垂直和短距起落飞机

[拼音]：chuizhi he duanju qiluo feiji

[外文]：vertical and short take-off and landing airplane

能垂直或接近垂直起飞和着陆的飞机称为垂直起落飞机。能在很短距离内起飞和着陆的飞机称为短距起落飞机。垂直起落飞机通常也可短距起落，这时飞机起飞重量可以增加，所以垂直起落飞机常被称为垂直/短距起落(V/STOL)飞机。垂直和短距起落飞机是飞机发展的一个方向。

垂直起落和短距起落在国际上还没有统一的定义。在美国，飞机原地离地后能在15米(50英尺)距离内飞越15米的障碍高度称为垂直起落；短距起落飞机必须能在150米(500英尺)距离内飞越15米高的障碍。在英国，对短距有不同的理解，认为在150～900米(500～3000英尺)以内飞越15米高的障碍都可算作短距起落。

垂直和短距起落飞机是应军事和民用需要而出现和发展的。在导弹核武器以及侦察技术高度发展的现代，机场是一个无法隐蔽的大型战略目标。一旦爆发战争，机场最易受到攻击。有了垂直和短距起落飞机，就可以减少甚至摆脱对机场跑道的依赖。现代大型民航飞机要求有长达3000米以上的跑道，机场占地面积大且不能紧靠大城市修建，所以不少国家设想用能在大城市中心垂直起落的民用机来提高运输效率，扩大使用范围，或者至少采用短距起落飞机使现有的中小型机场得以充分利用。

特点

垂直和短距起落飞机的飞行与常规飞机相同，由固定翼产生空气动力升力来平衡飞机重力，但起落与常规飞机不同。垂直起落飞机起飞和着陆时不靠机翼升力，而是直接由动力装置或由动力装置带动的旋翼、螺旋桨、风扇产生向上的升力，实现垂直起落。这里推力不是用来使飞机前飞，而是直接用来克服重力，所以叫推力升力。短距起落与常规起落相似，只是滑跑距离很短，它由高度增升的机翼提供升力，或由推力的垂直分量和机翼共同提供升力。垂直起落飞机能依靠自身的动力保持在空中固定位置上，即空中悬停。因此，垂直起落飞机就能在比其自身尺寸稍大的场地上起飞和着陆。例如可在高层建筑的屋顶上或在一般军舰的甲板上起降，并能完成一系列其他飞机不能完成的飞行动作，如垂直机动、后退飞行、原地转向等。直升机也能完成这些任务，但垂直起落飞机的平飞速度和航程都比直升机大得多。

垂直起落飞机在起落和过渡飞行(图1)时，飞机处于零速或极低速状态，气动力操纵面不起作用。因此，它需要用反作用喷气操纵系统进行操纵，或者用推力升力系统的喷口、多风扇、多升力发动机的不对称控制进行操纵，常常还要采用自动增稳系统和自动操纵系统，即用自动器来保持平衡和操纵。

垂直起落飞机在超载起飞时可以通过地面滑跑加速，在机翼升力帮助下实现短距起飞。短距起落飞机没有悬停能力，必须滑跑加速才能起飞。

分类

垂直起落飞机由垂直推力状态转为水平推力(巡航飞行)状态，或由水平推力转为垂直推力状态，通常有4种换向方案：

（1）飞机转向；

（2）动力装置转向；

（3）推力转向；

（4）复合推力。又有4种提供垂直和水平推力的装置：

（1）旋翼；

（2）推进螺旋桨；

（3）涵道风扇；

（4）涡轮风扇-涡轮喷气（涡扇-涡喷）。可组成 4×4个组合(图2)，从而构成各种垂直起落飞机方案。

旋翼是直升机的典型部件。如果既有旋翼也有机翼，在巡航飞行时主要靠机翼产生升力，旋翼只作为辅助升力面(图2中4.1)或只作为拉力螺旋桨(图2中2.1)使用，那就属于旋翼式垂直起落飞机。

推进螺旋桨是活塞发动机和涡轮轴发动机产生拉力的部件。在早期的垂直起落飞机上曾采用过这种方案(图2中1.2、2.2、3.2、4.2)。

涵道风?a href='baike/224/276460.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>仁亲霸谔淄?涵道)中的多叶片风扇，又称升力风扇。它可装在单独的短舱中或直接装在机翼或机身中。有的飞机在涵道进口装有叶栅。这是一组导向叶片，可以使气流转向。在叶栅关闭后构成流线外形。对涵道风扇式垂直起落飞机曾进行过广泛研究，并制造了试验机(图2中1.3、2.3、3.3、4.3)，但都不很成功。

涡扇－涡喷式喷气推力升力垂直起落飞机是现代垂直起落飞机的主要型式(图2中1.4、2.4、3.4、4.4)。

飞机转向是转换推力状态的简单解决办法。起降时飞机处于机头向上的直立位置，起飞后转为水平飞行，着陆时又转为直立位置。 美国1954年研制的XFY-1型垂直起落飞机就采用飞机转向方案。

在动力装置转向方案中，飞机处于水平位置而让动力装置转向。其中旋翼转向方案是让旋翼轴转90°。推进螺旋桨可以单独转向或者和机翼一起转动。 涡扇-涡喷转向一般都是使整个发动机短舱转动（见彩图）。

简单的推力换向方案是用襟翼、叶栅或转向喷口将推力转90°，因而不需要将整个动力装置转动，简化了结构。这种飞机常称为推力换向式飞机。偏转襟翼可使螺旋桨滑流或喷气发动机喷流转向。叶栅通常装在涵道风扇出口处使气流转向。转向喷口是使喷气发动机喷流转向的一种有效手段。英国的“鹞”式战斗机(图3)就是一种采用转向喷口的垂直和短距起落飞机。飞机上的推力换向式涡轮风扇发动机有两对带叶栅的旋转喷口，前后排列，分布在机身两侧，分别喷出风扇气流（前喷口）和燃气流（后喷口）。每个喷口均可由向后喷出位置转为向前下方喷出位置，从而可提供飞机垂直起落、过渡飞行和平飞所需的推力和升力。

复合推力指使用不同的系统产生垂直推力升力和前飞推力，其中用升力风扇或升力发动机加平飞发动机是这类垂直起落飞机的主要型式。升力风扇、升力发动机在巡航时都不工作，这就增大了飞机的重量，使飞机性能降低。苏联雅克36歼击机是采用升力发动机和喷口转向发动机组合布局的一种垂直起落飞机，已于70年代后期服役。

短距起落飞机按增升装置分为三大类：

（1）气动力增升，②吹气附面层控制，③动力增升。

现代短距起落飞机采用动力增升技术，即偏转(螺旋桨)滑流或偏转(喷气发动机)喷流改变推力方向，使其提供部分升力来缩短起降距离。喷流偏转又分为上翼面偏转和下翼面偏转(图4)。

问题

对垂直起落飞机的研究，早在第二次世界大战后即已开始，曾提出许多设计方案，并建造了不少垂直和短距起落的试验研究机。其中除个别方案外，大多数垂直起落飞机设计仍处于试验探索阶段。这反映出垂直起落飞机在技术上的复杂性，其中包括:垂直起降（飞机处于零速或极低速状态）过程中的操纵和稳定问题；复杂的转向机构使飞机结构重量增加，降低了飞机的性能；如何保证复杂机构和系统的安全可靠性问题；垂直起落所特有的外场使用问题，如向下高速喷流对地面的烧蚀，并引起尘土飞扬；如何降低发动机噪声等。

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