重塑海軍之矛——我國應及時開展艦載垂直降落飛機的研究

導語：隨著我國海軍從近海防禦向以航母戰鬥群為核心的遠洋進攻型力量轉變，以及美國F-35B型短距起飛垂直降落飛機帶來的衝擊；國內不少方面已經再一次發起了配合全通甲板兩棲攻擊艦研製裝備垂直降落飛機的呼聲。

一：高不成低不就的垂直起降飛機

飛機要克服重力在天空中飛行，需要通過機翼上下表面不同流動速度的空氣產生壓力差形成向上的升力。這迫使飛機起飛和降落需要至少數百米甚至上千米的滑跑距離來進行加、減速，為了擺脫這種對於機場的依賴，使飛機能使用戰時的殘損跑道、甚至只是一塊空地上起飛降落，上世紀60年代歐美和蘇聯對於垂直起降飛機投入了大量的精力進行研究。

圖：米格21的垂直起降飛機

然而不管是採用何種方式，單一發動機推力轉向也好，升力發動機與升力/巡航發動機組合也好，垂直起降飛機都要比普通飛機付出更多的機內空間和死重。特別是在發動機水平很不理想的時期，這種付出的回報簡直可以說是辛酸：在垂直起飛的狀態下，飛機的起飛重量很難做大，攜帶的燃油和武器都非常有限——用飛行員的話說，「甚至飛不出機場圍牆」。

因此有相當一段時間，垂直起降飛機都是非常尷尬的：它們要像普通飛機一樣滑跑6、700米以攜帶足夠燃油和武器升空，偶爾會在降落的時候玩一把垂直定點降落。垂直起降的能力發揮不了，飛行性能又被垂直起降要求嚴重拖累。這種高不成低不就的局面致使垂直起降飛機後來的發展相當的蕭條，各國相關型號數量屈指可數。

二：鷂式戰鬥機的艱難摸索

如果有什麼能形容鷂式戰鬥機系列的話，一定是這樣的評價：在艱難中奮起，在摸索中突破，在戰爭中耀眼。正是通過兩代鷂式戰鬥機的發展和實戰經驗，垂直起降戰鬥機最終找到了合理的使用方式和設計取向，並指引了新一代型號的發展方向——F35B便是其中之一。

圖：鷂式戰鬥機

鷂式在最初的時代顯得相當可笑，正常使用需要6、700米滑跑和垂直起飛就出不了圍牆的評價其實都是來自於這款飛機。雖然發動機推力達到了9.7噸，但是一代鷂式在實際應用中的最大垂直起飛重量僅有7.7噸，攜帶兩枚響尾蛇空空導彈的作戰半徑僅有98公里。如果不是當時蘇聯和西方在中歐邊境重兵對峙，數萬輛裝甲車、坦克，上萬架戰術飛機使得雙方的機場都沒有生存力可言，這樣的飛機恐怕一開始就不會被投入實用化。

鷂式的轉機來自於海洋，它與航母實現了完美的互補。二戰以後英國失去了所有大型的航母艦隊，需要一種造價低廉的新型航母，鷂式這種飛機恰好特別適合於這個用途。航母最為頭痛的永遠是常規飛機的降落，它對航母提出了非常高的要求。試想，在助降系統指引下，一架重量十幾噸，甚至二十噸以上的飛機，用超過200km/h的速度沿著固定飛行軌跡下滑，每秒下降的高度達到7米；當它的的起落架猛烈的撞擊在甲板上，把攔阻鉤掛上攔阻索以後，又要在數十米內停止下來。要做到這些事情絕不容易——也絕不廉價。

先進完善的光學/微波助降系統，對結構特別加固的超大面積甲板，複雜隱藏在甲板下龐大的攔阻系統，這些都是提升航空母艦噸位和造價的關鍵因素。但是對於僅要一塊25x15米空地就可以降落的鷂式，它所需要的僅僅是有限的引導助降和一塊特別增加水冷循環散熱的甲板。鷂式通過降落方式的改變為航母找到了降低成本的出路，而航母又為鷂式提供了起飛性能的巨大改善。

與陸基機場不同，航母是一個可以自由機動的平台。當航母以最大速度航行時形成的甲板風是非常可觀的，這直接降低了飛機所需要的實際起飛速度。在2萬噸排水量長度不超過230米的二戰航母上，通過25節甲板風的輔助，鷂式達到了10.32噸的起飛重量。這使鷂式能夠執行150公里半徑的艦隊防空任務和400公里的攻擊任務，標誌著垂直起降飛機在實用性上獲得了突破。

三：垂直起降戰鬥機的飛躍

並不滿足的英國海軍在1966年進行了代號Ski-jump（高山跳台滑雪）的研究——既然通過跳台人能飛躍，車也能飛躍，那麼飛機就更能飛躍。而且和人、車不同，飛機的滑躍並非一個簡單的拋物運動。翹起的角度會使飛機在滑跑時就形成相應的迎角，提前產生額外的升力；這使得相比平甲板或者陸地起飛，滑躍起飛所需要的速度就低得多。配合甲板風使飛機借用航母的航速，還可以進一步降低所需的起飛速度。

圖：滑躍起飛

通過10年間對多種機型的反覆試驗研究，英國人確認，滑躍對於所有類型的飛機起飛都有不同程度的提升。尤其是垂直起降飛機，本身推重比就相對更高、而且由於矢量推力（或者升力發動機、升力風扇）形成相當大部分的動力升力，效果尤其明顯。相對於造價、維護費用昂貴的彈射器加速技術來說，滑躍甲板增加的費用完全可以忽略不計。

英國先後推出了三代滑躍甲板：上翹角度9度的競技神號航母（改裝後），12度的無敵號，14.5度的皇家方舟號。在無敵號和皇家方舟號上，通過滑躍技術，鷂式的滑跑距離不到原來的1/3。而在發動機推力僅增加2噸的情況下，第二代鷂式的最大起飛重量提升了4.56噸，有效載荷從5.5噸提升到了8.8噸。作為一架空重7噸不到的飛機，二代鷂式最後能以不到130米距離完成14.6噸重量的起飛，這是非常了不起的。

鷂式飛機最終取得了巨大的成功，它與滑躍技術的結合使英國用不到9億英鎊的造價就得到了擁有完整航空作戰能力的小型航母艦隊，並以此贏得了馬島戰爭。相對於預計造價就達到35億英鎊的CAV01航母方案，成本甚至不到其1/4。此後很多國家都引入了鷂式與滑躍起飛的組合，構建起了在各自區域中難以忽視的海上航空武力：包括義大利、西班牙、印度等等國家。

然而公平的說，鷂式與滑躍組合的輝煌，在很大程度上是因為鷂式找到了正確的使用方式和配套的輔助系統，並非見得技術上就多麼先進突出——蘇聯的失敗，正是一面絕好的鏡子。

四：蘇聯垂直起降戰鬥機的失敗

拋開驗證機不談，蘇聯主要發展了兩代垂直起降戰鬥機，雅克38和雅克141。雅克38與鷂式研製時間、重量和尺寸也差不多，連主要用途都差不多：都是艦載機用途為主。

相較於鷂式，雅克38的垂直起飛性能要好一些。鷂式的飛馬發動機在當時來說推比很高，而且是特殊的4分叉偏轉噴口，研製難度可以說不亞於在60年代研製一款三代戰鬥機用的推比8發動機。蘇聯沒有走鷂式的單一發動機推力轉向路線，而是使用了壽命很短，但是推比很高的專用升力發動機和帶轉向噴管的升力/巡航發動機組合。在和鷂式空重基本相同的情況下，雅克38可以做到9.8噸左右的實用最大垂直起飛重量，帶兩枚近距格鬥導彈的作戰半徑達到195公里。

圖：雅克38的動力系統示意圖

但是在短距起飛上，雅克38受到諸多因素，包括這一階段主要的升力來源主要是發動機，不允許較大迎角，甚至是刻板的使用條令等方面的限制；使得它在加速過程或者甲板風中機翼形成的升力補充比較有限，也不能使用滑躍技術進行輔助。這些問題使得後來的雅克38M在空重接近8噸的情況下最大起飛重量也只有12.5噸，幾乎要五架雅克38的作戰效能才能與一架二代鷂式媲美。雅克141毫無自覺的繼續走上了邪路，這款擁有18.2噸垂直推力的飛機，起飛重量最大僅有不到20噸。

雅克38面對鷂式，失敗的主要方面並不在具體的技術上，而是失敗在於整個設計思想。英國的航母艦隊雖然廉價，但仍然是真正的航母艦隊，飛機才是航母的主要武器。圍繞著這一點，英國通過各種各樣的手段來提升飛機的能力——允許更長的滑跑距離、藉助甲板風、採用滑躍甲板設計。而在蘇聯，雅克38僅僅是載機巡洋艦上的一個附屬物，這種邊緣化的定位使得本身就非常特殊的垂直起降飛機根本無法發揮自身的性能潛力。

五：F35B的選擇和對我國的啟示

由於總體設計來自於上世紀60年代，鷂式有不少缺陷是難以克服的：欠缺高速飛行能力，只能以亞音速飛行；發動機推力限制了飛機的噸位，輕型戰鬥機的攻擊能力始終較為有限。這使得一些胸懷大志又眼高手低的大國來說，鷂式和輕型滑躍航母的組合雖然性價比極高，但因為性能上無法與真正攜帶能超音速飛行的中型、重型常規艦載戰鬥機的航母系統（比如美式系統）相抗衡，所以最終難入法眼。

圖：F35B正在進行垂直降落

而這一局面很快就被F35B徹底打破。作為鷂式的主要用戶之一，美國海軍陸戰隊（USMC）有著豐富的垂直起降飛機使用乃至於實戰經驗。在他們的主導下，F35B放棄了雞肋的垂直起飛能力要求，只要求短距起飛/垂直降落。總體設計方向上的明確取捨，極大的優化甚至可以說是解放了飛機的載荷能力；依託19噸的發動機推力以及比鷂式先進了數十年的氣動力學設計，即使是不需要滑躍的輔助，F35B一樣能夠在短距起飛模式下以25噸的重量起飛。

在飛行性能上，F35B並不出色，僅僅是保證了三代機中游不到的機動性水平和超音速飛行能力。但這點代價與獲得完整的隱身攻擊能力相比完全不值一提：F35B擁有攜帶2枚重型精確制導炸彈和2發中距導彈的內置彈倉。

接近傳統重型戰術飛機的攻擊能力，三代機的飛行性能，四代機的隱身性能。當這些要素集中在一款垂直降落飛機上，2-4萬噸級軍艦的平台能力立刻發生了翻天覆地的變化。不需要複雜昂貴的高級引導助降系統、攔阻系統，不需要特別加固的甲板結構，廉價的輕型航母、兩棲攻擊艦、甚至是臨時改裝成全通甲板的民用高速貨船，都可以通過10-20架F35B實現超過傳統中型航母的作戰威力。

圖：黃蜂兩棲攻擊艦

例如美國黃蜂級那樣4萬噸左右的兩棲攻擊艦，一次可以搭載超過30架通用直升機和6架F35B，形成極其可觀的兵力投送能力；如果偏重於攻擊任務的話，一次可以搭載18架左右的F35B。不論在任何地方，這都是一隻不容忽視的強悍力量。

我國已經確立了發展重型航母，搭載具備超聲速巡航能力、內置隱身反艦武器的重型四代艦載機的發展路線。面對現階段質量和規模都絕非我國可以望其背項的對手，這個路線是我國未來在海洋軍事對抗中形成、佔據局部優勢的唯一選擇，是不容置疑的。在可以預見的未來內，我國必須竭盡全力將所有的的重型航母全部投入到與對手航母群對抗中，才能完成徹底阻絕對手的艦載航空兵遠程干涉、打擊我國東南沿海地區的可能性。在這種能力實現之日，我國才真正具備了打破戰時島鏈封鎖、武力統一大型島嶼的基礎可能性。

新一代垂直降落戰鬥機的出現，將對下一階段我國海洋軍事力量建設起到極為重要的補充作用。它不僅能在航母群不需要分心他顧的情況下，極大加強我國的兩棲攻擊、登陸作戰能力；在和平時期作為海上的機動戰略支點，也能極大加強我國對爭議海域的控制能力。在國際環境越來越嚴峻複雜的今天，開發新型艦載垂直降落飛機的需求已經顯得相當迫切。

六：我國的新一代垂直降落飛機的可能性初窺

F35B指出了新一代垂直降落飛機的合理功能要求，但並不意味著我們一定要全盤抄襲F35B，國情不同，F35B上我們抄不來、也不適合我們抄的東西都很多。反而是俄羅斯的雅克141雖然已經停止了發展，但很多技術仍然值得借鑒和引進。

由於隱身和攜帶內置重型武器的必須性，新型垂直降落飛機必須是與F35B噸位相當的重型飛機。這就意味著如果採用單一發動機的話，推力必須要超過18噸；即使是採用輔助的升力發動機，主發動機的推力也必須要超過15噸。

F35B採用單台發動機，短距起飛時依靠噴管偏轉和引出動力驅動的升力風扇產生額外的動力升力。這種設計對於發動機的製造水平要求極高，絕非我國可見未來內可以做到。基於我國已有的歷史規律，將希望寄托在渦扇15的突然成熟上一樣是極不可靠的。唯一可行的途徑，只能是先從俄羅斯引進雅克141的R-79升力/巡航發動機和RD41升力發動機。

圖：雅克141的動力系統

在飛機機體的研製上，我國目前有比較強的能力，隱身和內置彈倉不會成為難以克服的障礙。具體到布局的選取，常規布局、鴨式布局、甚至是無尾布局都是具有可行性的。但是垂直起降飛機的特殊之處在於動力系統比常規飛機要複雜很，它的液、氣管路更多，而且在飛機內的分布更廣——比如為了保證飛機垂直起降時的平衡，就要通過兩根管道引流高壓氣體從兩側翼尖的位置向下噴出進行控制，有時候還要在機頭（X-32）和機尾（雅克38）也採取同樣的設計。

圖：鴨式布局的垂直降落飛機

因此如果是在引入雅克141的動力系統上開始研製新型飛機的話，和雅克141更為接近的常規布局方案，也就是採用升力發動機的山寨F35B路線，將會獲得明顯的工程優勢——這對於方案競爭意義非常重大。但是由於內置重型武器的彈倉會明顯加大機身截面積，因此這種方案就算使用新的氣動技術，採用加大飛機長細比的優化設計等措施，超音速飛行能力較最大速度M1.7的雅克141有明顯減低是不可避免的。就其他方面來說，這個方案也很難獲得與F35B對等的性能；相似的技術路線會最大程度的暴露國家之間的工業能力差距，這是鐵律。

在美國的新一代垂直降落飛機發展歷程中，無論是CALF項目階段還是後來的F35系列布局選型中都出現過性能期望值較高的鴨式布局方案。CALF項目被中途合并，F35系列由於存在多個噸位、尺寸不同的型號需要在高度通用化的前提下進行協調，鴨式布局的技術路線無論是工作量還是難度都要大幅高於常規布局，因此必須放棄。

但對於我國來說，這種掣肘並不存在；而鴨式布局雖然沒有工程優勢，但性能優勢很明顯：對於機身中部設計大型彈倉的單發飛機來說，鴨式布局設計能在面積分布相當大幅度的降低跨、超音速阻力。其次，全動鴨翼的鴨式布局天生具有最強悍的短距起飛能力，JAS39和殲10都是動力比較孱弱的戰鬥機，但它們的短距起飛能力會使每一個看過飛行表演的人都印象深刻。

各種方案之間，彼此互有工程、性能上的優劣；幾個設計單位之間，彼此互有能力、行政上的強弱。對於這個我國尚未形成統一認識的領域，斷言未來型號的具體情況為時尚早；不過筆者估計一旦完成方案競爭，獲得正式的國家立項，並且發動機引進順利的話，從立項起4年以內完成新型垂直降落飛機的驗證機首飛應該是可行的。