像鸟儿一样腾飞（下）——人类垂直起降飞行的梦想

波音 YC-14 用所谓“上表面吹气增升”，用喷气气流加速上翼面的气流流速（实际上就是 Coanda 效应），实现短距起落

YC-14 在德国海德堡空军基地演示的时候，发动机强大的吸力，把地上的水吸溜进发动机去了

安-72 是第一架利用 Coanda 效应的量产型飞机

安-72 的起落距离很短，但炽热的发动机喷流对机翼上表面的烧蚀严重，平飞中喷流依然流经机翼上表面，损失推进效率，油耗高

　　不过 Coanda 效应不是只能用于短距起落飞机的。用好了，Coanda 效应可以实现垂直起落，这其中的佼佼者就是加拿大 Avro 的 Avrocar。关于飞碟的传说很多，最后大多被证明只是人们的想象，但 Avrocar 确实很像飞碟，这大概是最接近传奇式的飞碟的飞行器了。Avrocar 就像一个上面圆浑的大碟子，中间是进气的圆孔，周边是一圈小喷嘴。发动机产生高压排气，通过周边的喷嘴喷出，拉动上方气流，沿上表面高速从中心向周边流动，在飞行器静止的时候就可以形成升力，达到垂直起飞。垂直起飞后，重新调整周边喷嘴的气流分布，就可以实现喷气推进，一旦达到一定速度，飞碟本身的形状就可以产生气动升力，这时转入正常飞行。Avrocar 是美国陆军 VZ 系列垂直起落研究机中的一个，在试飞中演示了垂直起落能力，但无法飞出地效高度，一进入无地效飞行，飞行控制就显得力不从心，飞行稳定性没法解决，最后下马了，留下一段飞碟的佳话。

加拿大 Avro 公司（就是曾经研制下马了的 CF-105 Avro Arrow 的那个公司）研制过涵道风扇达成 Coanda 效应产生升力的 Avrocar

Avrocar 是历史上最接近传奇式的飞碟的飞行器了，采用中央的涵道风扇进气，喷气从碟的周边喷出，拉动上表面气流，在上表面形成 Coanda 效应，产生升力，达到垂直起飞。在加速实现气动升力后，爬升并转入正常飞行

Avrocar 离地飘行。尽管“飞碟”在理论上可以飞起来，实际上，Avrocar 从来没有真正飞起来过，离开地效后，飞行稳定性问题没法解决

但是 Avrocar 引发了很多关于飞碟和外星人的联想 。实际上，出资 Avrocar 的美国军方对飞碟的应用是很实际的

　　飞碟之类的太过离奇，更实际的还是在普通布局的固定翼飞机上做文章。倾转发动机、倾转机翼、倾转机身都太兴师动众，不是只要把推力矢量转一个向就成了吗？这就是推力偏转（deflected slipstream，也称升力襟翼，因为特大的襟翼是垂直起落升力的主要来源）的概念。实现起来，把特大号的襟翼放下来，螺旋桨或喷气发动机对着猛吹，襟翼就把推力矢量向下偏转。由于发动机直接向襟翼吹气，也有把这叫做喷气襟翼，但在英文里和吹气襟翼是一个词，都是 blown flap，不过这和通常所说的吹气襟翼不是一回事。仔细分别的话，前者是翼下吹气襟翼（under-the-wing blown flap），后者是翼上吹气襟翼（over-the-wing blown flap）。要注意的是，推力偏转不是向量推力（vectored thrust），发动机喷口并不转动，推力偏转是通过襟翼完成的。Ryan 92 VZ-3 是这方面的先驱。螺旋桨时代，推力矢量比较“散”，这也是利用 Coanda 效应的上表面吹气增升很难在螺旋桨飞机上实现的道理，所以 Ryan 要用异常巨大的襟翼和翼尖包围的垂板，来实现升力襟翼。Fairchild VZ-5 比 Ryan 更进一步，使机头往上抬起 30 度，利用地效进一步增加升力襟翼的增升作用，这已经接近 Freewing 的概念了。法国布雷盖（后并入达索）的 941 型短距起落客机是第一个在量产飞机上使用升力襟翼技术的，美国的美国航空公司（American Airlines）等研究过将布雷盖 941 用于美国国内城际通勤航线，由于种种原因，最后没有实现。第一个将升力襟翼用于喷气飞机的是麦克唐纳 YC-15，这是和波音 YC-14 竞争 AMST 计划的麦克唐纳方案。由于喷气发动机的喷流均匀一致，从襟翼向下偏转的喷流还对机翼上表面的气流起到一定的 Coanda 效应，进一步增加升力。AMST 下马后，波音没有对“上表面吹气增升”进一步研究，但麦克唐纳把升力襟翼用于 C-17，使升力襟翼终成正果。不过不管是 YC-15 还是 C-17，重点都不再是垂直起落，而是短距起落。

Ryan 92 VZ-3 是采用升力襟翼的先驱

Fairchild 224 VZ-5 更进一步，前机身有一个自然的 30 度上仰，进一步增强增升效果，T 形尾顶端后有一个小螺旋桨，用于悬停是辅佐姿态控制

但是实用型的升力襟翼还是法国人先走一步，借助升力襟翼技术，布雷盖 941 已能够在特别窄小的场地起落著称

在美国，美航（American Airlines）也对把布雷盖 941 用于市中心机场到市中心机场的中短途航线很感兴趣

麦道 YC-15 用“喷气襟翼”增升，说白了，就是用特大号的襟翼，有发动机喷气流对着直接吹，产生向下的偏转，达到增升

YC-15 和波音的 YC-14 一起，竞争取代 C-130 的“先进中型短距起落运输机”（Advanced Medium Short Take off and Landing Transport，简称 AMST）计划

这里容易看到特大襟翼打开时的情景。AMST 计划最后取消了，YC-14 和 YC-15 都没有投产，但YC-15的喷气襟翼技术日后用到 C-17 上

从前机轮离地的角度，就可以对 YC-15 短距起飞的能力有所领略

YC-15 的升力襟翼在 C-17 上开花结果了，C-17 也可以用特大号的襟翼实现短距起落，不过考虑到 C-17 造价不菲，C-17 用于前线野战机场的机会恐怕不多

C-17 也可以玩“吸水”的把戏

　　推力偏转可以实现垂直起落，但很费劲，难怪 YC-15、C-17 只用推力偏转实现短距起落而不是垂直起落，一个是空军的要求降低了，最主要的还是垂直起落比短距起落难好几个数量级。但垂直起落毕竟是航空人孜孜以求的。最彻底的推力偏转莫过于把发动机直接对着地面，但水平飞行的时候，发动机还是要水平才是，那何不打破飞机水平起飞的常规，让飞机竖立起来，尾巴坐在地上垂直起飞，起飞后再改平呢？由于起飞、着陆时飞机都是机尾冲地，所以称为“坐地”式（tail sitter）。以 FW 190 战斗机出名的 Focke-Wulf 在二战后期众多的秘密武器研究计划中，就有一个 tail sitter 的方案 Triebflugel，用冲压式发动机驱动三叶宽弦大弯度刚性旋翼，旋翼和机身通过滑环连接。从道理上讲，这样的战斗机没有理由为什么不能升空，尽管有很多技术细节的问题，诸如滑环的可靠性问题。如果战争再晚几年结束，没准 Triebflugel 真能服役。实际性能不说，那挥舞的机翼像耍把式的恶汉，没准就把敌人给吓着了。战后，根据战时的经验，美国海军对减少对护航航母的依赖，在民船上分散部署可以垂直起落的护航战斗机很感兴趣，tail sitter 在技术上的风险最小，成为首选。洛克希德和康维尔分别推出 XFV-1 和 XFY-1。两者都用巨大的机头同轴反转螺旋桨驱动，用下洗气流作用下的机翼上的气动控制面控制垂直起落和平飞阶段的飞行。试飞结果表明，垂直起飞和向平飞的转换十分容易，但着陆是一个大难题。着陆时，由于剩余的前进速度，飞机不光头朝上，还稍有一点尾冲前的姿态，由于飞行员是仰面朝天的姿态，习惯的参照物像地平线、地标等全都看不见，对估计飞机在下降过程中的前进速度、下降速度、高度、位置都带来极大的困难。Tail sitter 在经过初期的乐观后，很快消失了。Tail sitter 的主要问题是着陆时飞行员的控制问题，但无人机就没有这个问题，所以波音在近年重又捡起 tail sitter 的概念，用于 Heliwing 无人机上，现在仍在接受军方的评估。