2020年7月18日，据《环球网》报道，在第21届专利奖授奖现场，成飞集团研制的歼20战机凭借全球首创的“升力体边条翼鸭式气动布局”，获得了专利奖的外观设计金奖。最近，成飞集团再次搞出了大新闻！

2023年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驾驶舱后面，喷出的气流通过管道引至飞机主翼两侧前方，通过可调节水平和竖向的喷口喷出尾流产生推力；后置发动机进气道在战机座舱下方，采用机头腹部进气，尾部加装可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股尾流通过喷管喷出，与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个喷口调成呈水平方向，尾流接近水平方向喷出。

以往的垂直起降战机可分为两类，第一类是采用一台发动机作为垂直起降动力，典型代表就是英国的“鹞”式战机和美国的F35B；第二类是采用前置升力发动机＋后置主发动机作为垂直起降动力，典型代表就是前苏联雅克141战机。

第一类垂直起降战机因整个动力系统通常需要通过各种手段从主发动机引出多路动力，以实现垂直起飞功能，这也导致动力系统复杂笨重，整体推重比偏低，导致战机垂直起降时推力富余度较低。例如F35B需要从主发动机输出部分动力给升力风扇，同时从发动机压气机向两侧引出2股气流以配合主发动机共同实现垂直起降。第二类垂直起降战机动力系统整体推重比远高于前者，但存在一个致命问题就是前置发动机喷管距离后置主发动机的进气道入口太近，导致后置主发动机容易吸入前置发动机尾气，造成推力骤降甚至熄火，使用安全性远低于前者。例如雅克141就存在这个致命缺陷。

成飞的设计方案相当于第二类垂直起降战机的继承发展型，具有动力系统整体推重比高，并且高温尾气不容易干扰后置发动机的优点，比较完美地避开了F35B垂直起降时推力富余度较低和雅克141后置发动机容易吸入前置发动机尾气，导致推力骤降或熄火的先天缺陷，同时还解决了雅克141前置发动机在平飞时不能为其提供推力的先天缺陷。

说明书附图

其解决思路是这样的：前置发动机将高温尾流分成两股，引至机翼前缘中间位置，远离后置发动机的进气道入口，目的是避免后置发动机吸入前置发动机喷出的高温尾气。

至于成飞新概念垂直起降战机会用什么发动机呢？其后置发动机可能会采用涡扇15或者更先进的变循环发动机。据了解，涡扇发动机尾流的温度大概是600℃至2200℃之间，如果不开加力，并增大涵道比，那么涡扇发动机的排气温度就有望降低至600℃左右，以便降低前置发动机尾流分流管道的耐热和隔热技术难度。因此，前置发动机很可能会采用不带加力燃烧室的中等涵道比涡扇发动机，以便降低尾流温度。

从专利说明来看，这种新概念垂直起降战机设计方案仍略显粗糙，大概是因为有保密需求，不愿过多透露设计细节。从双外倾垂尾来看，这种飞机明显是具备隐身性能的，至于内置弹仓和内部油箱设置在哪里，暂时看不出来。考虑到弹仓设计相对灵活，既然双发并列布局可以集成内置弹仓，那么双发串列布局同样可以集成内置弹仓，哪怕设置在后置发动机两侧也是可以的。

1、动力系统复杂度低于F35B、可靠性更高。

F35B是目前世界上性能最好，设计相对最优的垂直起降战机，然而它的动力系统设计仍然很复杂。据了解，F35B动力系统从前往后分别是背部进气口开合装置＋对转升力风扇＋离合器＋高功率密度传动轴＋带三轴承偏转喷管的主发动机＋从主发动机压气机部位引出的2根滚转喷管，总计六大部分，复杂度仍然很高。

F35B动力系统剖面图

成飞的新概念垂直起降战机动力系统则相对简单，从前往后分别是前置发动机＋从前置发动机尾部引至两侧机翼的管道及方向可调尾流喷口＋带三轴承偏转喷管的后置发动机，总计三大部分组成，复杂度远低于F35B的动力系统，与普通双发并列布局的战机差不多，可靠性自然也就差不多了。

2、几乎没有死重，推重比优势巨大，有效载荷远超F35B。

据了解，F35B空重高达14.57吨，相比F35A，其空重增加了1.35吨左右，这还是在采取大量减重措施的前提下做到的。这意味着背部进气口开合装置＋对转升力风扇＋离合器＋高功率密度传动轴＋从主发动机压气机部位引出的2根滚转喷管这五部分重量起码达到1.35吨。然而，对转升力风扇＋离合器＋高功率密度传动轴＋从主发动机压气机部位引出的2根滚转喷管等四部分本身不能主动产生推力，其动力全都来源于主发动机，当对转升力风扇运转时，主发动机产生的推力就会大幅度下降，本质上相当于主发动机的累赘。成飞新概念垂直起降战机的双发串列布局设计则不存在这个问题，都能独立产生推力，前置发动机不但不会成为累赘，反而能成为助力。

本质上F35B的全部动力都来源于它装备的F135-PW-600发动机，其悬停总推力为175.3千牛（约17.89吨），短距起飞推力为169.5千牛，因此，除了主发动机之外的四部分都属于死重。这意味着F35B垂直起降的最大重量不能超过17.89吨，推重比仅1.228，扣掉空重之后，有效载荷就仅剩3.318吨，考虑安全余量，实际只有3吨左右的有效载荷，如果采用2吨燃油＋1吨弹药配置，它飞几百公里就没油了。

F35B

假设成飞新概念垂直起降战机的动力系统除了后置发动机之外的两部分重量和F35B动力系统除了主发动机之外其他五部分是一样的，都是1.35吨，那么成飞新概念垂直起降战机就相当于比F35B多了一台发动机。那么成飞新概念垂直起降战机多出来的那台发动机产生的推力越大，相比F35B的推力优势就越大。

假设我国在涡扇15核心机的基础上造出一款涵道比为2左右的中等涵道比不带加力燃烧室涡扇发动机，那么它的推重比将很容易做到9左右，乘以自重1.35吨，推力就是12.15吨。那么成飞新概念垂直起降战机前后2台发动机总推力就能达到30.65吨。以F35B水平推力和垂直总推力计算，垂直起降时推力损失不超过8%，那么成飞新概念垂直起降战机在垂直起降模式下，前后两台发动机的实际推力将达到28.2吨，若其为前置发动机引流管付出的重量为2吨，其空重也仅有16.57吨，此时它在垂直起飞模式下的推重比可达1.7，远超F35B，有效载荷将达到11吨以上。

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假设F35B带2吨燃油加1吨弹药的前提下，垂直起降作战半径为250公里。那么成飞新概念垂直起降战机带9吨燃油＋2吨弹药的前提下，垂直起降作战半径还能做到750公里，甚至可以部分取代驱逐舰搭载的舰载直升机。届时，我国就连大型驱逐舰都能携带2架这种双发串列布局新概念垂直起降战机，更不用说两栖攻击舰或者航母了。届时，这种双发串列布局新概念垂直起降战机将有望在全世界掀起一场军事革命！当然，想造出这种垂直起降战机仍然需要攻克很多技术难题才行。

3、前置发动机2个分流喷管等效于矢量喷管，亚音速机动性更好。

成飞新概念垂直起降战机前置发动机有2个分流喷管，通过调节阀门，可以灵活调节这2个分流喷管的推力大小，从而帮助飞机做各种特技动作。实际上这2个分流喷管就相当于把2个矢量喷管安装在战机的机翼两侧。在亚音速阶段，只要前置发动机处于工作状态，它就能大幅度提升战机的亚音速机动性。只有在超音速阶段，它才不能产生有效推力。

说明书截图

4、抗坠毁能力与普通双发战机无异，远超以往垂直起降战机。

成飞新概念垂直起降战机本质上就是一款双发战机，抗坠毁能力与普通双发战机无异，只要前置发动机和后置发动机没有同时停车，它就能依托剩余动力顺利降落，而F35B本质上是一款单发战机，一旦主发动机停车，就基本只能听天由命。

综上所述，成飞新概念垂直起降战机设计上远远好于F35B，在很多关键性能方面都能碾压F35B。如果能够研制成功，它的垂直起降有效载荷将远大于F35B。可以负载更多的燃油实现垂直起降，同时航程还不至于很小。

疑似成飞集团正在测试的垂直起降战机模型

最后要强调的一点是，成飞集团早已在垂直起降战机领域深耕，相关消息早已被曝光过，有兴趣的网友可自行搜索了解。今后成飞像当年造出歼20那样，突然造出垂直起降战机请不要感到意外。