世界第一種實用垂直/短距起降飛機——鷂式戰機發展史

2022-01-30 航空苑

1982年英國和阿根廷爆發了馬島戰爭,英國海軍雖然在這場戰爭中表現不夠完美,但鷂式戰鬥機卻一戰成名。作為世界上第一種實用型垂直/短距起降飛機,鷂式雖然個頭小巧,卻展現出了超強的空戰能力,特別是能在空中突然減速或急轉彎,甚至作「空中低速爬行」,使其在近距離纏鬥時佔盡優勢,從此讓世人們記住了這種奇特的艦載戰鬥機。但是,可能大多數人想不到的是,鷂式起初並不是作為艦載設計的,而是在冷戰思維下誕生的一種前線攻擊機。

垂直/短距起降飛機的驗證

1957年,布里斯托發動機公司在研究推力矢量發動機方面取得了重大突破。所謂推力矢量發動機,就是可以朝多個方向噴射動力,或者說是尾噴管可以變換方向的噴氣發動機。這種設計理論上可以為飛機提供超凡的飛行機動性,並且為噴氣式飛機實現垂直起降提供了可能。

1959年9月,布里斯托公司第1臺試驗型發動機首次運轉,並命名為飛馬1。當然,這種發動機並不能實現真正意義上的矢量推進,只能進行簡單的二維矢量偏轉,但這對於垂直起飛來說已經足夠了。

當時英國霍克公司正在「北約聯合武器發展計劃」的資金支持下,設計一種輕型戰術支援飛機。霍克公司從布里斯托公司引進了飛馬發動機,開始了垂直起降飛機的研發工作。1960年2月,布里斯托公司的飛馬2型發動機研發成功。同年11月19日,霍克公司使用該發動機的P.1127驗證機進行了首次自由懸停試驗。在隨後5周內,原型機共懸停試飛21次,共懸停時間35分鐘,算是順利完成了第一階段試驗。

緊跟著第二階段地面滑行試驗也順利完成,直到1961年3月13日,第三階段常規飛行試驗時,才遭遇到非常多問題:例如縱向穩定性差;放下起落架後,方向穩定性不足;在複雜地形條件下產生強烈的低頭力矩,必須拉滿操縱杆才能維持機頭水平;發動機渦輪葉片脫落等等。這些是大部分驗證機通常會遇到的問題,但是只有解決這些問題後,飛行試驗才能進入下一階段。為了加快試驗進程,霍克公司又製造了第2架原型機,用兩架原型機進行分階段試驗。1961年9月12日,P.1127終於進行了首次全過渡飛行,這是垂直/短距起降飛機研發歷史上的一個裡程碑,P.1127垂直起飛後,發動機噴管逐漸轉向後方,推動飛機水平前飛,直到完全依靠機翼升力飛行。10月28日,p.1127迎來了最後的關鍵階段,那就是短距起飛,這對於未來的用途尤為重要,因為對於垂直起飛而言,短距起飛可以攜帶更多的燃油和武器。此時新飛機研發可以說已經基本成功,證明了它能滿足既定的設計要求。

▲P.1127驗證機

鷂式的誕生

上世紀60年代初,面對蘇聯日益增強的核力量,英國空軍急需一種能在核戰爆發後,缺乏野戰機場時使用的前線攻擊機。這種飛機能在機場被戰術核武器摧毀的情況下,從停車場、甚至樹林空地中起飛,來執行前線偵察或者對地攻擊任務。

1961年11月初,英國空軍終於看到了P.1127的價值,開始向霍克公司訂購原型機,這些基於P.1127改進的原型機,又被稱為「茶隼」,隨後進行了長達5年的試驗。

1966年8月底,第一架鷂式終於首次試飛,雖然鷂式的外形同「茶隼」十分相似,但實際上95%都是重新設計的,氣動外形有許多細節上的變化,例如進氣口、機翼平面形狀、頭錐、尾錐、背鰭和減速板等等都有所不同。另外發動機改用了最新型的飛馬101型,推力為84.5千牛,飛機的所有系統也做了全面修改。

定型後的鷂式是一種亞音速、單座、垂直/短距起降飛機,主要執行低空對地攻擊和偵察任務。機長13.87米,翼展7.7米,機高3.45米,機翼面積18.68平方米。在11000米高空最大平飛速度1186公裡/小時。空重5580千克,最大起飛重量11340千克,垂直起飛時最大彈藥攜帶量2268千克。可以掛載30毫米機炮吊艙、航空炸彈、火箭巢等各種對地攻擊武器和偵察吊艙。

鷂式最大的特色莫過於那臺有4個可旋轉噴口的飛馬101渦扇發動機,4個可旋轉噴口提供了起落時需要的升力,以及過渡飛行和正常飛行所需的推力。4個噴口對稱分布在飛機重心中心點的機身兩側,通過噴口操縱系統操縱杆和發動機油門杆,實現發動機推力矢量的控制。另外在機頭、機身、翼梢還裝有從發動機引氣的噴氣反作用操縱系統,用於垂直/短距起落或懸停時的飛機姿態控制,在正常飛行中也可以用來改善失速時的操縱性。

▲在這種隱蔽的樹林中起飛支援前線地面作戰,才是鷂式的初衷

第一代鷂式

第一代鷂式主要有三種型號:英國空軍裝備的GR.Mk1/GR.Mk3,美國海軍陸戰隊裝備的AV-8A,英國海軍裝備的海鷂FRS.Mk1/FA.Mk2。

GR.Mk1/GR.Mk3

英國空軍裝備的鷂式是最初型號,於1967年12月底首次試飛,1969年4月正式服役,到1987年為止,一共有111架交付英國空軍。GR.Mk1同1966年試飛的那架原型機沒有什麼區別,後來一些換裝了推力為88.9千牛飛馬102型發動機的,又被細分為GR.Mk1A。

GR.Mk1

1976年,英國空軍開始採購換裝了飛馬103發動機的GR.Mk3型,該型同Mk1外觀最大的區別在於機鼻增加了雷達測距儀和標定目標搜索器,空速管轉移到了機鼻上方。

GR.Mk3

AV-8A

鷂式誕生後,美國海軍陸戰隊發現了這種前線支援飛機的獨特價值,可以部署在兩棲攻擊艦上支援登陸作戰。於是麥道公司引進了鷂式生產線,以英國空軍裝備的GR.Mk1型為藍本生產AV-8A。

美國海軍陸戰隊共採購了102架單座型和8架雙座教練型,裝備了3個作戰中隊和1個訓練中隊。與GR.Mk1型相比,AV-8A缺少了一些導航/攻擊系統,卻增加了可以使用AIM-9「響尾蛇」空空飛彈的功能,具備了一定的空戰能力。

也正是因為這一點,美國海軍陸戰隊在訓練中,發掘出了利用矢量推力做出不可思議的空中格鬥動作,從此打開了鷂式防空功能的新篇章。

▲AV-8A的外觀同GR.Mk1沒有區別

FRS.Mk1/FA.Mk2

1964年,英國工黨政府取消了超音速垂直起降P.1154RN機型計劃,取而代之的是從美國購買的F-4k鬼怪戰鬥機,用來裝備英國海軍傳統航空母艦。然而到了70年代末,英國海軍實力江河日下,最後一艘傳統航空母艦不得不退役。好在美國人證實了鷂式的空戰能力,用鷂式武裝起來的無敵級輕型航母,成為英國海軍艦隊防空最後的遮羞布。

實際上早在1963年,P.1127驗證機就在英國航母上做了起降測試,隨後十幾年時間裡,鷂式已經在8個艦隊、17艘航母或直升機母艦上做過起降,但是直到1978年8月20日,海軍專用的海鷂才首次試飛。

▲FRS.Mk1裝備了雷達,機鼻變大,空速管轉移到了機鼻上方

與空軍裝備的鷂式不同,海鷂軍被賦予的作戰任務增加了艦隊防空,這從它的命名FRS.Mk1中也看得出來F代表防空。為了滿足防空需求,海鷂裝備了一部源於山貓直升機的「藍狐」I波段雷達,武器也增加了AIM-9L「響尾蛇」近程空空飛彈。在外觀上海鷂同空軍型也有明顯的區別,為了便於在艦上起降,海鷂將駕駛艙加高了25釐米來改善駕駛員的視野,從而導致座艙蓋變成了一個明顯凸起的氣泡形。

1979年6月18日,第一架海鷂交付給英國海軍,前後一共採購了57架單座型和4架雙座教練型,一共組建了4個飛行中隊,其中2個用於艦載部署,一個駐紮在岸基基地進行測試訓練,還有一個在馬島戰爭結束後不久便解散。

值得一提的是,在馬島戰爭中,英國空軍的鷂式也緊急部署在海軍航母上,不像普通陸基固定翼飛機不改裝根本無法在航母上使用,這也體現出了垂直/短距起降戰鬥機對起降平臺適應性強的巨大優勢。

▲馬島戰爭中英國貨櫃「航母」,有迷彩的是空軍GR.Mk3,淺色的是海軍FRS.Mk1

▲馬島戰爭中競技神號航母上的混編機群,有迷彩的是空軍GR.Mk3,淺色的是海軍FRS.Mk1

80年代中期,英國海軍為了提升海鷂的空戰能力,對FRS.Mk1進行了改進,使其具備了使用AIM-120先進中程空空飛彈的能力,新的型號叫做FA.Mk2型,與FRS.Mk1型外觀上最大的區別就是取消了機鼻上上的空速管。英國海軍在1994年一共採購了26架FA.Mk2,又將殘餘的39架FRS.Mk1中的31架升級為Mk2型,57架FA.Mk2成為英國海軍的主力戰鬥機。

▲FA.Mk2的機頭,換了雷達機鼻變大,取消了空速管

▲FA.Mk2雖然可以使用AIM-120,但每側機翼依然只有2個外掛點,這是海鷂最大的特色

第二代鷂式

美國AV-8B

在上世紀70年代,應英國空軍和美國海軍陸戰隊的要求,霍克公司和麥道公司聯手對鷂式進行改進。但是1975年3月,英國由於不願意使用碳纖維技術而脫離了合作,麥道公司在美國海軍陸戰隊的支持下,獨自對AV-8A進行改進。

這次改進並沒有升級發動機,而是通過對飛機結構改裝,使載重量和航程幾乎翻了一番。新的AV-8B使用了全新的、更大的碳纖維超臨界機翼,在前部機身和其他地方也大面積使用了碳纖維材料,還採用升力提升裝置,最終使載彈量增加了70%,燃油攜帶量增加了50%,維護工時也減少了60%。

從外觀來看,AV-8B也像海鷂一樣,將駕駛艙升高20釐米,形成了氣泡座艙蓋。每側機翼下武器掛架增加為3個(以前為2個)。翼根前端還安裝了前緣邊條,改善了飛機的轉彎半徑。AV-8B的性能令美國海軍陸戰隊非常滿意,一次性就下了286架的初期訂單,並從1983年開始入役。

從1992年開始,美國海軍陸戰隊又將F/A-18艦載戰鬥機使用的APG-65型雷達安裝在部分AV-8B上,還增加了紅外夜視天線,具備了夜間攻擊能力,這種型號又被稱為AV-8B +型。

▲西班牙海軍裝備的AV-8B早期型號,雷達還沒換裝機鼻較小,機鼻上也沒有紅外夜視天線

▲AV-8B+型,換了雷達機鼻變大,機鼻上的方框是紅外夜視天線

英國GR.Mk5/GR.Mk7

1981年,經多次嘗試後一無所獲的英國又出資回到了共同開發項目中,降級成了次級承包商。英美雙方最終的利益交換是,英國負責生產40%的AV-8B,而英國採購的110架GR.Mk5(AV-8B的英國型號,在電子系統上有些區別)50%由美國生產。

80年代末,為了使提升GR.Mk5的攻擊能力,英國空軍又對其進行了升級。首先外掛點增加為9個,包括機身中央1個、機翼下方6個、還有2個專用的響尾蛇飛彈掛架。其次在機鼻上方安裝了「夜鷹」夜視紅外天線,在機鼻下方安裝了馬可尼公司生產的「宙斯」電子對抗系統(AV-8B沒有),使其具備了夜間攻擊能力。

1990年,GR.Mk7型首次交付,替換第1代的GR.Mk3,隨後所有的Mk5也全部升級為Mk7型,這也是英國空軍鷂式的最終型號。

▲GR.Mk7同AV-8B機鼻區別很大,下面2個黃色凸起就是宙斯系統,機翼內側第2個掛架就是增加的響尾蛇專用掛架

▲GR.Mk7雙機編隊,機腹下還有1個外掛點

▲GR.Mk7海灣戰爭部署在航母上,所以不要看到航母上的鷂式就說是海鷂,這可是妥妥的空軍鷂

終將謝幕

鷂式飛機誕生時只是一種前線攻擊機,隨後具備了近距格鬥能力,甚至超視距截擊能力(僅海鷂FA.Mk2有這個能力,可以使用AIM-120先進中程空空飛彈),逐步發展成為一種功能全面的戰鬥機。這種垂直/短距起降飛機的成功,解決了世界上一些國家小型航母的艦載機難題,因此鷂式也出口到了義大利、西班牙、印度等不少國家,這些出口型號多多少少都有一些區別,這裡就不再細說。

2013年12月,鷂式正式從英軍中退役,但是鷂式系列飛機依然在其他國家繼續服役,直至今日還沒被全部淘汰。隨著後來者F-35B的服役,這些剩餘的鷂式最終將會被全部淘汰,開創了垂直/短距起降戰機先河的鷂式終將謝幕。

▲退役後廢棄的GR.Mk3型

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本文部分圖片來源於網絡。

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