说起垂直起降战机，很多军迷的第一反应就是——鸡肋。原因在于，以往的垂直起降战机有各种缺陷。

很多人都误以为我国迟迟不研制垂直起降战机是因为技术难度太大。然而这或许不是主要原因，更重要的原因是以前的垂直起降战机设计方案缺陷很大，造出来的垂直起降战机很不实用。

1、英国“鹞”式战机牺牲超音速性能换取垂直起降功能。

英国“鹞”式战机采用一台飞马发动机，涵道比高达1.4，这直接导致战机截面太大，内油太少。后果就是“鹞式”战机无法超音速飞行，内油作战半径少得可怜，堪称机场保卫者。

“鹞”式战机采用的飞马发动机十分复杂

2017年，官方媒体“中国军号”头条号在一篇名为《“鹞”式老矣，尚能战否？》的文章中提到：AV-8B携带12枚MK82炸弹使用内部燃油短距起飞，作战半径只有167公里。

2、前苏联雅克141战机牺牲作战半径换取垂直起降功能。

前苏联雅克141垂直起降战机采用2台前置RD-41升力发动机，单台推力达41.68千牛，主发动机为一台推力达吨的R-79V-300发动机，最大加力推力约为152千牛。

这样设计使得雅克141战机的升力风扇单位面积推力可以做得很大，很小的发动机截面就能做到很大的推力，机身可以做得更加细长，有利于降低超音速激波阻力。好处就是雅克141成为世界上第一种可以超音速飞行的战机。但是采用前置发动机也带来一个大问题，那就是发动机涵道比太小，油耗太大，垂直起降阶段油耗太大，严重影响作战半径，作战半径只能达到500公里。此外，升力发动机尾流温度极高，垂直起降时容易导致高温尾气被主发动机吸入而引发推力骤降的毛病。

雅克141战机

3、美国F35B总体设计最先进，但仍牺牲部分飞行性能。

资料显示，F35B垂直起飞时的作战半径可达833公里左右（450海里），与同吨位普通战机差不多，最大航速1.6马赫。

美国F35B垂直起降战机采用后置主发动机在前方通过一根驱动轴驱动前置风扇的动力方案，避开了英国“鹞”式战机、前苏联雅克141战机的致命缺点，有效兼顾了飞机的作战半径和超音速性能，但仍需以牺牲部分飞行性能为代价。

升力风扇相比升力发动机除了具有更低的耗油率之外，还不会产生高温尾气，不会影响主发动机正常运行。然而这样设计也不可避免导致传动轴功率密度飙升，主发动机还需要引出2股平衡气流，发动机研制难度飙升，系统复杂度仍然很大，可靠性仍然无法同普通战机相提并论，死重也仍然不小。

F35B

尽管F35B凭借隐身性能，仍然可以轻松欺负飞隐身战机，但若是面对同代隐身战机，它仍然只有挨打的份。平飞时，仅用于垂直起降的升力风扇和传动轴，以及用于引出2股气流的管道和操控系统仍然是不小的死重。

回顾过去各国研制的垂直起降战机，我们发现，这些战机都存在平飞死重大和影响飞行性能至少两方面的缺陷。这些缺陷也导致垂直起降战机成为“鸡肋”，使用、维护成本很高，但作战效能却远低于普通战机。

以往战机为了实现垂直起降功能，前置升力系统在平飞时都不可避免地成为结构死重，而且还占用了大量宝贵空间，很大程度上影响了战机的飞行性能，导致垂直起降战机竞争力严重下降。

受单发推力制约，以往垂直起降战机最大垂直起飞重量都不大

那么有没有更好的设计，能够避免垂直起降升力系统成为结构死重呢？

中国成飞集团给出了肯定答案！事实证明，中国人不只山寨能力极强，原创能力也同样不差！

5月23日，国家专利部门正式公布了中国成飞集团申请的垂直起降战机设计专利。这个全新的垂直起降战机设计方案十分巧妙，采用双发动机串列式布局，前置发动机进气口设置在战机背部，喷出的气流通过管道引至飞机主翼两侧前方，后置发动机进气道在战机座舱下方，尾部加装可以向下弯曲的三轴承旋转喷管。

成飞集团申请的垂直起降战机设计方案专利说明书截图

垂直起飞时前置发动机引至主翼两侧的2股尾流加后置发动机借助向下弯曲的尾喷管向下喷出的尾流共同出力。平飞时，前置发动机引至主翼的2个喷口调节方向，将尾流变成水平喷出。这样设计前置发动机喷出的高温尾流远离后置发动机的进气道，可以避免影响后置发动机正常运行。

这样设计的好处至少有4个。

一是不会成为结构死重。

平飞时前置发动机也会出力，而不会成为死重，尽管弯曲的引流管会导致有效推力小幅度下降，但相比以往垂直起降战机的动力系统设计方案，它的代价简直微不足道。

二是双发串列布局有利于降低飞机迎风截面。

研究表明，迎风截面越大，飞机受到的空气阻力越大。那么双发串列布局的飞机迎风截面自然要小于双发并列布局的飞机。亚音速飞行阶段，双发串列布局的飞机飞行阻力自然要小于双发并列布局的飞机。

三是提高战机的抗坠毁能力。

前置发动机和后置发动机只要不同时停车，采用这种串列布局的垂直起降战机都不会彻底失去动力，都能凭借其中一台发动机飞回来，其抗坠毁能力和普通双发战机无异，远高于F35B这种单发战机。

四是可大幅度提升战机的吨位上限，从而大幅度提升垂直起降时战机的有效载荷。

F35B采用前置升力风扇+传动轴+主发动机设计方案，本质上只有一台发动机，若想提升垂直起飞时的最大吨位，只能提升主发动机的推力。凭借超强的航空发动机研发实力，美国早早就造出了最大加力推力达18.15吨，最大悬停推力高达175.3千牛、短距推力达169.5千牛的F135-PW-600涡扇发动机。然而，F35B空重高达14.57吨，相比F35A，其空重增加了1.35吨左右，垂直起降重量却无法超过17.89吨，仅能额外携带3.1吨左右的载荷。

F35B动力系统设计方案

如果1.35吨死重不再是死重，而是能产生推力的发动机，那么局面将瞬间扭转！在技术水平相当的前提下，不带加力燃烧室的发动机推重比可达带加力燃烧室发动机的75%。假设发动机推重比达到F135-PW-600的75%，那么1.35吨重的发动机军用推力将达到11.1375吨。如果采用成飞集团的发动机串列式设计，一架空重和F35B相当的垂直起降战机可以串列一台推力达18.15吨的后置涡扇发动机，再加上一台推力达11.1375吨的前置不带加力涡扇发动机。总推力将高达29.2875吨，按照F35B发动机尾流偏转90度的推力损失幅度计算，这种发动机串列布局的战机垂直起降时，最大推力损失不会超过5%，有效推力仍然可以达到27.823吨！那么这种串列布局的垂直起降战机垂直起降时的有效载荷将高达13.25吨左右，几乎与不具备垂直起降功能的普通战机无异！

当然，考虑到发动机高温尾流引流管道需要采用耐高温材质，并做好隔热措施，会增加一部分结构重量，其实际有效载荷将有一定下降，但仍然有很大把握超过10吨甚至12吨，远超F35B的3.1吨。总体来看，成飞集团的新概念垂直起降战机方案远远优于F35B。

实际上这种先进设计美、俄等国也未必想不到，无非就是把原本后置并列的2台发动机改成串列设计，但为何其他国家不做呢？

成飞垂直起降战机设计专利说明书内容

其实原因也很简单，前置发动机的引流管道需要采用耐高温材料，同时还需要做好隔热措施，他们没把握做好。据了解，涡扇发动机的尾流温度通常高于600℃但不超过2200℃。然而，即便是600℃高温，要做好耐热和隔热措施也不简单。

一款战机在设计研发之前需要做可行性论证，既然成飞集团敢这么设计，那就说明他们有把握做好前置发动机引流管道的耐高温和隔热。

在此根据我国已经掌握的技术做2点推测：

1、这种垂直起降战机的前置发动机采用中涵道比设计，以便尽可能降低发动机耗油率和尾流温度。

所谓涵道比是指外涵道与内涵道空气流量比值，比值越大，发动机的涵道比越大，高空高速性能越差，但耗油率越低，尾流温度越低。

那么最适合成飞集团这种新概念垂直起降战机的串列式发动机组合方案是，前置发动机采用中等涵道比涡扇且去除加力燃烧室，以降低耗油率和发动机尾流温度。如果尾流温度降低到600℃，那么耐热、隔热技术难度就可大幅度降低。

后置发动机采用变循环发动机，以拓宽飞行包线，同时兼顾耗油率。垂直起降时，后置发动机调整到涵道比最大的状态，以便降低耗油率和尾流温度。此时这种新概念垂直起降战机的发动机耗油率将显著低于以往垂直起降战机型号。

变循环发动机结构示意图

平飞加速到高空高速状态时，前置发动机关闭，后置发动机直接调整为涵道比为0的涡喷模式，以便尽可能提高发动机在高空高速状态下的有效推力，从而尽可能将战机提升到更高的马赫数。当然，后置发动机不是关键，即便不采用变循环发动机，而是采用普通小涵道比涡扇发动机，这种新概念垂直起降战机的飞行包线也能做得差不多，只是耗油率稍大而已。所以，关键还是在前置发动机能不能做得又轻又省油，尾流温度又尽可能降低。在涡扇15已经研制成功的大背景下，造出这种前置发动机不再是问题。

当然，前置发动机采用中等涵道比和不带加力燃烧室设计会导致发动机只能在亚音速状态下为飞机提供有效推力，超音速飞行时只能关闭，但这个缺陷仍然是可接受的，毕竟制约战机垂直起降重量的最大因素就是垂直起降阶段单发设计的推力有上限，双发串列设计无论如何都是优于单发设计的。并且，随着今后尾流管道耐高温和隔热技术的进一步发展，前置发动机也有潜力换成带加力燃烧室的变循环发动机，从而进一步提升飞机性能。

2、采用亚轨道运载器已应用的耐热、隔热材料技术，可有效解决前置发动机尾流引流管道的耐热、隔热难题。

2021年11月25日，第七届中国（国际）商业航天高峰论坛在武汉开幕，航天科工官方首次透露，“腾云”工程已经成功首飞！据了解，美国至今仍未试飞同类可重复使用亚轨道运载器。

航天科工集团透露的消息

根据官方公布的消息来看，“腾云”空天飞机由可重复使用亚轨道运载器作为一级和可重复使用轨道器作为二级组合而成，组合体在亚轨道运载器组合循环发动机的持续推动下，从零加速到7马赫左右的超高速，然后轨道器与亚轨道运载器分级，轨道器利用自身火箭动力继续加速入轨。

亚轨道运载器加速7马赫所面临的一个难题就是气流与机体摩擦温度可达2000℃！既然“腾云”空天飞机已经首飞，就说明它的一级，即亚轨道运载器已经攻克了轻质高强耐高温材料和高效隔热技术！把这技术拿来造上文提到的这种新概念垂直起降战机的前置发动机高温尾流引流管道是绰绰有余。