動機和主發動機。

垂直和短距起落飛機的飛行與常規飛機相同，由固定翼產生空氣動力升力來平衡飛機重力，但起落與常規飛機不同。垂直起落飛機起飛和著陸時不靠機翼升力，而是直接由動力裝置或由動力裝置帶動的旋翼、螺旋槳、風扇產生向上的升力，實現垂直起落。這裡推力不是用來使飛機前飛，而是直接用來克服重力，所以叫推力升力。短距起落與常規起落相似，只是滑跑距離很短,它由高度增升的機翼提供升力,或由推力的垂直分量和機翼共同提供升力。垂直起落飛機能依靠自身的動力保持在空中固定位置上,即空中懸停。因此,垂直起落飛機就能在比其自身尺寸稍大的場地上起飛和著陸。例如可在高層建築的屋頂上或在一般軍艦的甲板上起降，並能完成一系列其他飛機不能完成的飛行動作，如垂直機動、後退飛行、原地轉向等。直升機也能完成這些任務，但垂直起落飛機的平飛速度和航程都比直升機大得多。

垂直起落飛機在起落和過渡飛行時，飛機處於零速或極低速狀態,氣動力操縱面不起作用。因此，它需要用反作用噴氣操縱系統進行操縱，或者用推力升力系統的噴口、多風扇、多升力發動機的不對稱控制進行操縱，常常還要採用自動增穩系統和自動操縱系統，即用自動器來保持平衡和操縱。

垂直起落飛機在超載起飛時可以通過地面滑跑加速，在機翼升力幫助下實現短距起飛。短距起落飛機沒有懸停能力，必須滑跑加速才能起飛。

垂直和短距起落飛機

分類

垂直起落飛機由垂直推力狀態轉為水平推力(巡航飛行)狀態，或由水平推力轉為垂直推力狀態，通常有4種換向方案：①飛機轉向；②動力裝置轉向；③推力轉向；④複合推力。又有4種提供垂直和水平推力的裝置：①旋翼；②推進螺旋槳；③涵道風扇；④渦輪風扇-渦輪噴氣（渦扇-渦噴）。可組成 4×4個組合，從而構成各種垂直起落飛機方案。

短距起落飛機按增升裝置分為三大類：①氣動力增升，②吹氣附面層控制，③動力增升。

垂直和短距起落飛機

部件

旋翼是直升機的典型部件。如果既有旋翼也有機翼，在巡航飛行時主要靠機翼產生升力，旋翼只作為輔助升力面或只作為拉力螺旋槳使用，那就屬於旋翼式垂直起落飛機。

推進螺旋槳是活塞發動機和渦輪軸發動機產生拉力的部件。在早期的垂直起落飛機上曾採用過這種方案。

涵道風扇是裝在套筒(涵道)中的多葉片風扇，又稱升力風扇。它可裝在單獨的短艙中或直接裝在機翼或機身中。有的飛機在涵道進口裝有葉柵。這是一組導向葉片，可以使氣流轉向。在葉柵關閉後構成流線外形。對涵道風扇式垂直起落飛機曾進行過廣泛研究，並製造了試驗機，但都不很成功。

型式

渦扇－渦噴式噴氣推力升力垂直起落飛機是現代垂直起落飛機的主要型式。目前世界上服役的垂直起落飛機有英國的“鷂”式系列，美國的AV-8系列以及俄羅斯的雅克36。俄羅斯還有另外一種編號為雅克141的超音速垂直起落飛機，但是由於沒有經費，並沒有進入工程發展。

垂直和短距起落飛機

製作原理

飛機轉向是轉換推力狀態的簡單解決辦法。起降時飛機處於機頭向上的直立位置，起飛後轉為水平飛行，著陸時又轉為直立位置。 美國1954年研製的XFY-1型垂直起落飛機就採用飛機轉向方案。

在動力裝置轉向方案中，飛機處於水平位置而讓動力裝置轉向。其中旋翼轉向方案是讓旋翼軸轉90°。推進螺旋槳可以單獨轉向或者和機翼一起轉動。 渦扇-渦噴轉向一般都是使整個發動機短艙轉動。

複合推力指使用不同的系統產生垂直推力升力和前飛推力，其中用升力風扇或升力發動機加平飛發動機是這類垂直起落飛機的主要型式。升力風扇、升力發動機在巡航時都不工作，這就增大了飛機的重量，使飛機性能降低。

蘇聯雅克36殲擊機是採用升力發動機和噴口轉向發動機組合布局的一種垂直起落飛機，已於70年代後期服役。

現代短距起落飛機採用動力增升技術，即偏轉(螺旋槳)滑流或偏轉(噴氣發動機)噴流改變推力方向，使其提供部分升力來縮短起降距離。噴流偏轉又分為上翼面偏轉和下翼面偏轉。

雅克-141戰機

	雅克-141戰機是前蘇聯雅克夫列夫飛機設計局設計的世界上第一種超音速垂直/短距起落戰鬥機，原本設計用來替代雅克-38，主要任務是艦隊防空，同時也可以對地面和海上目標實施攻擊。雅克-141於1975年開始設計，1989年開始飛行試驗，原計畫研製工作將在1995年左右全部結束，但由於1991年一架原型機試飛時墜毀，該項計畫中止。雅克-141採用了大量現代飛機的先進技術，甚至打破了許多由“鷂式”創造的垂直/短距起落飛機的世界紀錄，只可惜由於蘇聯解體和俄羅斯的海軍戰略轉變，這種本來很有前途的飛機失去了再次飛上天空的機會，只能靜靜的停在博物館裡供人參觀。
雅克-141戰機

缺點

首先是航程短，由於要實現垂直起落，飛機的起飛重量只能是發動機推力的83%-85%，這就使飛機的有效載荷大大受到限制，影響了飛機的載油量和航程。

同時，飛機垂直起飛時發動機工作在最大狀態，耗油量極大，也限制了飛機的作戰半徑。例如“鷂”式飛機的載重量為1060千克時，作戰半徑只有92公里。所以在實際使用中，“鷂”式飛機儘量使用短距起飛的方式，以延長飛機的航程。因此，垂直起落飛機又稱為垂直/短距起落飛機。另外，由於垂直起落飛機在實戰中，經常需要分散在野外，所以它的維護也非常的困難。

問題

對垂直起落飛機的研究，早在第二次世界大戰後即已開始,曾提出許多設計方案，並建造了不少垂直和短距起落的試驗研究機。其中除個別方案外，大多數垂直起落飛機設計仍處於試驗探索階段。這反映出垂直起落飛機在技術上的複雜性，其中包括：垂直起降（飛機處於零速或極低速狀態）過程中的操縱和穩定問題；複雜的轉向機構使飛機結構重量增加，降低了飛機的性能；如何保證複雜機構和系統的安全可靠性問題；垂直起落所特有的外場使用問題，如向下高速噴流對地面的燒蝕，並引起塵土飛揚；如何降低發動機噪聲等。

特點

飛行場地條件要求低，機動性強，隱蔽性好，但耗油量大、載彈量小。