戰斗機如何做到垂直起降的，兩款戰機對比說下工作原理！

F-35B戰機的“三軸旋管噴嘴”和雅克-141戰機的旋轉噴管非常相似，今天我們就來聊聊F-35B和雅克-141的垂直起降技術。

01

F35戰斗機能垂直起降的是F35B型，為了實現垂直起降，采用了發動機噴管向下偏轉的模式，再加上升力風扇和調姿噴管來提供足夠的升力。

▲F-35B空中懸停

F-35B進行垂直起降的過程相對比較緩慢，這可以被看作是一個進行緩慢動態變化的“懸停”過程，如果F-35B做不到空中短暫的懸停，也就不可能實現垂直起降。

▲F-35B（推力向量）垂直起降動力解剖圖

F-35B戰斗機一共有四個噴口。機身中軸線上的兩個噴口提供主要升力（約91%），機翼下方的兩個噴口提供較小推力，用于平衡以及姿態調整。尾噴口噴出的是高溫燃氣，其他三個噴口噴出的都是冷空氣。

F-35B發動機的主噴口向下偏折了90度，提供了豎直方向的推力，其噴出的是經過發動機渦輪的高溫燃氣。這個尾噴口偏折技術來源于前蘇聯的雅克141戰機。

▲F-35B尾噴口偏折

▲F-35B懸停時尾噴管蠕動過程

F-35B兩側機翼下方的小噴口，是從發動機的低壓壓氣機引氣向下噴出。它們提供大約9%的升力，用于平衡和姿態調整，并不是主要的升力來源。

▲F-35B懸停垂直降落

F-35B座艙后部有個豎直圓筒形的物體叫升力風扇。升力風扇自身不能產生動力，它需要一根長長的傳動軸連接到主發動機上，由主發動機的低壓渦輪帶動。

▲F-35B機背的升力風扇和輔助進氣口

平飛時，升力風扇與主發動機脫開不工作，主發動機僅用來提供平飛時的向后推力。當垂直起降時，升力風扇上方和下方的蓋板打開，離合器將升力風扇與傳動軸連接起來，主發動機的低壓渦輪功率直接傳遞到升力風扇上，驅動升力風扇旋轉，從風扇上方的進氣口吸取空氣并噴向下方，提供升力。

▲F-35B復雜的動力系統

直徑1.27米的升力風扇是由風扇、涵道、D形噴管、聯軸器、作動裝置以及伺服系統組成，升力風扇有著超過40度的前后偏轉角。在發動機正常工作的狀態下，可以將機體上方的空氣垂直向下噴出，噴氣流量高達230kg/s，從而提供高達90000牛的升力，再加上發動機口下噴，使得懸停時的總推力達到175300牛。

▲F-35B的升力風扇

升力風扇底部有一個VAVB噴管，能對升力風扇產生的升力進行矢量調節，這個組件被整合進飛機結構中，能承受結構載荷，這樣做的目的是節省重量，要知道實現短距起飛垂直降落的一個關鍵因素就是：發動機產生的垂直升力要大于飛機重量。

F-35B在不到3秒的時間里，就能把尾噴管15700磅的水平推力矢量偏轉成垂直向下，使總升力達到39000磅，F-35B的垂直升力幾乎相當于歐洲臺風戰機的全加力推力。這驚人的推力矢量能力是普惠公司專為F-35B的推進系統開發的。

▲紅外攝影機拍攝F-35B懸停狀態

F35支持垂直起降這其中涉及了很多的技術，我國的戰斗機也不差，只是在發動機方面還略有遜色，很期待國產戰斗機的優異表現。

02

雅克-141是俄羅斯雅克設計局在上世紀80年代末研制的一種超音速艦載垂直起降戰斗機，被預定為雅克-38亞音速垂直起降戰斗機的后繼機。雅克-141是當時蘇聯航空工業的力作，也是垂直起降戰斗機一個里程碑式的設計，將發動機和升力風扇進行了完美結合。

在1967年的蘇聯航空節上，一種雙垂尾的雅克-141戰斗機出現，安裝升力發動機的窗口可以打開，雖然這僅僅是個模型，但西方為之一震驚，稱之為自由式，意思是可以自由飛行，可垂直、短距起落等，但最后雅克-141戰機也沒有量產。

雅克-141在1987年3月9日首飛，由于蘇聯解體前夕的經濟困難，蘇聯海軍無力繼續投資推進該項目，導致雅克-141項目在1991年8月被取消。雅克-141僅制造了4架原型機，其中一架是靜力測試機身，一架是動力系統地面測試臺，兩架是試飛原型機，在試飛期間有一架原型機在垂直著艦時墜毀。

雅克-141沒有量產有以下幾個原因：

①技術上不過關，故障率太高。雅克-141的兩臺渦噴發動機啟動會排出大量高溫氣體，有可能吸入主發動機進氣道而導致事故，由于雅克列夫設計局始終沒有解決，使其在試飛階段便意外頻發。

②經濟上，俄羅斯在1991年蘇聯解體后接手該項目后，發現資金不到位。

③現役俄羅斯空軍和海軍航空兵對戰機垂直起降能力不再要求后，該項目直接停止。

為了實現垂直起降。雅克-141共安裝有三臺發動機，其中一臺是安裝在后機身的R-79V-300升力/巡航主渦扇發動機，加力推力152kN。兩臺是串列傾斜垂直安裝在座艙后方的RD-41升力渦噴發動機，單臺推力41.7kN。

在垂直起降時，雅克-141主發動機的三軸承旋轉尾噴管偏轉向下，改變發動機噴流方向產生垂直升力。同時升力發動機上下艙門打開，升力發動機啟動產生升力。和鷂式戰斗機一樣，雅克-141在翼尖和尾椎上也有用于姿態控制的發動機高壓引氣噴嘴。

F-35B的垂直起降原理與雅克-141最大的不同是使用一臺升力風扇取代了后者的兩臺升力渦噴發動機，這臺升力風扇由主發動機傳動軸驅動，由于不產生燃氣，所以徹底解決了困擾垂直起降戰斗機多年的熱廢氣再吸入問題。

F-35B戰斗機的“三軸旋管噴嘴”和雅克-141戰斗機的旋轉噴管非常相似，以至于有傳言說美國F-35B的垂直起降技術，來自于俄羅斯的雅克-141戰斗機。

其實這是誤傳，當年俄羅斯困難的時候，洛克希德公司花了少量資金，換取了雅克-141真實性能數據和部分設計數據，雅克設計局在美國人的一次來訪中允許他們研究這些資料，美國人索取這些資料，并不是為了仿制雅克-141，而是為了摸底和評估。

其實，那次訪問之前，F-35B的前身X-35B就已經完成了3BSN三軸噴管的設計。而且美國的3BSN三軸噴管技術的研制時間要比蘇聯雅克-141早20年。