问答 （军事科学类）战斗机空中悬停飞行表演

http://6.cn/player.swf?flag=0&vid=ErzYKUgYDBLlbzYe215W/Q
来源:六间房
http://6.cn/watch/4014.html

killl

不知道这种悬停的原理是什么，是不是直升机容易实现？

磁铁

问答即将展开，提供思路、原理、答案者可按照科普问答活动获得5~10财富

yzh_nj_china

我认为的悬停的原理大概是受力平衡~~
然后在网上查了下果然是~~
悬停

　　悬停是直升机在一定高度上保持航向和对地标位置不变的状态。直升机的这一飞行特性不但能适应多种作业的需要，更能扩大其使用范围。无论是高大建筑物的屋顶平台，还是高山峡谷的狭小平地，它均能起降自如，实施多种作业。因此悬停是直升机区别于一般固定翼飞机的一种特有的飞行状态。虽然某些特种飞机，例如喷口转向飞机，也能作短时悬停，但由于它们产生平衡飞机重力喷口的推力面的载荷大大超过直升机旋翼的桨盘载荷，这样不便使这类飞机在相同飞行重量的悬停需用功率比直升机的高得多，而且过大的诱导速度引起悬停状态作业的环境条件大大恶化。此外垂直起落飞机的喷口对地面严重烧蚀等方面的问题限制了这类飞机的使用范围。

直升机悬停时的力及需用功率

　　悬停时，单旋翼式直升机力的平衡如下图所示。旋翼拉力在铅垂面的升力分量T1与全拉的飞行重力G




平衡；用于平衡反扭矩的尾桨推力T尾则等于旋翼在水平侧向分力T3。即

　　铅垂方向：T1=G

　　水平侧向：T尾=T3

　　悬停时，直升机的需用功率由尾桨和传动等功率外加上旋冀所需功率组成，旋翼需用功 率则主要由两部分组成：(1)旋翼产生拉力所付出的代价——诱导功率P诱；(2)电于空气 的粘性旋翼旋转时克服桨叶型阻需要耗费的功率——型阻功率P型。即

　　　　　P悬停=P诱+P型

　　必须指出，旋翼的悬停需用功率，比大多数前飞状态需用功率都大一些。这是因为悬停时，流过桨盘的空气质量流量较小；根据动量定理，要产生同样拉力，旋翼在悬停时的诱导速度需更大一些，而诱导功率正比于旋翼拉力和诱导速度。所以悬停诱导功率就比平飞时的诱导功率更大些，而型阻功率损失主要取决于旋翼转速和桨叶构型。由于旋翼转速和桨叶构型很少随飞行状态的变化而变化，因此型阻功率随直升机的飞行状态变化也较小。总的来说，悬停状态的需用功率在直升机的各种飞行状态中是较高的。

垂直上升

　　直升机在四周有较高障碍物的狭小场地悬停起飞后无法以爬升飞行方式超越障碍物，垂直上升飞行是超越障碍物获取飞行高度的有效方式。在上述情况下一些特殊空间和区域作 业，直升机的垂直上升性能则具有非常重要的实用价值。

垂直上升时直升机的力及需用功率

　　直升机垂直上升飞行速度称为上升率以 Vy表示。通常直升机的垂直上升速度都不大， 机体阻力与飞行重量 G比较起来则为一个小量，可以忽略不计，因此直升机垂直上升时力 的平衡与悬停时基本相同。即

铅垂方向：T1=G

水平侧向： T尾=T3

　　垂直上升时旋翼需用功率，主要由三部分组成：诱导功率P诱；型阻功率P型，以及旋翼上升做功的上升功率P升，即

　　　　　　P垂升=P诱+P型+P升

　　垂直上升与悬停状态相比，诱导功率虽然随上升高度的增加其值有所减小，然而随着 Vy的增加被忽略的机体阻力的功率损耗也有所增加，这两项大至相抵。型阻功率也可认为与悬停状态相同。　因此在粗略分析中可以近似认为垂直上升时P诱与P 型之和与悬停时的旋翼需用功率相等。然而上升功率P升=T1Vy则随垂直上升速度线性增加。因此垂直上升的总需用功率比悬停时的需用功率大，并且随上升率的增加而增加。

垂直下降

　　直升机的垂直下降与垂直上升相反，利用它可以使直升机在被高大障碍物所包围的狭小场地着陆。由于这时旋翼的诱导速度与其运动的相对来流方向相反，流经桨盘的两股方向相反的气流使旋翼流场变得更加复杂。随着下降率的增加，当两股气流的速度数值十分接近时，直升机会进入不稳定的“涡环状态”，这时经典的动量理论不能反映流过旋翼气流的流动规律，通常利用以实验为基础的半经验理论进行描述。下面重点介绍垂直下降中旋翼特有的这一物理现象及相关问题。

垂直下降的直升机的力及需用功率

　　垂直下降与悬停及垂直上升时力的平衡基本一样，即

　　　铅垂方面： T1=G

　　　水平侧面：T尾=T3

　　垂直下降时旋奠的需用功率，类似于垂直上升，可写成

　　　P垂降=P诱+P型+P降

　　需用功率与垂直上升的差别主要 表现在两个方面：(1)P降中的Vy 数值为负。即下降的重力做功，旋翼气流中获取能量。(2)在垂直下降速度较小时，P诱由于旋翼周围的不规 则的紊乱流动使旋翼垂直下降状态诱导的功率增大。直升机垂直下降中，旋翼从下降中所获取的能量，在很大的速度范围内，消耗到诱导功率中去了。

oops1

引用第3楼yzh_nj_china于2007-12-17 01:21发表的 :
我认为的悬停的原理大概是受力平衡~~
然后在网上查了下果然是~~
悬停

　　悬停是直升机在一定高度上保持航向和对地标位置不变的状态。直升机的这一飞行特性不但能适应多种作业的需要，更能扩大其使用范围。无论是高大建筑物的屋顶平台，还是高山峡谷的狭小平地，它均能起降自如，实施多种作业。因此悬停是直升机区别于一般固定翼飞机的一种特有的飞行状态。虽然某些特种飞机，例如喷口转向飞机，也能作短时悬停，但由于它们产生平衡飞机重力喷口的推力面的载荷大大超过直升机旋翼的桨盘载荷，这样不便使这类飞机在相同飞行重量的悬停需用功率比直升机的高得多，而且过大的诱导速度引起悬停状态作业的环境条件大大恶化。此外垂直起落飞机的喷口对地面严重烧蚀等方面的问题限制了这类飞机的使用范围。
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录象上放的不是直升机吧。
我看到战斗机的下方好象有2道喷气，猜想是利用喷气的反作力支撑飞机悬停在空中。

yzh_nj_china

恩，悬停应该就是受力平衡，就看什么力跟什么力平衡了~~~
不过好像很复杂的样子~~
期待专家解答~~~

killl

引用第4楼oops1于2007-12-17 12:50发表的 :


录象上放的不是直升机吧。
我看到战斗机的下方好象有2道喷气，猜想是利用喷气的反作力支撑飞机悬停在空中。

或者喷气只是用来展示用的？就像飞机彩烟一样？

oops1

英国“鹞”式垂直起降战斗机
英国“鹞”式垂直起降战斗机成功研制后，美国海军陆战队深感这一战斗机能满足海军陆战队前线航空火力支援部队的需要。因此美国海军陆战队购买了一批英国“鹞”Mk50，重新编号为AV-8A，用于近距离空中支援和侦察。“鹞”Mk50与英国的“鹞”GR.Mk3基本上一样，但英国宇航公司(BAE)应美国要求进行了细节改进，如增加使用“响尾蛇”导弹的能力等。头10架装“飞马”102发动机，之后的改装“飞马”103发动机。

最终美国海军陆战队共购买102架AV-8A，后来又订购8架装“飞马”103发动机的双座“鹞”Mk54，改名为TAV-8A，用于作战训练。第一架AV-8A于1971年交付美国海军陆战队，至1977年全部交付完毕。AV-8A是美国少有的来源于外国设计的现役军用飞机。陆战队在使用后认为AV-8A符合要求，但期望对其作进一步改进，以进一步提高作战性能。

点击查看AV-8B视频资料：波音片段 转弯

这就促生了AV-8B垂直起降攻击机，由美国麦道公司(现并入波音公司)和英国宇航公司联合研制，1983年开始服役。机体制造工作的60％由麦克唐纳·道格拉斯公司承担，其余40％由英国航宇公司承担。对于西班牙、意大利等其他国家的订货，麦克唐纳·道格拉斯公司将负责飞机生产工作量的75％，英国航宇公司负责25％。双方分别负责各自分工机身段内的系统及其安装。

英国航宇公司负责制造所有飞机的喷气辅助操纵系统，并负责英国皇家空军订购飞机的总装。麦克唐纳·道格拉斯公司负责美国海军陆战队和西班牙订购飞机的总装工作。按计划在生产高峰期美国每月生产4架，英国2架。所用发动机为F402-RR-406型(“飞马”Mk105)，是“飞马”II型的改型，其发动机寿命大大延长并降低了平时飞行的成本。新发动机的推力增加13.3千牛(1357公斤)。普拉特·惠特尼公司分担发动机制造工作量的25％(按价格计算)；其余部分由罗尔斯·罗伊斯公司承担。1991财年，AV-8B的单机出厂价为1959万美元，GR.Mk5型单机出厂价约为2300万美元。

头6架AV-8B是由AV-8A改装而来的，经试验定型后，投入批量生产。AV-8B型根据美军具体需求进行了深入的改进。主要改进包括改进座舱盖，使用了视野良好的水滴形舱盖；更新了电子设备。有七个外挂挂架，可挂AIM-9M“响尾蛇”近距空空导弹、AGM-65“小牛”反坦克导弹、普通炸弹、火箭弹等。AV-8B初始造价为2370万美元，贵得可以。AV-8B有一种教练机改型TAV-8B。



AV-8B在机体结构上采用了碳纤维复合材料制造的机翼、机身部件及尾翼，采用超临界翼型，加装升力辅助装置。该装置由装在机身上或装在机炮舱下的整流片及舱前的可收放式挡板组成，可以在垂直起飞时增大升力。加大了机翼后缘襟翼和下倾副翼，前机身和座舱采用新的设计。重新设计发动机进气道，垂直起飞和短距起飞时发动机推力得到加大，巡航飞行的效率提高。电子设备加装了休斯飞机公司的角速度轰炸装置。此外，英国航宇公司曾为英国“鹞”式的“大翼鹞”改进型设计了前缘边条，AV-8B采用了这一设计，但边条大小只有原设计的64％。这一改进使AV-8B的瞬时盘旋能力大大改善，增强了空战格斗能力。由于改进使重量增加，同时增加了外挂载荷，起落架进行了加强。

AV-8B采用一台罗耳斯·罗伊斯公司的“飞马”11-21(F402-RR-406)推力转向涡扇发动机，推力95.86千牛(9775千克)。1986年后半年，开始加装余度数字式发动机控制系统，以机械控制作为备份。该发动机采用无切口式前喷管，进气道唇口成椭圆形。前缘进行了加固以防鸟撞，设有单排辅助进气门。机翼中设有整体油箱；内部总装油量4163升。装有可收放式空中受油杆。垂尾根部设有机背进气口，供设备舱冷却系统之用。后机身下部有腹鳍。垂直起飞时最大有效载荷约3062千克，可带燃油、武器和弹药，以及供发动机喷水时使用的水。短距起飞时最大有效载荷7710千克。

AV-8B的机载设备比“鹞”和AV-8A有很大改进。包括两台柯林斯公司的RT-1250A/ARC超高频/甚高频通信电台，R-1379B/ARA-63全天候着陆接收机，RT-1159A/ARN-118塔康，RT-1015A/APN-194(V)雷达高度表，霍尼韦尔公司的CV-3736/A通信/导航/识别数据转换器，本迪克斯公司RT-1157/APX-100敌我识别器，利顿公司的AN/ASN-130A惯性导航系统，加雷特航空研究公司CP-1471/A数字式大气数据计算机，史密斯工业公司SU-128/A双层玻璃平视显示仪和CP-1450/A显示计算机，凯撒公司的IP-1318/A数字式阴极射线管显示指示器，费伦第公司的地图显示器。

此外，还包括利顿公司的AN/ALR-67(V)2前/后视雷达警戒接收机，及古德伊尔公司的箔条弹/红外曳光弹投放器(装在机身后部下方)。休斯飞机公司的AN/ASB-19(V)2角速度轰炸系统装在飞机头部(有电视和激光目标搜索/跟踪系统)。该系统与CP-1429/AYK-14(V)飞行任务计算机、利尔·西格勒公司的AN/AYQ-13外挂管理系统、显示器计算机和与之相联的座舱显示器、平视显示器及数字式显示指示器共同工作。与喷气反作用操纵系统相联共同控制飞行的霍尼韦尔公司的AN/ASW-46(V)2增稳及飞行高度保持系统目前正在进行增加处理大迎角状态能力的改进工作。机上设有备用机械仪表。

上述设备充分体现了美国在航空电子作战设备上的领先地位，使得AV-8B的作战能力远优于早期的“鹞”，也使得AV-8B的改型不久就返销英国。



AV-8B取代了美海军陆战队的A-4“天鹰”(SKYHAWK)攻击机，使得美陆战队拥有了自己的第一种空中近距支援机种。AV-8B在海湾战争执行了多架次任务，击毁敌方大量目标，但也是盟军损失较多的机种。这主要因为该机的主要任务是低空轰炸，因此频频遭敌高炮火力打击。当时AV-8B布置在距离科威特海岸不足100千米的战舰上，是美军最接近敌防线的攻击机，一共出动了3380架次、4083飞行小时，一直保持90%的出击成功率。

AV-8B最新改进型“鹞II+”96年服役，装备了F/A-18使用的APG65攻击雷达。最上面的图片就是一架“鹞II+”，大家可以对比一下其他照片，机头上的光学传感器已经不见了，变成了整体的机头雷达整流罩。由于加装了攻击雷达，使得在恶劣气候和夜暗中的战斗力大大跳高。“鹞II+”采用英国罗尔斯罗伊斯公司(即劳斯来斯轿车原来的生产商，现罗罗公司已经将轿车分部卖给了BMW宝马公司，专心做航空发动机)的F402-RR-408发动机。最上图中发动机气流使得后面的景物都看不清了，可见气流的灼热。



固定武器为一门载弹300发的GAU-12U 25mm五管加特林机关炮，安装在机腹两个GAU-12/U吊舱内，常用弹种为PGU-32半穿甲高爆弹药(右图)。该吊舱采用保形设计，同时合理的遮蔽了喷口和进气口，避免了喷气导入进气口中。该机炮吊舱系由美国原通用电气公司、现洛克希德-马丁军械系统公司(Lockheed Martin Armament Systems)研制，用于对空对地攻击。1980年在加州中国湖海军武器中心进行试射，AV-8B以飞行速度926.6千米/小时，俯冲角5°，瞄准斜距610～1220米，共发射14000发炮弹，摧毁了美军M47和苏制T-62主战坦克目标。进入美国海军陆战队服役后，还向西班牙海军出口。两个吊舱分挂在机身下部左右两侧，右侧吊舱内装弹药及其供弹系统，左侧吊舱内装一门5管25mm口径GAU-12/U加特林炮及其气压传动装置、炮口燃气偏转器和后座转接支架。采用闭环无链供弹系统，300发炮弹分层排列，通过输弹道进入左侧吊舱机炮进弹口，与此同时，机炮射击时抽出的弹壳或哑弹，则进入输弹道，返回右侧吊舱的弹箱内。弹壳留在吊舱内，既可使飞机横向重心位置变化不大、保持飞机射击时的稳定性，又可使弹壳不损伤飞机。传动装置为机炮射击和供弹系统提供动力。机炮既可使用美国M790标准弹药系列，包括训练弹、爆炸燃烧弹、穿甲燃烧弹、脱壳穿甲弹等，还可使用25mm口径欧洲标准弹药系列。燃气偏传器使机炮射击时产生的火药气体向吊舱下方排出，不致损伤机体和影响发动机工作。

AV-8B配有前视光学计算机瞄准系统(LCOSS：lead computing optical sight system)。最新武器为“硫磺石”(brimstone)空对地反坦克导弹(下图)，实际上这是AH-64“阿帕奇”上常用的AGM114“海尔法”(HELLFIRE)反坦克导弹的改进型，采用毫米波主动制导技术，能在夜间和恶劣气象下摧毁敌目标。由于不是使用光学或红外制导，其头部涂上了不透明的材料，当然对毫米波来说是“透明”的。最下图是“硫磺石”挂载在AV-8B上的情况，可以看到一次可以挂载6个三联装挂架，共18枚。在这幅图里我们也可以看到AV-8B机头的一些细节，包括光电观瞄装置，风向标似的机体姿态传感器，空中加油管，及各种大气数据天线。

AV-8B有多个外挂点。两炮舱中间机身中心线处挂架可带1个454千克重的外挂物。每侧机翼下有3个外挂点，内侧挂点可挂1个907千克外挂物，中间一个可挂454千克，外侧1个可挂281千克。4个内侧翼下挂架可以带副油箱。AV-8B可采用武器的种类非常丰富。典型的武器外挂包括2或4枚AIM-9L“响尾蛇”、“魔术”或AGM-65E“幼畜”导弹；多达16颗的226.75千克普通炸弹；12束集束炸弹；10颗“宝石路”激光导引炸弹；8颗燃烧弹；10个火箭发射吊舱；6个箔条或红外曳光弹吊舱；或(除了机身下边炮舱外)2个翼下机炮吊舱。所有形式都符合ML Aviation BRU-36/A炸弹投放装置标准。机身下中心线挂架可带AN/ALQ-164防御性电子干扰吊舱。2003年海军陆战队开始为AV-8B装备MK83型JDAM联合直接攻击弹药。









基本技术数据

发动机推力：9566千牛(F402-RR-406)10411千牛(F402-44-208)
机长：14.11米
翼展：9.24米
最大速度：M1.0
最大航程：3780千米
作战半径：293千米(近距支援)817千米(对地拦截)
续航时间：3小时
使用空重：6336千克
最大起飞重量：14061千克
最大燃油重量：(内部)3347千克，(带副油箱)7180千克
最大外挂重量：4173千克
最大平飞速度：(海平面)M0.85,(高空)M0.92
转场航程：3641千米
短距起飞滑跑距离：435米

oops1

垂直起降的“鹞”式与AV-8B

　



  鹞”式战斗机是英国研制的世界上第一种实用的固定翼垂直短距起降飞机。在我国，它曾被叫作“猎兔狗”。据说，当时一位英国将军听了“猎兔狗”这个译名颇不以为然，他说：我们英国的狗和其他国家的狗都是一样的，是飞不到天上去的。当然，这只不过是一种笑谈，不过，后来我国新闻媒体上再谈到这种战斗机时，都改称“鹞”式。
    发生在十几年前的那场战争——英阿马岛之战，至今人们还记忆犹新。在那场战争中，英军出动了数十架 “鹞” 和“海鹞”式 (“海鹞”是“鹞”式飞机的海军型)垂直／短矩起降战斗机，与阿根廷空军展开了大规模空战。战斗结果显示：阿根廷军队损失的飞机中，有31架是被“鹞”和“海鹞”击落的，而“鹞”和“海鹞”没有一架被阿方击落、击伤。使“鹞”式飞机身价倍增的是发生在l983年 6月的一次偶然事故。那一天，一架英国的“海鹞”战斗机从一艘航空母舰的甲板上起飞，进行海上训练。飞行员操纵飞机飞行了一段时间，突然“海鹞”的无线电通信导航设备出了毛病，与航空母舰失去了联系，眼看“海鹞” 的燃料将要耗尽，就在这时，飞行员发现海面上有一艘西班牙货船，他急中生智，决定降落在货船上。以前，“海鹞”从来没有在货船上降落的先例。飞行员用手式与西班牙货船上的船员进行了联系，最后成功地降落在货船的前甲板上。 这一成功的降落， 使“鹞”式飞机成为许多国家军方关注的对象。一些国家纷纷向英国订购“鹞”式飞机。

   “鹞”式飞机主要是为低空对地攻击而设计的亚音速单座垂直／短矩起降攻击机。它的发动机有 4个喷口，分别设在机身下方的飞机重心四周，每个喷口都可以在一定范围内灵活地转动方向，从而产生不同方向的推力，使飞机可以向前飞、后退、横向飞、悬停、空中原地转向和垂直起落。

“鹞”式飞机从诞生至今，已近“不惑之年”了。 1969年，“鹞”式飞机开始在英国军队服役。虽然“鹞”式攻击机受到很多国家军队的青睬，但是“鹞”式飞机的缺点也是很明显的。首先是它的耗油量大，垂直起降、悬停都需要大量油料，它需要装载很多航油，相对来说载弹量就小了，作战半径也小，如果不挂副油箱，满载弹药，它的作战半径只有92千米。再有，它的操纵系统也比较复杂，稍不注意就容易引起失误。为了克服这些缺点，美军决定与英国联合研制 、改造“鹞”式垂直短矩起降飞机，称为“鹞” Ⅱ式计划。美英两国分别提出了两种方案，英国提出的仍叫“鹞”式飞机改进方案，将改进后的“鹞”称为“鹞”GRMK5。美国的麦克唐纳·道格拉斯公司(麦道公司)提出的改进方案，称为“AV—8B”方案。因为美海军曾向英国购买过一批“鹞”式飞机，美海军将买回的“鹞”式编号为“AV— 8A”，所以美军将“鹞”的改进型称为“AV— 8B—’。改进“鹞”式飞机最重要的是减轻重量，增大作战半径，提高升力，加装武器。
   AV—8B采取了如下改进措施：首先采用复合材料生产机身、机翼和其它许多部件。据统计，整架飞机有 27％左右的结构采用了石墨／环氧树脂复合材料 ，使整机减轻重量3200多千克。这样一改，AV—8B就成为世界上第一种大量使用复合材料的作战飞机。其次，增大了机翼面积，能更有效地进行短距起降，能在翼内多带50％的燃油。活动半径随之也增大了许多。另外，它的起落架之间的距离也缩小了，便于在航空母舰上起飞。 AV—8B的武器系统也有了改进，加装了先进的空对空导弹和空对地导弹，加强了空战和对地攻击能力。还有，提高了飞行员的座椅位置。装上了新型的气泡式座舱，为飞行员提供了良好的视野条件。

sundra

洛马F35的垂直起降型，使用了类似雅克36，141的方式，但将机腹两侧的喷气发动机改为升力风扇，可在垂直起降是垂直向下吹风，尾部一台发动机类似鷂式的RR飞马发动机，可以在一定范围内灵活地转动方向，从而产生不同方向的推力，使飞机可以向前飞、后退、横向飞、悬停、空中原地转向和垂直起落。

一尘

记得垂直起降战斗机，除了使用升力风扇或发动机喷管转动的办法改变推力方向的办法，还可以侧转机翼（发动机固定在机翼上），还有一种叫“向表面吹气”的技术，记不清是怎么回事了，有专家最好给说说。

f117a

来晚了，都说了、、、、、

Ｕ３３

引用第11楼f117a于2007-12-17 20:57发表的 :
来晚了，都说了、、、、、

这问题好像不需要f117a来解释吧，找一张AV-8B的侧面照片，把从侧面看到的两个喷口位置圈一下就很清楚了。

oops1

AV-8B近照和波音公司的漫画

killl

像火箭啊，第一个是不是排尾气的啊？还是提供动力的？难道传说中的喷气式就是这个意思？

1234561

直到今日，可以悬停的飞机除了直升机外，不外两三种。一个是美国的F35，一个俄罗斯的雅克141，一个英国的鹞式战斗机

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像楼主提供的视频似乎就是F35的

foxhw

视频里飞机明显有气流向下喷射，十几年前施瓦辛格的电影《真实谎言》里就有驾驶鹞式战斗机垂直起飞和悬停的很多镜头。