在阴云密布的冷战年代,核战争一旦爆发,没有哪个国家会遭受比西德更严重的破坏。
西德在全面冲突中将成为主战场,被北约和华约的军队轰个稀烂。
北约指挥官预测战争开始后,西德境内的北约空军基地很快就会灰飞烟灭。1967年6月以色列空军对阿拉伯空军基地的突袭已经证明了传统机场在敌人精心策划的突袭下有多么脆弱。
在中欧战场,由飞机、巡航导弹、地地导弹、火炮发射的战术核弹又进一步削弱了空军基地的生存能力。雪上加霜的是西德境内作战纵深不足。
为了获得一些缓冲区,西德把军用机场都设置在国土西侧,尽量远离戒备森严的两德边境。但由于国土狭小,最近的西德空军基地距离边境线仅130公里。对于战斗机来说,这是一个转瞬即至的距离。

冷战期间美国空军在西德的空军基地
为了提高空军基地的生存能力,西德人想尽了各种办法,从加强机场防空火力、强化飞机掩体,到缩短飞机的起降滑跑距离、提高跑道维修效率。
但最好的办法是降低飞机对机场跑道的依赖程度,甚至完全不使用机场跑道。这意味着西德空军在战时要把战斗机分散到无铺装简易跑道甚至是高速公路上去。
对于西德空军来说,终极目标是装备能像直升机一样垂直起降的作战飞机,从此完全不依赖于任何跑道。
F-104零长度起飞
西德空军在20世纪60年代初期从美国洛克希德公司手中购买了大批F-104“星式战斗机”。
这种号称“人操火箭”的高速战斗机在西德空军承担着一系列战术任务,其中最重要的是对华约目标实施核打击。华约军用机场位列目标清单最顶部。
F-104需要在一条维护良好的长跑道上起降,这种跑道在战争中极易遭受破坏。即使放出减速伞,F-104也要滑跑1600米才能停下来。西德空军装备了这么多“星式战斗机”,如何才能实现分撒作战呢?
为了解决这个问题,西德空军和洛克希德公司联合研发了一套名为“零长度发射”(ZELL)的系统,基本上就是一个倾斜的发射架。从理论上讲,架在ZELL上的F-104仅凭自己的J79涡喷发动机和一个安装在机身下方的固体燃料火箭发动机就能升空。
按照设想,西德空军会在整个西德境内部署几十个ZELL发射架,用于发射挂载了核武器的F-104。发射架可以隐藏在森林边缘或谷仓中。
接下来的问题就是F-104执行完任务后如何降落。由于大部分跑道此时应该已被破坏,西德空军设想让这些F-104降落在安装了拦阻索的临时跑道上,如高速公路。
西德在ZELL项目上花费了超过2500万美元的资金,在美国加州爱德华兹空军基地和巴伐利亚州进行的测试表明起飞发射很顺利,但飞机最后还是要依赖具有拦阻设备的跑道降落,实用性欠佳,所以西德空军在1966年放弃了该项目。


从理论上讲,架在ZELL上的F-104仅凭自己的J79涡喷发动机和一个安装在机身下方的固体燃料火箭发动机就能升空


按照设想,西德空军会在整个西德境内部署几十个ZELL发射架,用于发射挂载了核武器的F-104。发射架可以隐藏在森林边缘或谷仓中
垂直起降战斗机的首次尝试
在第二次世界大战期间,德国飞机设计师就提出了一系列垂直起降飞机概念,其中大多数是尾座式,也就是说飞机机鼻朝天直立起降,但这种设计并不实用,存在着当时无法解决的许多技术难题。

福克-沃尔夫公司在二战中提出的翼推进(Triebflügel)垂直起降战斗机概念
1957年,在战争中幸存下来的亨克尔公司开始研究一种尾坐垂直起降战斗机,但像其他尾座飞机一样,该方案过于蠢笨,不切实际。所以很快设计师就把兴趣转移到了倾转发动机吊舱设计上,在飞机翼尖安装可倾转发动机吊舱来以实现垂直起降。
在当时,倾转发动机吊舱概念已得到美国贝尔飞机公司Model 65 ATV垂直起降验证机的成功验证。贝尔用滑翔机的机身、小型飞机的机翼和直升机的滑撬拼凑成了这架验证机,然后在两侧翼下各安装一台可倾转的费尔柴尔德J44涡喷发动机,单台推力450千克。该机机身内还有一台透博梅卡“Palouste”辅助动力装置用于驱动翼尖和机尾的压缩空气喷嘴,在悬停中控制姿态。

Model 65 ATV从垂直起飞过渡到平飞的发动机短舱姿态

Model 65 ATV三面图
ATV在1954年11月16日首飞,虽然这次飞行持续时间很短,但成功验证了倾转发动机设计的可行性,导致美国空军和海军联合授予贝尔公司D-188A垂直起降战斗机的研制合同。
D-188A的前机身内垂直安装两台无加力J85涡喷发动机,翼尖倾转吊舱内安装4台J85发动机,后机身还安装两台用于巡航飞行的J85,形成了夸张的6发布局。如果D-188A能服役的话,该机将会被赋予F-109的编号。

贝尔D-188A垂直起降战斗机想象图

翼尖倾转吊舱内安装4台J85发动机,后机身还安装两台用于巡航飞行的J85,形成了夸张的6发布局
但这种倾转喷气战斗机从未离开过绘图板,反而启发了亨克尔公司在1958年设计了He 231方案。
He 231采用鸭式布局,鸭翼和主翼的翼尖都安装了一个倾转发动机吊舱。

He 231的实体模型
西德政府对垂直起降飞机的兴趣也开始与日俱增,在政府主导下,亨克尔公司与博尔科和梅塞施密特公司合作成立了EWR(南方研发集团)公司,在1959年开始了VJ 101垂直起降战斗机的研究,其中“VJ”是德语“战斗机研究机”之意。
EWR的工程师们去英国考察了当时世界上最先进的垂直起降验证机——肖特SC.1,还参观了罗尔斯·罗伊斯飞机发动机公司,对该公司专门为垂直起降战斗机研制的升力发动机表现出浓厚兴趣,这种发动机能短时间内爆发出很大推力。

英国的肖特SC.1垂直起降验证机

肖特SC.1的5发布局,其中4台式升力发动机
工程师们研究了各种方案,第一种设计方案VJ 101A是鸭式布局,主翼翼尖安装两台倾转双发吊舱,鸭翼翼尖安装两台倾转单发吊舱。第二种VJ 101B是传统有尾三角翼布局,所有发动机都安装在机身内部,后机身的两台主发动机的尾喷管在起降时可向下偏转产生垂直升力,座舱后方还有两台垂直安装的升力发动机。

VJ 101A沿袭了He 231的基本设计

VJ
101B是传统有尾三角翼布局,所有发动机都安装在机身内部
经过一系列迭代研究后,最终布局在VJ 101C上冻结。该方案采用传统布局,主翼翼尖安装两台倾转双发动机吊舱,布局类似于贝尔XF-109,只是用前机身的两台垂直升力发动机取代了XF-109后机身中的两台升力/巡航发动机,这虽然增加了死重,但避免了采用结构复杂的矢量喷管。VJ 101C在悬停无需使用喷气喷嘴进行操纵,只需略微差动一下发动机舱就行了。西德政府在1960年初决定制造三架架VJ 101C原型机,一架用于亚音速试飞,另一架安装加力发动机后预计能飞到1.2马赫的速度,第三架是双座教练机。

经过一系列迭代研究后,最终布局在VJ
101C上冻结

VJ 101C X3双座教练型
在原型机问世前,EWR公司先制造了两个试验台架来验证VJ 101C的垂直起降设计,所有台架都安装单台最大推力1060千克的罗罗RB.108升力涡喷发动机。

罗罗RB.108升力涡喷发动机
第一个台架被称为“跷跷板”,基本上是一个可绕枢轴上下摆动的悬臂,飞行员座椅后的一端垂直安装一台RB.108发动机,用于测试RB.108发动机的油门响应。由于VJ 101C完全依赖发动机垂直升力悬停在空中,所以RB.108的油门响应必须足够好。“跷跷板”在1960年春天开始测试,主要由熟悉垂直起降飞行的美国试飞员乔治·布莱特操纵。

“跷跷板”测试台架

美国试飞员乔治·布莱特
第二个台架被称为“悬停台架”,是一个垂直安装了三台RB.108发动机的十字架形飞行台架。一台发动机安装在飞行员座椅之后,两台在十字悬臂两端,用于验证VJ 101C的三点悬停概念。1962年3月1日,悬停台架安装在一个伸缩支架上进行地面测试,3月13日进行了首次自由悬停试飞。在试飞中,悬停台架底部被固定上一片帆布,用于兜住地面反射的发动机喷气,测试地面效应对操控的影响。这个台架试飞表现良好,EWR公司用它测试了不同手动和自动飞行控制系统。

在试飞中,悬停台架底部被固定上一片帆布,用于兜住地面反射的发动机喷气,测试地面效应对操控的影响
巧合的是,北约在1961年而发布了“北约基本军事需求-3”(NBMR-3)招标,寻求一种用于前线作战支援的垂直起降战斗机/侦察机来取代菲亚特G.91轻型攻击机。经过一些修订后,该需求被拆分成两种机型,一种是亚音速垂直起降攻击机,另一种是取代F-104的2马赫垂直起降空优战斗机。

菲亚特G.91轻型攻击机
NBMR-3中的超音速战斗机简直就是为VJ 101量身定制的,该机前景变得十分光明,顺利进入原型机制造阶段。第一架VJ 101C原型机X1安装了6台RB.145涡喷发动机,其中两台是机身升力发动机,4台是翼尖倾转吊舱。RB.145发动机是RB.108的改进型,由罗罗公司的德国MAN涡轮公司联合研制,压气机增加了一级达到9级,最大非加力推力增加到1250千克。RB.145在1961年开始了初步台架试验。
VJ 101C X1在1962年底做好了试飞准备。该机的外表很有洛克希德F-104的风韵,机身尖锐细长,单轮前三点式起落架都向后收入机身。但VJ 101C采用了传统尾翼布局而不是F-104的高置T形尾翼,上单翼前缘后掠39度,座舱后方内置两台RB.145升力发动机,发动机上方有个蛤壳式进气口舱门,在发动机工作前向后掀起。

体形纤细的VJ 101C X1原型机
另外4台RB.145安装在两个翼尖倾转双发动机吊舱中,两台发动机共用一个进气锥。在垂直起降和悬停状态下,发动机舱进气口整体抬升形成缝隙,为发动机提供更多空气。

在垂直起降和悬停状态下,发动机舱进气口整体抬升形成缝隙,为发动机提供更多空气

升力发动机上方有个蛤壳式进气口舱门,在发动机工作前向后掀起
VJ 101C的科幻外观使其获得了“梦想战斗机”的绰号,当然该机只是一架验证机,翼尖吊舱的RB.145发动机没有加力燃烧室,机身内也仅仅安装了测试遥测系统和基本航电。
VJ 101C的增压座舱内安装了一张马丁-贝克GA7弹射座椅,这是一种早期“零零”火箭弹射座椅,能使飞行员在零高度和零速度下安全逃离飞机。当时的弹射座椅一般都需要最小速度和高度才能保证安全弹射,但由于垂直起降飞机是零速度悬停于地面上方,所以零零救生能力是绝对必要的。
1962年12月19日,布莱特驾驶X1在地面伸缩支架上进行了首次地面测试,1963年4月10日进行了首次系留悬停试飞。一个月后,EWR公司邀请新闻界来观看试飞。1963年8月29日,布莱特驾驶X1进行了首次常规起降飞行,并在当年秋天有条不紊地扩展了飞行包线,直到完成垂直起飞-水平飞行-垂直降落的全套循环,之间的过渡操纵并不是特别复杂。

1962年12月19日,布莱特驾驶X1在地面伸缩支架上进行了首次地面测试

巡航飞行中的X1原型机
1964年7月29日,布莱特驾驶X1在浅俯冲中突破了1马赫。同年9月14日,X1在一次常规起飞中由于自动驾驶仪故障而失控坠毁,布莱特安全弹射。这次事故并没有对项目造成严重影响,X2原型机在10月27日开始测试,在1965年6月12日进行了首次自由悬停飞行,到秋天实现了垂直起飞-水平飞行-垂直降落循环。

同年9月14日,X1在一次常规起飞中由于自动驾驶仪故障而失控坠毁
X2的四台翼尖发动机升级成了具有加力燃烧室的RB.145R,加力推力1655千克,这导致了发动机舱长度的增加。最后布莱特驾驶X2在平飞中达到了1.14马赫的速度。
VJ 101C并不适用于作战,即使是带加力的RB.145R,推力也远远不足。试飞显示翼尖发动机在垂直起降中的平顺性不好,进一步增加推力只会使这种情况更加糟糕。由于发动机喷管距离地面过近,炽热的喷流还会损坏机场跑道。

VJ 101C X2的地面台架测试

悬停中的X2原型机
EWR准备在VJ-101D生产型上安装罗罗/MAN RB.153加力涡喷发动机,最大加力推力增加到5490千克,能把飞机推进到2马赫。但这种发动机过于庞大,无法安装在翼尖倾转吊舱中,所以VJ 101D改为在后机身安装两台RB.153升力/巡航发动机,在垂直起降中通过一个阀门式喷管向下喷气产生垂直升力,同时还在座舱后安装一列五台RB.162先进升力发动机。

极端复杂的VJ 101D设计

RB.153升力/巡航发动机

VJ 101D实体模型
VJ 101D也因此大大增加了复杂性,让人们不得不质疑这种垂直起降战斗机到底能提供超过常规起降战斗机多少的优势,该机的吸引力大幅下降。VJ 101项目在1968年被终结,NMBR-3招标最后也无疾而终。双座的VJ 101C X3原型机始终没有制造出来。VJ 101C X2原型机被继续用于各种各种飞行试验直到1971年,最后进入慕尼黑德意志博物馆颐养天年。