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作品:马世强之垂直起降战斗机

http://jczs.sina.com.cn 2006年09月08日 20:23 新浪军事
作品:马世强之垂直起降战斗机

效果图1

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作品:马世强之垂直起降战斗机

效果图2

  马世强

  垂直起降战斗机

  设计思想和使用思想对垂直起降落战斗机的影响非常大,鹞式飞机通过短距滑跑起飞克服了垂直起降重量受限制的缺陷,因此采用短距起飞垂直降落是未来STOVL飞机设计思想
的一次革命!本方案就是根据这种设计思想提出的。

  到目前为止,几乎所有的实用垂直起降战斗机都是采用可转动的发动机喷管来实现发动机的推力转向,从满足作战需要看,类似于F—35和雅克141的组合升力方式是目前为止能够满足垂直起降和高速飞行的最好方案选择,只是这种设计在机身前部安装了大直径风扇或两台升力发动机,既占据了机身宝贵空间,也增加了飞行时的死重, F—35B采用了一个直径达1。2米的升力风扇,严重影响了F—35B的整体布局。对于雅克—141和F—35来说,采用的轴对称两节或三节式偏转喷管结构都比较复杂,重量也比较大,也不便于采用对提高战斗机性能非常重要的矢量操纵技术。

  考虑到现有垂直起降战斗机的设计特点,本方案提出了一种新的垂直起降战斗机方案,其特点是在采用了主

发动机与辅助升力发动机组合方案的基础上,又增加了主发动机偏转设计,既让主发动机在起飞降落时能相对于机身偏转,用发动机的整体偏转来实现推力和升力之间的转换,这样既能克服升力发动机占据空间较大的缺点,又能充分发挥主发动机的升力发挥,同时又能避免采用结构复杂的三节轴承式喷管,还可以采用矢量喷管,从而能使垂直起降战斗机的性能和效费比提高到一个新的水平。

  该方案的发动机安装在一个加强的可偏转框架中,后者再通过一个安装转轴与飞机机体联接,在后机身的上面和下面分别为发动机的偏转留出两个大开口,当需要起飞时,发动机在液压作动器作用下,偏转成垂直状,这样就可以把发动机的推力转换成支撑飞机重力的升力,为平衡主发动机的升力,在驾驶座舱的前面设置了一台小尺寸的升力发动机。和现有方案相比,由于主发动机是整体偏转的,并且偏转后使发动机重心后移,其升力作用点就要比现有方案更靠近飞机的垂直起降时的重心,因此前面的升力发动机推力比较小也能起到平衡作用,从图中可以看出,由于平衡升力发动机离重心较远,大约是主发动机离重心距离的四倍,因此升力发动机的推力为主发动机的四分之一就足以达到平衡的目的。为控制主发动机离飞机重心的距离,还可以采用前收起落架设计,这样在垂直起降时由于发动机的偏转和起落架的后放,可以使飞机重心向后移动一段距离。F—35B升力风扇能产生七吨左右的升力,几乎与主发动机推力相等,而本方案就可以采用推力为一吨多的发动机或风扇,这样就可以有效控制飞行中的前升力装置死重及所占空间了。

  如果在喷口处安装矢量装置,只要再适当增加发动机的上偏角度和前移发动机的偏转轴,让喷口尽量靠近飞机重心,则还可以利用矢量喷口的偏转作用使发动机推力通过飞机重心,这样也就可以取消前面的升力平衡装置了。

  为了给飞机的矢量控制喷口提供喷射气流,可以在主发动机偏转轴附近设置一个气流引出管道,由它将飞机零低速飞行时所需要的操纵喷气流引导到两端机翼和机首及尾部的喷管中。从图中可以看出,发动机偏转后进气口的位置提高了,这对于防止废气吸入有很大好处,因此该方案的起飞重量也要比现有方案大一些。唯一不足的是发动机偏转后,喷口离地面的距离太近,发动机的喷流会对起飞降落场地造成损害,对起落架机轮也会有损害,会影响该机的使用灵活性,不过这种方案如用作舰载战斗机,则这个缺点就算不了什么了,为了克服这方面的缺点,可以考虑为这种战斗机配备专用的起飞平台,该平台采用燃气导流栅道,可以将发动机排出的废气排到舰尾外。

  此方案的缺点是机身上下大开口,必须付出相当大的结构加强增重,但和采用大升力发动机占据机身宝贵空间的方案相比,还是这种方案更有利于克服垂直起降战斗机的弱点。从整体上看,机身更为紧凑可以节省不少重量,再加上取消三节轴承式喷管所节省的重量,因此在同样比较条件的情况下,这种方案还是要比F—35的布局付出的重量代价小许多。为了尽可能地减少机身大开口带来的机身结构重量增加,在飞机主体设计上应采用下单翼、布局,这样主发动机的偏转就可以避开机翼的主要受力部件。为尽量减少结构增重,机身上下开口盖的结构设置在发动机上,这样当发动机偏转成水平状后,只要用专门的锁紧装置把口盖锁住,就可以完成发动机的固定,也有利于发动机偏转成水平后所产生的推力能更好地传递到机身结构上去。

  由于机体阻隔,会影响发动机在偏转时的进气,为此在上机身开口前还可设置辅助的进气口,利用结构之间的空挡进气,不会影响结构强度。做为舰载战斗机,可以通过采用水平起飞垂直降落的使用原则来避开这个缺点。

  未来飞行器设计大赛评委会;下面是本人关于未来飞行器的一种设想方案,还希望能得到评委们的好评。方案说明书后面还有约六千字关于飞行航母战术技术及必要性的描述,仅供评选时参考。

  相关专题:中国创新杯第二届未来飞行器设计大赛

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