1950~1960年代有很多VTOL噴射戰鬥機研發,但最後有服役的,Yak-38還算是三引擎,AV-8與F-35B都是單引擎,何故?因為VTOL噴射機的多引擎,作戰推重比最多不過1.1~1.2,單引擎就算了,多引擎也才這樣,那意味的就是任何一個引擎故障,你這架飛機就不用VTOL,而是摔掉了......
相較於一般戰鬥機是兩個引擎都故障才會不能飛,VTOL機卻是任一個有問題就不能飛,當有AV-8這個成功範例,誰還要可靠度比較差的多引擎機?
類似的情況其實也出在UH-1這個機身的軍民雙方面發展上,這傢伙早期都是單引擎,甚至類似的較輕型直升機,早期也都是單引擎,要提升性能,不是改成雙引擎,而是設計輸出比較大的單引擎,這原因一來是早期多引擎變速箱體積重量比較大,只適合較大的直升機,另一方面就是要改用兩個較小型的引擎,會發生單一故障後無法確保飛行的狀況,要到後來兩個引擎的任一故障都只是影響性能,卻不至於飛不動的狀況,才會採用雙引擎設計.
所以,想要雙引擎的VTOL噴射戰鬥機,首先,就是要有夠大的推力,可以任一引擎故障後,另一個引擎至少還能讓飛機垂直降落,即使可能是要拋棄大量燃油與所有彈藥,而且在近乎空機的狀態下,加上引擎可能是要用只能用3分鐘的緊急輸出外加後燃器與噴水之類花樣,讓推力提高20~30%,維持推重比還要有0.9~1.0的情形,才能確保雙引擎垂直起降機的安全性......這要怎樣的引擎,則要看你的垂直起降機構設計,所以現在先不談.
假如引擎是左右橫置,像大部分雙引擎噴射戰鬥機的設計,單一故障的話,還是會有問題,垂直起降的推力會不平衡,那也無法安全著陸.因此,可行的設計,變成三種:
1.類似XV-4與XFV-12的推力增益,XV-4那種推力增益空腔在機身中心,本來是左右兩邊排氣都朝中心排,只有一個故障了還是不影響推力增益與重心重合的設計,比較好.
https://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_XV-4_Hummingbird
2.XV-5的垂直起降導風扇設計,這個垂直起降是用引擎去推動其他風扇,引擎本身推力不直接用在垂直起降,只要垂直起降用風扇不故障,管道設計讓任一引擎故障都還能保證風扇以一定程度速度轉動,就可以.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ryan_XV-5_Vertifan
3.引擎安裝類似英國閃電,一具在後上方,另一具在前下方,都裝向量噴嘴,然後連接位於重心前的風扇,等於F-35B那種設計2組.
前兩種設計對於引擎本身的推力,要求較少,因為垂直起降導風扇,雖然機構不同,但意義上有點類似F-35B那個前風扇,佔空間也吃重量,但可以處理遠較主引擎更多的空氣,因此總推力可以很大,就是XV-5這種設計,主翼幾乎沒有油箱與掛架的空間就是了......
推力增益則是一種很省重量的東西,因為那只是在特定形狀的空洞中排放高溫高速氣流,這種氣流可以帶動旁邊的低溫低速氣流當推力,只要形狀設計得好,可以增加好幾成的推力,甚至有可能超過後燃器帶來的推力增益比例,而且與導風扇這種有重量的機械結構不同,推力增益設備就是空洞,重量是旁邊的排氣部分,本體是空氣,很輕.只是這種推力增益帶來的推力,會低於風扇,所以你引擎本身就要有一定程度推力.假如能做到增益50%,那就等於2具無後燃推力11噸的引擎合計,可以讓30噸重的飛機擁有1.1的起飛推重比,聽來好像F-15......
第三種比較麻煩,因為只有單引擎也要垂直降落,比照F-35B的設計,會變成雙引擎時的飛機最大推重比約1.8~2.2,高到爆;假如引擎本身類似F402飛馬引擎,有噴水與30秒最大輸出這種讓推力短時間增加20%的設計,甚至加上緊急時就開後燃器增加推力好了,這種單引擎應急推力要讓飛機有接近1的推重比,那平常單引擎推力可能也有0.6以上的推重比,整架飛機推重比還是會高於1.2......很撐.
不過說真的,小弟審美觀近似英國人,會選擇第三個"閃電1+2"的設計...... |
雙引擎VTOL超音速噴射戰鬥機
Posted - 10/24/2018 : 21:28:42
