“鹞”/AV-8、雅克-141、F-35B这三种能垂直起降的战机分别运用的是什么原理？

这三款能够垂直起降的战机， Harrier (鹞) 式、Yak141 (雅克141) 和 F35B，在实现垂直起降（VTOL）这一点上殊途同归，但具体的技术原理却各有千秋，反映了不同时代和设计理念下的工程智慧。咱们一个一个来聊聊。

鹞式（Harrier）：开创性的“升力风扇+喷口转向”模式

鹞式战斗机，特别是早期的 Harrier GR.1/GR.3 和后来的 AV8 系列，是开创了现代垂直起降战斗机先河的机型。它的核心设计理念可以用“四喷口偏转”来概括，并辅以一个升力风扇（Lift Fan）的早期构想（虽然实际型号中升力风扇并未大规模采用，但其概念是重要的发展方向）。

核心原理：发动机推力转向。 鹞式最标志性的特征是其配备的劳斯莱斯 Pegasus 发动机。这是一款独特的涡轮风扇发动机，它的设计非常巧妙。发动机本身产生推力，但这股推力并非直通尾部喷管喷出，而是通过一套精密的万向喷管系统进行分配和控制。
垂直起降模式： 当需要垂直起降时，发动机产生的总推力被导向四个方向可控的喷管。前方的两个喷管（位于机翼下方两侧）可以向下偏转 90 度，将气流垂直吹向地面，提供主要的升力。后方的两个喷管（位于机身尾部）也可以向下偏转，提供辅助升力，并实现飞机的俯仰控制。
过渡模式： 在从垂直起降转入水平飞行时，这四个喷管会逐渐从垂直位置回转到水平位置。这个过程由飞行员控制，或由自动稳定系统辅助完成。当喷管转到一定角度时，飞机就能同时获得升力和前进的推力。
水平飞行模式： 在正常水平飞行时，所有喷管都指向后方，发动机就像传统的喷气式发动机一样产生水平推力。
稳定性与控制： 鹞式战机通过控制这四个喷管的推力大小和偏转角度来获得三轴（俯仰、滚转、偏航）的姿态控制。例如，要向前加速，就稍微减少后方喷管的偏转角度或增加前方喷管的推力。要向左转，可以通过微调左右喷管的推力差来实现。为了在低速悬停时保持稳定，还引入了一个独立的气流控制系统 (Bleed Air Control System)。这个系统会从发动机抽取一小部分高压空气，通过管路输送到机翼尖端、机头和机尾的喷口，形成额外的可控气流，用来抵消风力和发动机推力不平衡造成的姿态变化。
升力风扇（Lift Fan）构想的意义： 尽管实际的鹞式飞机更多依赖发动机推力转向，但其设计过程和后续发展也曾考虑过升力风扇的概念。如果配备升力风扇，发动机的一部分推力会通过传动装置驱动一个位于机身前部的风扇，直接产生向下的升力。这样可以分担一部分发动机的压力，让发动机可以更专注于提供前进推力，理论上能提高效率和载重能力。虽然最终型号没有大规模采用，但这个思路对后来的 F35B 产生了深远影响。

Yak141（“自由火”，Freeman）：升力发动机与推力转向的结合

Yak141，作为苏联/俄罗斯设计的先进垂直起降战斗机，其设计更为激进和复杂，它采用了“升力发动机+转向喷管”的混合模式，旨在实现更强大的垂直起降能力和接近传统战斗机的飞行性能。

核心原理：两类推力源协同工作。 Yak141 的 VTOL 系统由两部分组成：
1. 主发动机与可转向主喷管： Yak141 装备了一台强大的推力矢量发动机（类似普惠 F119 发动机的前身），其尾部喷管可以向下偏转 90 度，提供主要的垂直升力。
2. 独立的升力发动机： 这是 Yak141 最显著的特点。在机身中部，垂直安装了两台小型、专用的升力发动机。这些升力发动机在起飞和降落时工作，提供额外的垂直推力，以补偿主发动机推力不足以克服飞机重量的情况，并帮助稳定飞机。它们平时处于关闭状态，不参与正常飞行。
工作流程：
垂直起降： 起飞时，主发动机喷管向下偏转，同时两台升力发动机启动并产生向下的推力。三股推力叠加，提供足够的升力使飞机离地。
过渡模式： 在进入水平飞行时，升力发动机首先关闭，然后主发动机的喷管逐渐从垂直位置回转到水平位置。整个过渡过程同样需要飞行员的精细操作或自动化系统的辅助。
水平飞行： 此时，升力发动机完全不工作，飞机完全依靠主发动机的水平推力飞行。
控制与稳定性： Yak141 的飞行控制比鹞式更复杂。除了通过主喷管的偏转来控制俯仰和横滚外，还通过控制两台升力发动机的推力输出以及喷射到机翼和尾部的气流控制喷口（类似于鹞式）来提供额外的稳定性和操控性。特别是在低速或悬停状态下，它对飞机的姿态控制要求极高。
优点与不足： Yak141 的设计理论上能提供更高的升力比（推力与飞机重量的比值），意味着它能携带更多的燃料和武器进行垂直起降。然而，两台升力发动机占据了大量的机内空间，且在不工作时是额外的重量负担，降低了正常飞行时的作战效能。此外，升力发动机的启动和关闭也增加了操作的复杂性。

F35B：“三轴承转”与主风扇驱动的革命

F35B“闪电II”是第三代垂直起降战斗机的代表，它汲取了前人的经验，并引入了更先进的技术，实现了更佳的性能和更低的飞行员负荷。其核心原理是“三轴承转”，并首次将升力风扇作为核心设计要素之一。

核心原理：一台发动机，三种推力模式。 F35B 的 VTOL 系统由普惠 F135 发动机驱动，并通过一个极其精密的“三轴承转”系统实现。
1. 升力风扇 (Lift Fan)： 这是 F35B 最具创新性的地方。位于驾驶舱后方，由一根三级传动轴直接连接到主发动机的传动接口。当激活垂直起降模式时，发动机的一部分推力会通过这个传动轴，驱动一个大直径的三叶升力风扇。这个风扇产生一个强大的、向下的垂直推力，占到总升力的大约 60% 或更多。风扇的进气口位于机身上方，出气口在机身下方。
2. 可转向主喷管： F35B 的主发动机尾部喷管可以向下偏转近 90 度。这股推力与升力风扇的推力配合，提供剩余的升力以及飞机的俯仰控制。
3. 侧向推力喷口 (Roll Posts)： 在机翼下方两侧，靠近机身的位置，安装有两个可左右摆动的推力喷口。这些喷口也连接到发动机的低压压气机输出，可以产生向下的推力，用于提供飞机的滚转控制。它们是 F35B 实现三轴稳定控制的关键。
工作流程：
垂直起降： 在垂直起降模式下，飞行员按下按钮，发动机输出功率增加。传动轴启动，驱动升力风扇旋转，产生强大的向下推力。同时，主发动机的尾部喷管向下偏转，侧向推力喷口也向下偏转。三股向下的推力叠加，实现垂直起降。
过渡模式： 在从垂直向水平飞行过渡时，升力风扇逐渐停止，升力喷口和尾部喷管也逐渐从向下偏转回水平位置。这个过程由飞行控制计算机根据传感器数据自动完成，以确保平稳过渡。
水平飞行： 此时，升力风扇关闭，传动轴脱开。尾部喷管和侧向推力喷口都指向后方，发动机正常工作，产生水平推力。
控制与稳定性： F35B 的飞行控制高度自动化。飞行控制计算机通过精确计算和协调升力风扇、主喷管和侧向推力喷口的推力大小和偏转角度，来控制飞机的姿态和方向。这使得飞行员在进行 VTOL 操作时，只需进行有限的输入，大大减轻了他们的负担，同时提高了飞行的稳定性和安全性。
优势： F35B 的设计将升力风扇与推力转向相结合，其升力风扇由主发动机直接驱动，没有额外的升力发动机，因此在不工作时不会增加太多重量负担，其正常飞行的性能也更接近于传统的战斗机。而且，升力风扇提供了大部分升力，使得主发动机可以保持较低的功率输出，从而降低了发动机的压力和热负荷，提高了使用寿命和可靠性。

总结一下，这三款战机在垂直起降原理上的演进路径大致是：

鹞式： 纯粹的发动机推力转向，开创了概念。
Yak141： 在推力转向基础上增加了独立的升力发动机，提升了垂直升力能力，但付出了载荷和效率的代价。
F35B： 创新性地将升力风扇（由主发动机驱动）与推力转向结合，实现了更高效、更平稳、且对飞行员友好的 VTOL 操作，代表了现代 VTOL 战斗机的最高成就。

它们每一款都代表了其设计时代对空气动力学、发动机技术和控制系统理解的最高水平，同时也展示了在实现同一个目标过程中，工程设计思路的不断迭代和优化。

鹞子：全靠飞马座引擎自己的优化设计，压气机部分引气加上喷口引气，发动机四角矢量喷口引出。

飞马座原理的终极进化，给超音速鹞用的方案之一，技术奇迹布里斯托西德利bs.100在1965年实现了1.8吨重的战斗机引擎，军推12吨

虽然加力只有15吨还差点

这是因为是“四角桌”原理实现vtol/stovl有个很大的问题，加力燃烧室不好布

bs.100的解决方案是把外涵作为加力燃烧室（换句话说你愿意叫他是变循环也不是不行……），但是这样的加力燃烧室长度毕竟不够，加力推力也就打了折扣

yak38和141：都是使用的升力发动机+矢量发动机一起推举飞机的原理

好处在

1.升力发动机的死重非常低。

由于只需要在起飞/降落时打开升力发动机，升力发动机每次起降的平均使用时间比主发动机低了1-1.5个数量级，这就让升力发动机的推重比可以嗑药磕到非常高。

yak38的rd-36，干重不到200kg，推力接近3吨。大力，就完事儿了。

2.不增加机身截面积，开口相对较小，不影响主发动机布置。

直接结果就是相对来说对飞机负担小，并且不影响高速性能。

但是升力发动机也有个（其实技术上可以解决但也会带来新的问题）的原理性问题：

那就是主发动机不可避免的会吸入升力发动机废气……

除非，主发动机背部进气，但是背部进气并不适合高机动战术飞机。

f-35b

使用升力风扇+矢量推力主发动机

升力风扇的动力是由主发动机压气机引出来的。某种意义上来说，是把f-135从一部涡扇发动机，变成了在起降过程中的“涡扇-涵道风扇涡桨”混合发动机。

利用涡桨的低速高效率，外加动力空间再分配，巧妙的实现了stovl能力。而且没有升力发动机的吸入废气问题。

但问题也来了

涵道风扇的高效率是高迎风面积/“等效涵道比”换来的，换句话说，升力风扇注定开口要比升力发动机大，对结构负担要更高。

其次，重量上，抛开结构额外补强，单纯的离合器-传动轴-升力风扇这一票东西，也是很沉重的。

（按洛马技术人员戏言，这根传动轴相当于把一根驱逐舰主轴装上了战斗机。考虑到其功率，确实可以这么说。但重量也就可想而知了……）

总之吧，目前来看，vtol/stovl这玩意，无论采用哪种方式实现，都tm存在问题，到最后也只能在妥协中实现技术指标，最终造出来一种妥协的战机……