原標題：垂直起降戰機面面觀
電影《流浪地球2》中有這樣一段畫面：一架雙發戰機轉動發動機噴口，向地面噴出火紅烈焰，戰機騰空而起，快速升空。酷炫的科幻場景，讓影迷直呼過癮。
談起戰機起飛方式，“垂直起降”一直是熱點話題：從二戰後期為應對機場跑道毀壞而生的第一代垂直起降戰機“雲雀”，到英阿戰爭在貨船上起飛的英國“鷂”式戰機，再到適用於中小型航母的F-35B戰機，垂直起降技術在戰機的迭代更新中不斷發展。
在過去70多年裏，發展垂直起降戰機一直飽受爭議，高油耗、高故障率、低載彈量等技術和戰術短板依然存在。那麼，戰機垂直起降技術有多複雜？需要攻克哪些技術難關？未來如何發展？請看本文為您一一解讀。
“起得來”又要“落得穩”，一升一降考驗戰機能力
如果將垂直起降戰機比作賽場上的“舉重選手”，那麼戰機每一次起落都是一場20000公斤級別以上的較量。不僅要“起得來”，還要“落得穩”，這對戰機平衡力要求很高。
眾所周知，垂直起降戰機無法利用機翼升力來平衡重力，只能靠發動機向下噴射燃氣産生向上推力。戰機要想“起得來”，不僅發動機的推力要足夠大，設計布局還要滿足戰機平衡力要求，“多點平衡”是大多數國家研製垂直起降戰機的首選方案。英國第一代垂直起降戰機——“鷂”式戰機採用了這樣的平衡方式，在機身兩側對稱佈置可旋轉噴口。發動機工作時，四處噴口協同用力，像抬轎子一樣把戰機舉起來，通過調整噴口角度保持平衡。
英阿馬島戰爭，英國皇家海軍“鷂”式戰機共擊落22架阿根廷空軍戰機。能取得這般成績，得益於多噴口矢量發動機的優異性能——小盤旋半徑、高轉向率和高速飛行時的定向控制能力，使得“鷂”式戰機脫穎而出。
隨着F-35B垂直起降五代機誕生，“鷂”式戰機逐漸落伍，先進的垂直起降戰機大多采用“推力矢量發動機+升力風扇”複合推進系統。這種推進系統無需將發動機動力分成4份，而是在戰機中軸線上加裝升力風扇，使用發動機連接驅動，通過大氣壓力差的原理來平衡重力，具有動力損耗小、結構設計簡單等優點。
不過，複合推進系統在戰機垂直降落時會出現“地面效應”，導致燃氣吸入升力風扇，戰機會出現強烈抖動。此時，要想保證戰機“落得穩”，飛行員需要根據風力、地面距離等數據實時調整油門和操縱桿，保持戰機飛行姿態平穩。
如何讓飛行員輕鬆完成戰機降落任務？各國航空設計師在改進戰機“大腦”上下功夫——科研人員為垂直起降戰機量身打造閉環智能控制系統，通過分佈在機身各處的傳感器代替飛行員的態勢感知，只需在系統中輸入坐標，便可生成推力方案，自動調整噴管角度和推力大小控制戰機平穩降落。
事實上，設計驗證垂直起降戰機是一個漫長過程。在飛行試驗階段，科研人員對戰機開展懸停係留試驗，獲取懸停狀態的氣流場，評估動態控制能力。因此，為實現垂直起降戰機的高效起降，需要技術體系、系統設備與試驗配套條件的同步革新。
重“面子”又要“裏子”，戰機“裝修”牽一髮而動全身
去年，國外某軍工企業公開展示了一種垂直起降戰機的懸停功能。該戰機機身6處噴口同時打開，向地面噴射燃氣，酷似一隻張開翅膀的大黃蜂。
航空界有一句話：“戰機顏值即是戰鬥力。”設計人員在垂直起降戰機的“面子”上煞費苦心，為了能裝下龐大的複合推進系統，戰機機身不僅要滿足進氣和排氣的需要，還要保持簡潔流暢的外形，活動部件和噴口設置成為垂直起降戰機的顯著特徵。
設計人員在垂直起降戰機座艙後部為升力風扇設置了進氣口蓋，背部噴口設計可避免發動機再次吸入噴出的廢氣，有利於提高發動機功率，並減少異物吸入的危險。此外，設計人員在升力風扇進氣口給戰機設置了一個雙開門的“天窗”，用以輔助發動機進氣，改善戰機的進氣能力。
在原本平整的機身上加裝風扇以及各類噴口，將引起氣動特性發生變化，戰機可操作性和穩定性也會下降。因此，設計人員給機翼加裝副翼，增大活動舵面提高升力；取消外挂物和挂架，採用機內彈艙方式優化氣動性能，增強飛行穩定性。
如果説機身設計是“面子”，那麼機體內部結構設計就是戰機的“裏子”。可以説，“室內裝修”步驟更多、設計更細、標準更高。
一方面要為動力系統騰出空間。設計人員一般將戰機中間寬敞的艙段“清理”出來，留作動力系統的“客廳”。例如，國外某型垂直起降戰機為了加裝升力風扇，將主彈艙安置在發動機兩側，進氣道改為S型，就連機電設備也是見縫插針。此外，他們還改變油箱形狀，使戰機“裏子”既有型又貼合。
另一方面要整合配套設備。發動機功率的提升，需要增設大功率供電、液壓和冷卻系統，打造“一體化傢具”是破解空間難題的關鍵。目前，一些國家設計人員初步實現了垂直起降戰機輔助動力系統和應急動力單元的整合，高壓氣瓶通過存儲壓縮氣體，直接驅動動力渦輪實現自啟動，減少了輔助動力生成系統的渦輪數量，達到了“一專多能”的效果。
相比“室內裝修”“增減傢具”，各系統之間的“磨合”同樣重要。發動機與升力風扇需要通過一根傳動軸連接，由於離合器與升力風扇的速度差極大，在接合瞬間會産生極高溫度。因此，設計人員通常會使用碳耐磨材料，並對其表面進行硬化處理，使離合器更輕、更有力，提升傳動效率和響應速度。
垂直起降戰機問題頻出，戰場表現不盡如人意
上世紀70年代初，時任美國海軍作戰部部長艾爾默首次提出建造更小、性價比更高的“制海艦”，並搭配垂直起降戰機。這一方案遭到軍方高層的否決。
美國軍方否決該項目，理由很簡單。按照當時垂直起降戰機的戰場表現看，其空戰能力難堪重任——蘇聯研製垂直起降戰機雅克-38，可靠性低、事故率高，被稱為“桅桿保衛者”；美國引進英國“鷂”式戰機，並研製出垂直起降戰機AV-8B，投入鉅額資金為其設計提升載油量和載彈量，但在海灣戰爭中依然因火力不足被頻頻換下。
進入新世紀，隨着垂直起降戰機F-35B列裝多國海軍，有關F-35B戰機發生事故的新聞接連不斷。2020年，美軍一架F-35B戰機在空中加油時，撞上了“空中奶媽”KC-130J加油機，導致“空中奶媽”在附近田地迫降，而它自己則直接墜毀。2021年11月，英軍一架F-35B戰機從航母起飛時，由於進氣道防水保護罩和發動機蓋板沒有摘除，導致F-35B戰機因“呼吸不暢”而墜機。事後，有媒體為這種外形臃腫的F-35B戰機起了一個“肥電”的綽號。2022年12月，美國沃斯堡海軍航空站聯合儲備基地，一架F-35B戰機在垂直降落時失控墜毀。受此次F-35B墜機事故影響，洛馬公司宣布暫停新機驗收和交付。細數近年來的飛行事故，讓F-35B戰機背上了“熊孩子”的名聲。
其實，F-35B戰機在列裝前就飽受爭議，美軍曾一度想要下馬垂直起降戰機項目。當時，如果放棄F-35B戰機，意味着美國海軍的多艘兩棲攻擊艦將失去固定翼作戰飛機的能力，“淪落”為直升機母艦，對替換“鷂”式戰機翹首以待的一些國家也將陷入類似的困境。鋻於此，F-35B戰機只能勉強上馬，從之後10多年的戰場表現來看，確實不盡如人意。
2022年，歐洲多國聯合推出的“未來空中作戰系統”方案，提出六代機的六大能力需求，卻唯獨將垂直起降排除在外。歐洲各國的選擇，並不無道理。高額的科研和保障資金投入，讓各國難堪重負。綜合考量後，歐洲六代機決定放棄垂直起降技術。
近年來，面對不景氣的軍貿市場，科研人員選擇另辟蹊徑，在研製垂直起降艦載無人機方面下功夫。垂直起降艦載無人機可以省去一系列飛行員必備的機載內部設備，機身內部空間更大，可以裝載更多的燃油和彈藥，擴展更多的作戰任務。幾年前，美國發布了垂直起降戰機的無人版方案，英、法、俄等國也陸續推出具備垂直起降能力的無人機設想，使用AI飛控設備實現無人化，成為垂直起降戰機發展的新方向。未來，垂直起降艦載無人機能否“破圈”順利騰飛，讓我們拭目以待。
