夭折的垂直起降之梦——西德VAK 191垂直起降战斗机

源济

夭折的垂直起降之梦——西德VAK 191垂直起降战斗机

原创 Armstrong 空军之翼 2019-11-07

　　和20世纪60年代出现的许多垂直起降飞机概念一样，西德在这一时期研制的三种垂直起降喷气式飞机都是为了防范在未来的战争中，苏军会对北约机场实施的大规模攻击。这种攻击会造成跑道瘫痪，因此北约呼吁各成员国加紧研制无需要跑道就能起降的军用飞机，于是垂直起降（VTOL）飞机项目就成为被北约各国研究的重点。而作为北约前线的西德更是急先锋，一口气研制了超音速VJ 101战斗机、道尼尔Do 31运输机和亚音速VAK 191攻击机三种型号，后者旨在取代西德空军的菲亚特G.91战斗轰炸机。

EWR VJ 101

道尼尔Do 31

VFW-Fokker VAK 191

　　为了最大限度提高作战威力，这一时期的许多垂直起降战斗机被要求能够投掷核弹。1961年北约颁布第3号基本军事需求（NBMR 3），要求研制一种超音速垂直起降打击战斗机，也把投掷核弹纳入要求。当年夏末，北约发布了修改过的NBMR 3b需求，明确该机将成为菲亚特G.91的后继机，要知道当时“吉娜”（G.91的昵称）才刚刚装备西德空军一年，显示出北约对垂直起降战斗机需求的急迫。

西德空军的G.91

　　由于道尼尔、亨克尔和梅塞施密特组建的南方航空联盟（EWR）正忙于组装G.91、研制VJ 101垂直起降战斗机以及Do 31垂直起降运输机，因此垂直起降攻击机的初步概念研究就被交给不莱梅的福克-沃尔夫公司进行。很快意大利飞机制造商菲亚特和英国发动机巨头罗尔斯·罗伊斯就加入进来，成为合作伙伴。

VAK 191的诞生

　　但英国人很快就退出，集中精力发展霍克·西德利P.1127（“鹞”式战斗机先祖）。1963年西德和意大利两国达成正式协议，根据NBMR 3b需求研发一种垂直起飞侦察和攻击机，编号VAK 191，模块化有效载荷舱将使该机灵活切换作战任务。

“鹞”式鼻祖P.1127

　　VAK 191被要求能在35°C的气温下装载567千克载荷从海平面垂直起飞，并达到333公里作战半径。这个数据看似不起眼，但西德鲁尔或普法尔茨地区有很多军用机场，从这里起飞可以攻击东德哈勒或莱比锡的目标。VAK 191的垂直起降能力使作战部署变得更容易，前线部署方式大大增加了潜在目标的数量。

　　从前线机场起飞后，VAK 191将在150米低空以0.92马赫的速度飞向目标，以开敌方防空系统的拦截并在目标上空滞空五分钟。除投放一枚核弹外，该机还能执行战术侦察和近距空中支援任务。

　　西德和意大利公司提交了三个设计概念，分别是福克-沃尔夫Fw 1262（VAK 191B），EWR EK 421（VAK 191C）和菲亚特G95/4（VAK 191D）。英国的P.1127被编号为VAK 191A，虽没有被列入竞争方案，但被作为三个竞争对手的参考。

福克-沃尔夫Fw 1262（VAK 191B）

EWR EK 421（VAK 191C）

菲亚特G95/4（VAK 191D）

　　所有竞争设计都需要满足任务所需的机动性和最大巡航速度、低水平飞行稳定性、从垂直到水平飞行的过渡飞行距离要求，最后一个要求与传统战斗机的起飞滑跑距离要形成了有趣对比。

　　当然，最令工程师们头痛问题是VAK的动力系统设计，该机的发动机不仅需要为垂直起降和水平加速提供足够动力，还要在非空气动力学飞行期间保证飞机可控性，此外动力系统还必须必须与有效载荷舱争抢空间。

　　每个竞争者都采用了不同动力系统设计，VAK 191A/P1127具有单升力/巡航发动机（L/C），VAK 191B具有两台升力发动机外加一台配备了旋转喷管的升力/巡航发动机（L+L/C），VAK 191C和VAK 191D具有4台升力发动机外加一台巡航发动机（L+C）。

VAK 191B的动力系统和控制系统设计

　　单台L/C发动机设计被过于沉重且不经济，无法为武器舱提供足够的空间。两种L+C发动机设计除了具有潜在的地效悬停问题外，发动机数量也太多，增加了飞机的复杂性和重量。

　　再综合考虑其他因素，如飞行员安全性、发动机故障时的可控性、过渡飞行期间的操纵负荷、起飞重量和总体复杂性之后，Fw 1262于1963年秋季成为最后的赢家。VAK 191B的复杂性在所有方案中居于中间，并且是三者中最轻的飞机，该机在巡航发动机失效后仍能凭借升力发动机保持飞行，此时升力发动机的矢量喷管略微后指就能同时提供升力和向前推力。

设计特点

　　在垂直飞行中，VAK 191B在所三轴上的稳定性和控制是通过安装机身前后和翼尖的引气喷嘴及前后升力发动机推力差来实现的。L/C发动机是罗罗/MAN RB153系列的派生型——具有四个旋转喷管的RB193大涵道比双转子涡扇发动机。该发动机重970千克，能产生4.7吨推力。升级发动机是RB162-81，重188千克，单台推力2.75吨，喷管最大可向后偏转35°。

RB193升力/巡航发动机

RB162升力发动机

　　在外观方面，VAK 191B的上单翼尺寸较小，翼载高达500千克/平方米，展弦比2.5，前缘后掠角40°，该机的垂尾和平尾也使用相同后掠角。

VAK 191B全尺寸模型与三面图

　　令人惊讶的是，该机配备有三重冗余、电动液压的全权限线传飞控（FBW）系统。为了发展这套先进飞控，福克-沃尔夫从1966年开始试飞安装5台RB108升力发动机（这种发动机同样被肖特SC1和达索“巴尔扎克”垂直起降验证机使用）的SG 1262飞行测试台，成功完成了超过100次的自由悬停飞行。

多铆蒸刚的SG 1262飞行测试台

　　随着研制的进行，VAK 191B的制造商福克-沃尔在1964年与西德威塞尔飞机制造公司（Weserflug）合并，成为联合飞机技术工厂（VFW），随后又与荷兰福克合并，最终成为VFW-Fokker。

原型机试飞

　　就在第一架原型机制造中，外部环境发生了重大变化。大约在1966年，北约作战理论从大规模核报复变成了灵活反应，彻底改变了对未来战斗机的要求。对于VAK 191B来说，最初的设计目标已荡然无存，北约未来攻击机不仅取消了作为G.91替补执行核打击任务的要求，而且也不再强调垂直起降能力，而是需要强大的常规武器投掷能力。高度专业化设计的VAK 191B根本无法实现这点，该机贫弱的的推重比和较高的翼载荷，严重限制了其在常规对地攻击任务中的应用。

　　这样的飞机自然没有任何作战用途，于是VAK 191B被降级为技术验证机，仅制造三架原型机。预算的减少促使意大利退出VAk 191B项目，但菲亚特继续作为承包商完成生产工作。该机没有被完全取消的唯一原因是其使用的一些新技术，如线传飞控系统＼4000psi液压系统和辅助动力装置被认为值得进行测试，为以及即将到来的多任务作战飞机（NKF/MRCA）项目储备技术，而后者则是“狂风”战斗机的先行者。

　　三架原型机都由不莱梅的VFW-Fokker制造。首架原型机VAK 191BV1在1970年4月25日下线，进行了18个月的地面测试和台架测试后于1971年9月10日进行了首飞。该机的垂直起降特性基本试飞在不来梅持续到1972年4月，达到145公里/小时的最大前飞速度。为了进行更广泛的试飞，V2和V3原型机在CH-53直升机的空运下来到巴伐利亚州曼兴的第61德国飞行测试中心（ErprSt 61），V1则留在不来梅完成共振测试，最后一个抵达试飞中心。

VAK 191B三架原型机

　　除了为首次从试飞更好的试验设施外，ErprSt 61还代表该项目的出资者和客户——西德国防部（BMVg）。该机构从一开始就深深参与了VAK 191项目，确保了信息沟通的顺畅。

　　1972年9月，VAK 191B在垂直起降操控评估和包线扩展试飞中达到了400公里/小时的最大前飞速度。1972年10月26日该机进行了首次涉及启停升力发动机的过渡飞行，但此时距离项目终止只剩下几周时间。

　　1972年12月VAK 191B合同正式终止，所有飞行活动都被停止。此时三架原型机已完成了31架次飞行，累计飞行时间三个半小时。随后各方进行了为期15个月的广泛数据分析，为未来的军用和民用飞机研制提供了无价的技术积累，特别在线传飞控方面。

垂直起降试飞中的VAK 191B，升力发动机进气口具有滤网

　　分析表明VAK 191B在垂直起降飞行期间会积聚大量热量，导致升力发动机仅能持续运转40秒，否则就会损坏机身结构和机场地面。由于飞机的设计限制，该机无法进行传统滑跑起飞，小机翼和高翼载使VAK 191B的起飞速度接近426公里/小时，自行车式主起落架布置在重心后两米处且平尾过小，使该机在滑跑中无法抬起机鼻。所以VAK 191B只能通过开启升力发动机的方式进行短距滑跑起飞，但会导致飞行员工作负荷过大，所以这种起飞模式也被认为不适合作战。

　　飞行员在短距起飞中必须踩住刹车，把巡航发动机设置在83％推力，然后松开刹车滑跑加速。此时他需要把巡航发动机4个旋转喷管下偏45°来稳住速度，是时候启动升力发动机了，打来进气口盖，接通燃油阀，按下启动开关，油门杆推向慢车1，发动机点火。他在操作这一切的同时还要保持沿着跑道中线滑行！滑跑速度迅速达到93公里/小时，看到地勤打出“升空”手势后，飞行员就把旋转喷管下偏到100°，所有发动机全推力，使VAK 191B离开地面并开始轻松爬升。在大约60米高度，他减小推力以停止爬升。

水平飞行中的VAK 191B

制海舰概念试飞

　　即使VAK 191B的试飞已经结束，VFW-Fokker继续努力向西德空军、美国空军和美国宇航局推销VAK 191B，试图把该机作为未来垂直/短距起飞（V/STOL）战斗机的验证机。此时美国海军正在考虑制海舰概念，也就是把V/STOL战斗机部署在小型航母上，这让项目看到了一线生机。

美国海军制海舰概念

　　1974年7月美国海军与西德达成协议，美国海军开始介入VAK 191B的试飞，在美国人提供了80％的资金支持下，该机的飞行很快就恢复了。

　　在两名西德试飞员和一名美国海军陆战队试飞员的操作下，三架VAK 191B原型机在1974-75年进行了广泛试飞。该机再次被架在地面伸缩台架上进行测试，然后开始自由飞行。美国海军在试飞中特别重视该机的V/STOL操纵品质。

地面台架测试

　　试飞重点评估了VAK 191B的飞控系统特性、纵向和横向稳定性和操控性、悬停和垂直飞行中的操纵程序、以及过渡飞行特性。根据美国宇航局在1979年3月发表的一篇最终试飞报告，VAK 191B的操纵性总体优于其他V/STOL战斗机，但是若干缺陷严重影响该机的舰载操作，其中包括不良的悬停精度、不充分的机械控制特性、非线性俯仰和侧倾响应、高度（推力）控制杆的非指令运动、低俯仰控制灵敏度、机翼过度下反导致的不良效应、不足的整体推力响应。

　　美国人发现VAK 191B在悬停和低速飞行期间，线传飞控的姿态指令控制系统能有效减少飞行员的工作量，这与德国人的观点一致。VAK 191B在无地效悬停时的操控很精确，飞控确实降低了飞行员的工作负荷，但由于热废气吸入，该机在地效悬停中很不稳定。

VAK 191B在无地效悬停时的操控很精确

　　美国海军的试飞为VAK 191B的飞行日志增加了另外八个半飞行小时和60架次飞行。1975年9月4日，一架VAK 191B在首次常规降落中差点坠毁，直接导致这次试飞项目的终结。

　　当天VAK 191BV2结束一次常规试飞后返回曼兴，突然遭遇巡航发动机故障，飞行员只得开启升力发动机以351公里/小时的速度重着陆，远高于296公里/小时的起落架最大设计速度，该机在触地后释放减速伞，但立即被撕裂，最后依靠升力发动机喷管偏转到100°产生的反推力，在滑跑2600米之后最终停了下来。

尾声

　　在这次事故之后，VAK 191B的试飞被彻底停止。不过VFW-Fokker仍未死心，提出了VAK 191B Mk2改进型，该机具有更灵活的设计、更大的载弹量和更好的机动性，翼面积增加了50%，升力/巡航发动机推力增加了30%，升力发动机推力增加了5%，具有4个翼下挂架。但此时北约早已对雄心勃勃的垂直起降战斗机失去兴趣，最后只有英国的P.1147生存下来，最终发展成“鹞”式战斗机。

VAK 191B Mk2