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空中拼刺刀,造型独特的雅克-36垂直起降战斗机

垂直/短距起降战斗机,各国曾经服役过的机型并不多,主要是技术、性能要求高,就算是航空大国也很难将其实用化。当然,另一个重要的客观前提是垂直/短距起降飞机在实现特殊属性的情况下,往往要付出巨大的航程、载弹以及战斗性能的损失。

全球范围内最具代表性机型包括:英国“鹞”式战斗机、美国F-35B战斗机,以及苏联时代雅克-36/38/141多种型号,相对最成功的非英国“鹞”式莫属。1957年研制,1969年入役,成为世界上第一种实用型垂直/短距起降战斗机。“鹞”式名声大噪是在英阿马岛之战,依托有限的航母力量在马岛战争中打出22:0的战绩,综合性能优秀又符合海军要求,就连美国人也干脆衣来伸手在其基础上改出AV-8B战斗机,直到F-35到来之后才进行替换。

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“鹞”式战斗机

回到冷战欧美之外另一极的苏联,同样对于垂直/短距起降飞机有着现实需求,特别是后期各种“载机巡洋舰”总不能靠直升机进行防空拦截。因此,雅科夫列夫设计局开始了创新求生之路,大家都知道二战中表现出色的雅科夫列夫设计局,在进入喷气时代后没能继续保持辉煌。雅-15、雅-25/28都没能和苏霍伊、米格设计局竞争中获得优势,在已经开始走下坡路的情况下,只能另辟蹊径以垂直/短距机型作为翻身之本,于是就有了本文主角雅克-36垂直起降战斗机。

空中拼刺刀,造型独特的雅克-36垂直起降战斗机

雅克-36战斗机


上世纪50-60年代,随着冷战核战乌云密布,各国都意识到战争初期机场将成为首轮重点打击目标。如何在机场跑道受损情况下快速垂直或短距起飞,成了航空大国必须考虑的问题,于是纷纷展开各种验证原型机研制。

苏联在这个领域起步较早,1956年就开始相关研制工作,但实质意义上开工却到了60年代初。当时英国肖特SC.1垂直起降飞机走在时代前沿,1957年实现首飞,前三点式固定起落架安装五台RB108发动机(其中四台用于起降)。虽然长得丑了一点,但基本满足第一代垂直起降飞机所需要求。

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肖特sc.1垂直起降验证机

按现在流传说法是这样的,1960年9月,雅科夫列夫参加英国范堡罗航展,在航展中对丑陋的肖特 SC.1产生浓厚兴趣。回国之后就向苏联国防部提出研制设想并得到支持,当然不管传说正确与否,1961年10月30日,苏联高层确实向雅科夫设计局下达了研制命令,临时编号雅克-V,随后不久调整为正式命名——雅克-36。

为稳妥起见,雅科夫设计局刚开始采用雅克-30喷气式教练机为改装原型,在其机身上增加两台RU-19发动机(垂直角度安装)。改装后型号称为雅克-30V技术验证机,很简单的布局并没有过多考虑实用因素,只能用于验证垂直起降可行性(能否垂直升空)。而且试飞效果并不理想,因此这个话题很快就告结束,雅科夫设计局需要更深入的研究。

雅克-30是一款单发双座亚音速教练机,改装自雅克-25,1960年首飞在和捷克L-29竞争中失败。

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雅克-30教练机

初始方案太过简陋,要想获得更先进性能必须重新设计,雅科夫设计局反复论证后确认了新的推进系统方案。将发动机尾喷口设计在飞机重心位置,起飞时喷口向下提供升力,达到安全飞行高度后转向后喷前进。设计标准明确后,采用两台R27-300涡喷发动机(无加力燃烧室),单台推力2268KG,配装后的原型机就是雅克-36。

1962年,雅克-36原型机制造完成,有别于以往吹风试验,作为垂直起降飞机很难通过风洞预测飞行品质。为保障安全一方面在制造模拟器用于试飞员地面体验,另一方面开始对雅克-36进行系留悬停试验,根据测试情况再对自动控制系统进行调整。

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雅克-36 三视图


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系留悬停试验

系留悬停试验没有发生重大问题,在获得一定进展后开始进行无系留飞行,不过两眼一摸黑没有任何经验积累只能凭试飞员感觉,实际上飞机可操控性太差。直到1963年基本可控飞行才得以解决,同年1月19日,雅克-36首次实现稳定滞空飞行。

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雅克-36试飞

随着进度加快雅克-36暴露出的问题也越来越多,特别是处于悬停状态(起降过程),高温气体从喷口冲向地面后向外扩散。机体下方产生一块低压区(地面改变喷管气流方向,从而影响机身气动流场),然后飞机就被牢牢吸住,也就是所谓的“地面吸附效应”造成升力损失。雅克-36第一次试飞没能成功起飞就是这个原因造成,由于低压区气流变动不稳定,只能通过各种计算进行有效控制和修正,将气流向机腹聚拢从而产生升力。

另外,起降过程还存在一个问题从地面折返的高温气流,由于离地较近时被进气道吸入将造成推力损失(尾气循环不过无法利用)。按照当时测算结果悬停1.5米高度,发动机推力将损失363KG,雅科夫设计局采用了最简单有效的解决方法。在机头进气口下方设计一块折叠板,在飞机起降时打开防止排出废气被发动机吸入,办法简单有效就是配套两个猪鼻子般的进气口丑了一点。

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雅克-36战斗机

大问题看似都已解决,实际还有更愁人的小细节在困扰着设计团队,垂直起降飞机都存在类似问题。为确保升力作用点处于机体重心附近,发动机要尽量靠前居中安装(主起落架位置被占只能另寻它处,也就有了后面的自行车式起落架),这样带来的问题就是后机身要加长以平衡两头重量。等重量平衡问题解决后增大的机体又带来气动阻力,光是把飞机吹上天还不够避免“空中翻车”同样重要,头疼医头为了提高姿态控制效率,雅克-36两翼翼尖、机体后部以及机头长杆处还有四个喷口,就是用于平衡起降过程飞行姿态调整。

下图是机腹两台主发动机工作流程,起飞时喷口朝下产生升力,抵达安全高度时喷口朝后改为前进飞行,也就是所谓的喷口转向技术。

空中拼刺刀,造型独特的雅克-36垂直起降战斗机

喷口转向技术

雅克-36四个姿态控制喷头分别位于飞机四向,这跟现代宇航服上的小喷嘴一样,通过各方向调节喷气使飞机处于平衡状态。硬件容易解决,最大的考验是控制系统(保证多个发动机喷嘴间力矩平衡),特别是电脑还没有诞生的时代容易让飞行员手忙脚乱,后来鹞式战斗机飞行事故多其实跟这个问题差不多。

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雅克-36四个姿态控制喷头

读到这里其实有一个问题已经有答案了,文章标题说到的空中拼刺刀、头顶“火柴棍”,实际指的就是这支机头长杆。早期西方情况机构同样对这个部件备感困惑,搞这么一个奇丑的东西难道真要上天将敌人捅下来,实际上它的作用就是起到重量平衡、喷口姿态调节。除此之外,雅克-36还采用了战斗机中少见的自行车式起落架,机翼两侧有一组辅助轮,外加机鼻两个大大进气口,整体布局只能用一个字形容——丑。

但是这并不影响它成为苏联第一代垂直起降战斗机,作为验证机型在航空史上有那么一席之地。

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雅克-36战斗机


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翼尖喷口

经过不断摸索,雅克-36战斗机性能逐步得到解锁,从最早离地1-2米飞行几十秒,到正常垂直起飞转入水平巡航进行多种机动,不断验证着它的价值。随后飞行测试中雅克-36没有发生重大事故,1966年10月,在库宾卡空军基地航空装备展上,雅克-36在苏联高层和华约同盟面前秀了一把垂直起降,现场无数人为之折服。1967年7月9日,"莫斯科—多莫蒂多沃"航展上首次向公众进行飞行演示,同样引发轰动。

雅克-36在航空展上进行了一序列精彩的表演,包括:垂直起飞、悬停,切换进入水平状态绕机场盘旋,空中180度回转等等。这让在场观众惊叹不已,苏联航空事业再上新高,对于北约各国来说压力山大,此时英国“鹞”式战斗机都还在地上玩(1966年8月31日首飞)。惊叹之余,北约给苏联装备取外号的习惯没落下,这次绰号“自由画”具体想表达什么意思没看懂。

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雅克-36战斗机


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现场观摩外军

雅科夫设计局的努力没白费,至少雅克-36已经顺利上天基本完成它的设计要求,不过苏联空军却拒绝为它买单。理由很简单,雅克-36由于垂直起降特性在作战半径、有效载荷、续航滞空时间以及航程方面,都无法满足空军需要远低于现役战机。套用后来升级版雅克-38“和平鸽/桅杆保护者”的绰号,可见雅克-36作为第一代验证机在性能上离实战差距甚远,555千米航程以及272公斤载荷承担飞行表演都费劲。

好不容易造出来的新时代战机不可能就这么放弃,于是向海军推荐并得到支持,定位于航母舰载机。相对于空军来说航程短点、载弹少些,对于此时还没有固定翼舰载机的海军来说可以接受,特别是海军走向远洋完全依靠舰载直升机明显不合理。此时苏联第一代直升机航母(1123型载机巡洋舰)“莫斯科”号已于1967年服役,满载排水量15280吨,考虑到未来需求海军计划在1123型三号舰上部署雅克-36战斗机。

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“莫斯科”号直升机航母

不过最终雅克-36也没能等到上舰机会,相反它的同期对手英国“鹞”式战斗机虽然首飞晚了几天,但却笑到最后成为一代经典。至于苏联垂直起降舰载机则由雅克-38、雅克-141来完成,当然这些都是后话,雅克复兴之路漫漫越走越往下滑。

空中拼刺刀,造型独特的雅克-36垂直起降战斗机

雅克-36和AV-8B同框

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