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來源：互聯(lián)網(wǎng)

垂直起降（vertical takeoff and landing），是指飛機不需要滑跑就可以起飛和著陸的航空技術(shù)，從50年代末期開始發(fā)展。

1954年，英國Short飛機公司創(chuàng)造了Short SC-1驗證機，成為世界上第一架非立式的噴氣式垂直起降飛機。同期，法國以幻影III為基礎(chǔ)，創(chuàng)造世界上首架超音速垂直起降飛機巴爾扎克V。1967年，世界上第一種實用型垂直/短距起降戰(zhàn)斗機鷂式戰(zhàn)斗機誕生，是唯一參加過實戰(zhàn)的垂直起落戰(zhàn)斗機。1968年7月11日，中國空軍向軍委辦事組和國防科委提出了《關(guān)于三五期間我國飛機發(fā)展問題的建議的幾點意見》，明確提出要盡快解決垂直短距起落戰(zhàn)斗機的問題。2015年3月20日，中國航空工業(yè)集團有限公司成發(fā)與中航空天發(fā)動機研究院簽署了短距起飛/垂直降落飛機項目的風(fēng)扇部件合作協(xié)議。實現(xiàn)垂直起降的方法包括傾轉(zhuǎn)發(fā)動機噴口、傾轉(zhuǎn)噴口外加安裝升力發(fā)動機、傾轉(zhuǎn)旋翼。這些方法中，戰(zhàn)斗機主要采用傾轉(zhuǎn)噴口或傾轉(zhuǎn)噴口外加裝升力發(fā)動機的方式。

垂直起降技術(shù)的應(yīng)用對海軍艦船和陸地機場都具有意義，尤其是考慮到海軍艦船的狹窄甲板和陸地機場跑道易毀的實際情況。使用垂直起降技術(shù)的民用飛機可節(jié)省土地使用費用，終端設(shè)施的投資也大幅減少，并能提升飛機安全性，減小事故率。

歷史沿革

誕生背景

在第二次世界大戰(zhàn)期間，機場和航母成為沖突雙方的主要目標。為擺脫這一困境，自航空領(lǐng)域的先驅(qū)時代開始，人們就不斷致力于研制能夠像鳥兒一樣垂直騰飛的飛機。

垂直起降技術(shù)的誕生主要是因為飛機滑跑起飛方式的不足，特別是在歷次戰(zhàn)爭中的表現(xiàn)，讓飛機的垂直起降進入人們的視線。二戰(zhàn)及中東戰(zhàn)爭等戰(zhàn)爭直接對敵方機場的襲擊讓人們感受到了需要跑道的滑跑式飛機的不足之處，而冷戰(zhàn)則是垂直起降技術(shù)的催化劑。20世紀50年代初，朝鮮戰(zhàn)爭期間，盡管美國海軍擁有強大的航母和艦載機力量，但為了在甲板較小的艦船上配置輕型“點防御”戰(zhàn)斗機，采用成熟的螺旋槳動力似乎是最迅速見效的途徑。

早期經(jīng)歷

1944年，二戰(zhàn)接近尾聲。德國在盟軍強大的戰(zhàn)略轟炸機面前壓力劇增。為此，巴赫姆的Ba 349火箭動力截擊機應(yīng)運而生。該飛機通過發(fā)射架實現(xiàn)短距/垂直起降機，短時滯空作戰(zhàn)后，解體，發(fā)動機由降落傘回收。盡管技術(shù)簡陋，但該機為人類探索固定翼飛機垂直起降創(chuàng)造了契機。1948年，第二次世界大戰(zhàn)后美國海軍迫切需要一種能從艦船甲板上垂直起降的戰(zhàn)斗機。洛克希德·馬丁公司和康維爾分別提出了XFV-1和XFY-1方案，搭載艾利森YT40渦槳發(fā)動機，驅(qū)動兩幅反轉(zhuǎn)螺旋槳。XFV-1采用平直翼和“X”型尾翼布局，而XFY-1則是無尾三角翼飛機。兩家公司成功制造出原型機，實現(xiàn)了垂直起降。然而，這兩款飛機共同存在一個問題：操縱性差，垂直著陸極為危險。因此，這兩種方案只制造了一架原型機。

20世紀50年代，法國斯奈克瑪公司投入垂直起降飛機研究，推出“甲蟲”系列環(huán)翼機方案。與XFV-1等不同，“甲蟲”系列采用了噴氣發(fā)動機，獨特之處在于環(huán)形翼。然而，環(huán)形翼在氣動分析和制造上較為復(fù)雜，而且共同面臨立式垂直起降的困難。隨著時間推移，法國空軍對作戰(zhàn)需求的改變使得僅能垂直起落已不足夠，立式短距/垂直起降機與常規(guī)戰(zhàn)斗機性能差異巨大，因此“甲蟲”系列退出歷史舞臺。

1954年，英國肖特飛機公司創(chuàng)造了非立式噴氣式垂直起降飛機里程碑。他們首次將4臺羅·羅 RB108升力發(fā)動機垂直安裝在機身中心，同時在機尾水平安裝一臺RB108作為推進發(fā)動機，這創(chuàng)造了Short SC-1驗證機，成為世界上第一架非立式的噴氣式垂直起降飛機。同期，法國以幻影III為基礎(chǔ)，創(chuàng)新將8臺RB108發(fā)動機縱向分組布置在中機身，形成兩列。這一改進稱為巴爾扎克V（V指vertical，垂直），成為世界上首架超音速垂直起降飛機。隨后，法國研制了幻影III-V型飛機，搭載先進的RB162發(fā)動機，推重比達到16：1。在1965年2月首飛，1966年3月首次完成垂直起落到水平飛行的轉(zhuǎn)換。試飛中最高速度達到M204，截至2015年，仍然保持垂直起落飛機的速度紀錄。

不斷探索

20世紀60年代，意大利研究了G.95垂直起降戰(zhàn)斗機。G.95方案涵蓋了從高亞音速強擊機到超音速戰(zhàn)斗機的多個階段，但都采用了專用的升力發(fā)動機。VAK-191是北大西洋公約組織最輕小的垂直起降戰(zhàn)術(shù)飛機，為替代Fiat G.91輕型攻擊機設(shè)計。然而，VAK-191攜載能力不足，短距離起落依賴中啟動升力發(fā)動機，實戰(zhàn)不切實際。隨著意大利退出合作計劃，VAK-191量產(chǎn)計劃終止。蘇聯(lián)對垂直/短距起落戰(zhàn)斗機也表現(xiàn)出極大興趣。雅科夫列夫設(shè)計局專注于垂直起落戰(zhàn)斗機，而米格戰(zhàn)斗機和蘇霍伊航空集團則在主力戰(zhàn)斗機后機體中心處增加機體，搭載2-4臺升力發(fā)動機，實現(xiàn)了短距離起降。這包括米格-21戰(zhàn)斗機PD、米格-23戰(zhàn)斗機PD和蘇-15VD等戰(zhàn)斗機。

20世紀70年代，越南戰(zhàn)爭導(dǎo)致傳統(tǒng)大型航母采購和運營成本過高。在時任海軍作戰(zhàn)部長朱姆沃爾特海軍上將的提議下，美國轉(zhuǎn)向研究“制海艦”概念，計劃采用一到兩萬噸的直通甲板小型航母，搭載垂直/短距起降飛機，以補充大型航母的作戰(zhàn)力量。經(jīng)過綜合研究，美國海軍選擇了洛克威爾自動化公司的XFV-12方案。XFV-12采用罕見的鴨式布局，主翼和鴨翼內(nèi)的引射增升裝置在試驗中表現(xiàn)不佳，導(dǎo)致項目超時超支，最終被取消。此外，VJ-101在面對蘇聯(lián)戰(zhàn)斗機性能提升方面存在不足，分散部署實際不切實際，北約空軍戰(zhàn)略調(diào)整為集中部署高性能戰(zhàn)斗機，導(dǎo)致VJ-101項目取消。隨后，研制方EWR轉(zhuǎn)向“先進垂直強擊機”（AVS）研究，采用創(chuàng)新的升力發(fā)動機設(shè)計。然而，由于技術(shù)風(fēng)險和重量問題，AVS項目最終中止。德國與英國、意大利一同投入“多任務(wù)作戰(zhàn)飛機”（MRCA）研究，發(fā)展成后來的“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗轟炸機。

20世紀70年代，美國的貝爾公司在同期研制了XF-109（D-188），采用了傾轉(zhuǎn)噴氣和專用升力發(fā)動機混合設(shè)計。與VJ-101相似，XF-109使用了兩兩一組的翼尖傾轉(zhuǎn)的升力-巡航發(fā)動機，座艙后還有兩臺專用升力發(fā)動機，機尾額外搭載兩臺專用巡航發(fā)動機，總共8臺通用電氣的J85渦噴發(fā)動機，其中6臺有加力。然而，XF-109僅達到全尺寸模型階段就被取消，主要由于多發(fā)動機造成的成本、維修和可靠性問題。在各種方案中，法國飛機設(shè)計師米歇爾·威博特在50年代提出了一項獨特的發(fā)動機構(gòu)想：通過延長發(fā)動機主軸，驅(qū)動四臺可傾轉(zhuǎn)的離心式壓縮機產(chǎn)生垂直升力，同時通過百葉窗導(dǎo)流板將主發(fā)動機噴口剩余推力用于垂直起降。然而，由于當(dāng)時法國專注于立式短距/垂直起降機的設(shè)計，威博特的方案未被采納。最終，該方案流轉(zhuǎn)到英國布里斯托爾航空發(fā)動機公司。隨后，英國霍克公司與布里斯托航發(fā)公司合作，生產(chǎn)了被命名為BE.53的“飛馬”發(fā)動機，成為后來鷂式戰(zhàn)斗機的動力來源。但英國皇家空軍最初將“鷂”式戰(zhàn)斗機視為緊急過渡方案，目標仍然是發(fā)展超音速垂直起降戰(zhàn)斗機。因此，早在“鷂”式服役初期，就開始研究其后繼方案，有些達到具體設(shè)計階段，有些僅僅是初步概念。盡管最初只是過渡方案，但“鷂”式戰(zhàn)斗機最終成為一代著名的飛機。

1982年12月，蘇聯(lián)雅克-38M原型機由尤里·米第科夫進行了首次飛行，首次參加實戰(zhàn)是在阿富汗戰(zhàn)爭的時候，但其在高溫高原地帶發(fā)動機推力嚴重不足，飛機起飛困難。它于上世紀70年代開始被部署到了“基輔”級航母上。

中國發(fā)展

中國歷史上曾致力于研制短距/垂直起降機。1968年7月11日，空軍向軍委辦事組和國防科委提出了《關(guān)于三五期間我國飛機發(fā)展問題的建議的幾點意見》，明確提出要盡快解決垂直短距起落戰(zhàn)斗機的問題。六院根據(jù)空軍指示，下達了短距起落戰(zhàn)斗機的研制課題。1969年初，沈陽飛機設(shè)計研究所將短距起落噴氣襟翼可變機翼飛機列入專題科研項目。然而，由于技術(shù)儲備不足，該項目只能作為預(yù)研項目。1969年3月2日，中蘇邊境發(fā)生“珍寶島自衛(wèi)反擊戰(zhàn)”，中國進入緊張戰(zhàn)備狀態(tài)。在這一大背景下，601所的預(yù)研項目成為重點，同年9月正式下達型號研制任務(wù)，代號為“四號任務(wù)”，旨在1971年前完成。“四號任務(wù)”由于技術(shù)和資源限制進展緩慢。1971年“9·13”事件后，殲-8飛機聯(lián)合指揮部和相關(guān)單位向中央和中央軍委致信，批評停產(chǎn)殲-8飛機的決定，建議盡快完成設(shè)計定型。周恩來總理重視此事，將信轉(zhuǎn)交給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)處理。1972年3月25日，“四號任務(wù)”領(lǐng)導(dǎo)小組決定將其從國家型號發(fā)展計劃中剔除，繼續(xù)作為先期研究科研項目。隨后，“四號任務(wù)”終止，相應(yīng)機構(gòu)撤銷。

2015年3月20日，中國航空工業(yè)集團有限公司成發(fā)與中航空天發(fā)動機研究院簽署了短距起飛/垂直降落飛機項目的風(fēng)扇部件合作協(xié)議。有分析指出，該部件類似于美國F-35B戰(zhàn)斗機上的F135-PW-600發(fā)動機所采用的升力風(fēng)扇部件，標志中國可能重新啟動了垂直/短距起降戰(zhàn)斗機研發(fā)計劃。

基本原理

原理介紹

飛機在飛行過程中需克服兩種力：重力和阻力。機翼和尾翼產(chǎn)生的垂直升力平衡重力，而發(fā)動機提供的水平推力克服阻力。正常飛機起飛時，在發(fā)動機推動下，在跑道上克服阻力向前滑跑，機翼在空氣中直線平移運動，利用特定翼型和飛行狀態(tài)產(chǎn)生的空氣壓差獲取升力，當(dāng)滑跑速度足夠大以產(chǎn)生機翼升力超過飛機重量時，飛機離地升空。相比之下，垂直起落飛機無需滑跑，因此不能依賴機翼升力平衡重力，而必須依賴發(fā)動機產(chǎn)生向上推力或拉力來實現(xiàn)垂直起降。

具體應(yīng)用

實現(xiàn)垂直起降的方法包括傾轉(zhuǎn)發(fā)動機噴口、傾轉(zhuǎn)噴口外加安裝升力發(fā)動機、傾轉(zhuǎn)旋翼。這些方法中，戰(zhàn)斗機主要采用傾轉(zhuǎn)噴口或傾轉(zhuǎn)噴口外加裝升力發(fā)動機的方式，這使得飛機可以使用噴氣發(fā)動機，從而提高飛行速度，甚至達到超聲速水平。

以鷂式戰(zhàn)斗機和AV-8B短距起飛/垂直降落戰(zhàn)斗機為例，它們采用的英國勞斯菜斯公司研制的“飛馬”發(fā)動機具備可旋轉(zhuǎn)噴口的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。該發(fā)動機有4個可旋轉(zhuǎn)排氣噴管，當(dāng)垂直起降時噴管轉(zhuǎn)向下方，平飛時轉(zhuǎn)向后方，使得一臺發(fā)動機可以滿足平飛和垂直起降的需求。該結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，于1954年提出，經(jīng)過多次改型，至1990年初，最新型“飛馬11-61”最大起飛推力達到了105千牛，相當(dāng)于推動約10噸重物的力。

相比之下，雅克-141戰(zhàn)斗機、美國F35B聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機等戰(zhàn)斗機采用了在傾轉(zhuǎn)噴口之外加裝升力風(fēng)扇的方式。以F-35B為例，主發(fā)動機的噴口向下傾轉(zhuǎn)時提供80千牛的推力，升力風(fēng)扇額外提供89千牛的推力，再加上兩個從主發(fā)動機壓氣機引出的總推力17.4千牛的噴嘴，使得F-35B在垂直起降狀態(tài)下的總推力超過186千牛，相當(dāng)于“飛馬”發(fā)動機推力的兩倍左右。

此外，還可以采用傾轉(zhuǎn)噴氣發(fā)動機的方式實現(xiàn)垂直起降。然而，傾轉(zhuǎn)發(fā)動機可能產(chǎn)生較大的陀螺力矩，對偏轉(zhuǎn)軸和發(fā)動機壽命造成影響。因此，對于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機式噴氣發(fā)動機，偏轉(zhuǎn)噴管更為實用。而V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機等主要用于運輸?shù)?a href="/hebeideji/5212397124968938536.html">旋翼機采用的是渦輪軸發(fā)動機，其轉(zhuǎn)速相對較慢。

其他垂直起降方式由于可靠性不佳、起降困難等缺點已經(jīng)被淘汰。

技術(shù)特點

傳統(tǒng)旋翼的直升機

按照牛頓動量原理，飛機獲得的升力與槳葉驅(qū)動的氣流速度平方、槳盤面積、空氣密度成正比，即L∞ρSV2（其中 L為旋翼提升力，ρ為空氣密度，S為槳盤面積，V為槳葉驅(qū)動氣流速度）。所需功率與速度立方成正比，即P∞ρSV3(P 為所耗功率)。速度下降一定量有利于降低功率需求。槳盤面積越大，氣流速度的值越低，功率需求越低。直升機通常具有大槳盤面積，從而具備最大功率轉(zhuǎn)換優(yōu)勢，這是其廣泛應(yīng)用的主要原因。

直升機面臨的主要問題是提高飛行速度困難。直升機飛行速度通常小于400km/h。此外，直升機的旋翼升力需要平衡重力，導(dǎo)致其在整個飛行過程中處于高功率工作狀態(tài)，限制了航程和續(xù)航時間。尾槳事故在直升機飛行事故中占據(jù)較大比例，為了減少風(fēng)險，雙層旋翼布局形式受到關(guān)注，兩層旋翼可相互抵消扭矩。然而，雙層槳葉會導(dǎo)致氣動效率降低，需要確保足夠的間距以避免碰撞，并要求兩層槳葉在不同工況下的扭矩設(shè)計準確，否則無法實現(xiàn)扭矩平衡。在直升機的新技術(shù)中，特殊翼尖設(shè)計技術(shù)被用于降低翼尖渦的強度，以達到降噪的目的。綜上所述，在主要工況為起降的條件下，大直徑槳葉的直升機仍具有無法替代的優(yōu)勢。

矢量噴管推力轉(zhuǎn)向飛機

垂直起降能力對于高速戰(zhàn)斗機至關(guān)重要，尤其對艦載機飛行員來說。傳統(tǒng)高速飛機通常具有有限的機翼面積，導(dǎo)致在起降過程中飛機速度較快，給飛行員帶來心理壓力。垂直起降技術(shù)能夠減輕這一壓力，同時也使飛機免受機場限制，在實戰(zhàn)中具備重要價值。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機越來越注重垂直起降能力的研發(fā)。噴氣發(fā)動機作為高速飛機的理想選擇，具有強大的動力，但要將其轉(zhuǎn)換為垂直起降能力是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。成功案例包括鷂式戰(zhàn)斗機和美國F35B聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機飛機，它們解決了向量噴管、涵道風(fēng)扇動力轉(zhuǎn)換和平衡穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題。美國F-35B的成功表明，擁有強大動力的高速戰(zhàn)斗機配備垂直起降技術(shù)是未來的發(fā)展方向。

傾轉(zhuǎn)旋翼或螺旋槳動力的飛行器

傾轉(zhuǎn)旋翼或螺旋槳的垂直起降飛行器旨在結(jié)合直升機的垂直起降優(yōu)勢和固定翼的巡航效率與高速飛行特點。這種結(jié)合顯著提高了飛行器的平飛速度和巡航效率，例如V-22傾轉(zhuǎn)旋翼飛機可實現(xiàn)直升機航程的1.8倍。然而，這類飛行器仍然面臨兩方面問題：其一，平飛速度仍受限，難以實現(xiàn)超音速飛機；其二，在傾轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性問題是重要挑戰(zhàn)，V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機飛機的事故表明了該問題的嚴重性。因此，轉(zhuǎn)換階段的穩(wěn)定性成為國際研究的重點。存在兩種傾轉(zhuǎn)旋翼飛機設(shè)計，一種只傾轉(zhuǎn)動力（如V-22飛機），另一種動力與機翼一起傾轉(zhuǎn)。各種設(shè)計方式取決于應(yīng)用環(huán)境，尤其是對于無人機。總體而言，對于需要垂直起降、高平飛速和高巡航效率的長航程飛機，傾轉(zhuǎn)旋翼或螺旋槳的垂直起降飛行器是不可避免的發(fā)展趨勢。

涵道動力的飛行器

涵道動力的飛行器相較于傾轉(zhuǎn)旋翼或螺旋槳動力更具設(shè)計靈活性，因為涵道風(fēng)扇可靈活設(shè)置在機身或機翼上以提供直接升力。涵道風(fēng)扇，又稱升力風(fēng)扇，具有涵道的獨特設(shè)計，其動力原理在于槳葉高速旋轉(zhuǎn)引起涵道入口處的負壓，產(chǎn)生涵道拉力，實際效果顯示其拉力甚至超過整個涵道風(fēng)扇拉力的一半。精心設(shè)計涵道外形以及確保葉片與涵道壁間縫隙足夠小是實現(xiàn)這一指標的關(guān)鍵。然而，涵道風(fēng)扇設(shè)計需克服側(cè)向風(fēng)的影響，平衡側(cè)風(fēng)對氣動性能的影響和結(jié)構(gòu)重量之間的矛盾。涵道風(fēng)扇的槳盤面積相對較小，因而槳葉的直徑相應(yīng)減小，槳尖線速度提高，可使飛行器達到更高的平飛速度，但需要進行變距設(shè)計以維持功率轉(zhuǎn)換效率。涵道動力飛行器在垂直起降與平飛轉(zhuǎn)換階段的穩(wěn)定性問題需借助飛行控制系統(tǒng)解決。涵道風(fēng)扇的設(shè)計還可利用機身或機翼本身的結(jié)構(gòu)作為涵道，以節(jié)省涵道的結(jié)構(gòu)重量。涵道風(fēng)扇適用于城市環(huán)境下的垂直起降飛行器，由于涵道結(jié)構(gòu)對槳葉氣動噪聲的屏蔽作用，允許飛行器在輕微碰撞中運行。

主要類型

垂直起降飛行器按照動力方式大致可分為旋翼類飛行器、噴氣發(fā)動機推力轉(zhuǎn)向飛機、傾轉(zhuǎn)旋翼飛機、尾座式螺旋槳動力飛行器、涵道風(fēng)扇動力飛行器，此外還有涵道風(fēng)扇與向量噴管聯(lián)合應(yīng)用的飛機，以及其他特殊概念飛行器。還有一類能夠垂直起降的飛行器是微型撲翼動力的。

旋翼類垂直起降飛行器

直升機以其高效的動力轉(zhuǎn)換效率在垂直懸停狀況下脫穎而出，是最典型的旋翼動力飛機。盡管在提升平飛速度、降低氣動噪聲和創(chuàng)新旋翼設(shè)計等方面有所進展，直升機的基本性態(tài)仍未改變，仍是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的垂直起降飛行器。

美國提出了多種新型旋翼類垂直起降飛行器方案，包括噴氣驅(qū)動的旋翼、中心軸驅(qū)動的旋翼、X形機翼和“差翅亞目”方案。這些方案在飛行穩(wěn)定性、效率、機構(gòu)設(shè)計等方面存在難題，導(dǎo)致最終計劃的終止。這些方案的共同點是，為了克服重力，在垂直起降階段使用旋翼，然后在平飛時將旋翼鎖死成為固定翼飛機，以克服直升機難以提高平飛速度的問題。美國嘗試在旋翼類垂直起降飛行器上運用變體飛機概念開發(fā)具有變形能力的直升機方案，通過使旋翼產(chǎn)生的下降氣流一定程度上避開機身阻擋來提高旋翼效率。飛機平飛后，葉片收起在盤式翼面中，便于提升飛行速度。然而，這種方案面臨著變體結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)，而盤式翼的氣動效率、阻力配平等方面還存在技術(shù)問題，其實用性仍需進一步研究。

噴氣發(fā)動機推力轉(zhuǎn)向的垂直起降飛機

英國“鷂”式戰(zhàn)斗機是噴氣動力垂直起降飛機的成功范例，英國和美國對其進行了不斷改進。雖然其在續(xù)航和隱身性方面不如現(xiàn)代戰(zhàn)機，但專家認為，該機的空中懸停能力在現(xiàn)代空戰(zhàn)中仍具有獨特優(yōu)勢。蘇聯(lián)的雅克戰(zhàn)斗機也是噴氣動力下垂直起降飛機的代表，采用輔助發(fā)動機協(xié)助主發(fā)動機垂直起降，在20世紀90年代打破了12項垂直起降飛機的世界紀錄，盡管隨著蘇聯(lián)的解體而逐漸退出歷史舞臺，但是相關(guān)的技術(shù)研究仍有價值。德國在20世紀50年代研制了超聲速短距/垂直起降機VJ－101C，與其他垂直起降飛機不同，采用了翼稍發(fā)動機傾轉(zhuǎn)設(shè)計，類似于后來的V－22傾轉(zhuǎn)旋翼飛機，配套的是英國羅·羅公司專門研制的發(fā)動機。美國早期的XFV－12飛機也采用了噴氣發(fā)動機，但通過引射作用使鴨翼和機翼形成涵道流動，未能提供足夠升力。技術(shù)含量最高的垂直起降戰(zhàn)斗機是美國F-35B戰(zhàn)斗機，該機是依靠矢量噴管與涵道風(fēng)扇結(jié)合完成垂直起降。

傾轉(zhuǎn)旋翼（螺旋槳）動力垂直起降飛行器

垂直起降飛機面臨最大挑戰(zhàn)是在垂直離地，使用旋翼或螺旋槳作為動力在低速飛行時更有優(yōu)勢。它們具有較大的排氣面積，從而提高了功率轉(zhuǎn)換效率，尤其在相同功率下通過擴大槳盤面積來降低氣流速度。典型的傾轉(zhuǎn)旋翼垂直起降飛行器如美國的V－22“V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機”取得了成功，盡管初期發(fā)生了多起事故，但“魚鷹”成為最優(yōu)秀的垂直起降飛機之一。

美國在完善V－22的同時，美國航空航天局提出了多種傾轉(zhuǎn)螺旋槳方案，包括傾轉(zhuǎn)三個或四個螺旋槳并加固定翼的方案，以及整體機翼帶多螺旋槳一起傾轉(zhuǎn)的方案。這些布局具有更寬的重心移動范圍和適用于大型或電動力飛機的特點。NASA深入研究并試驗了多螺旋槳的設(shè)計，適用于大型和電動力飛機，并在某個螺旋槳失效時仍能迫降。傾轉(zhuǎn)旋翼思想還應(yīng)用于其他設(shè)計，如雙機身救火飛機，其雙機身有利于水上停泊。在20世紀60年代，美國還研制了XC-142A，該驗證機采用整個機翼傾轉(zhuǎn)，在垂直起降過程中，由于螺旋槳的滑流流經(jīng)機翼的流線型外形，對提升螺旋槳的升力非常有利。然而，這種傾轉(zhuǎn)方式需要更大的傾轉(zhuǎn)驅(qū)動力，并且在垂直起降觸地過程中，受地面風(fēng)的影響很大。

螺旋槳動力的尾座式垂直起降飛行器

傾轉(zhuǎn)旋翼（螺旋槳）動力的飛行器方案通常需要設(shè)計和配置較重的傾轉(zhuǎn)機構(gòu)，這在垂直起降飛行器中是一個挑戰(zhàn)。尾座式方案是一種整體傾轉(zhuǎn)的設(shè)計，美國航空航天局提出了單人布局，但要求飛行人員具備較高心理素質(zhì)。在20世紀50年代，美國海軍嘗試開發(fā)了螺旋槳動力的尾座式短距/垂直起降機，采用雙螺旋槳動力，但由于多種問題導(dǎo)致研發(fā)終止。雖然尾座式方案在大型飛機上存在難度，但對于小型無人機而言是一種不錯的選擇，因其輕巧、靈活，可在狹小空間進行起降。

涵道風(fēng)扇動力的垂直起降飛行器

涵道風(fēng)扇利用涵道前緣吸力的原理，相比旋翼和螺旋槳，它在相同槳盤面積下能獲得更大升力。近十年來，涵道風(fēng)扇動力的垂直起降飛行器備受關(guān)注，特別是在無人機領(lǐng)域。一些方案采用涵道風(fēng)扇進行垂直起降，如土耳其的V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機布局傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇，并增加了垂直風(fēng)扇，擴大了重心變換范圍。

小型無人飛行器方面，涵道風(fēng)扇動力的垂直起降飛行器包括“金眼”無人機和韓國尾推式無人機。大型飛機領(lǐng)域，Bell X-22A傾轉(zhuǎn)四涵道飛機在垂直起降表現(xiàn)良好，澳大利亞設(shè)計了一款救火飛機，采用扁平機身結(jié)構(gòu)和對轉(zhuǎn)雙槳動力方案。

實際運用

軍事運用

垂直起降技術(shù)廣泛作用在飛行器上，美國擁有眾多型號的直升機和先進的V-22傾轉(zhuǎn)旋翼飛機等垂直起降飛機。最早服役的是“鷂”式系列戰(zhàn)斗機，是世界上唯一一款參加過大規(guī)模作戰(zhàn)的短垂飛機。它是一款亞音速作戰(zhàn)飛機，該系列飛機從上世紀50年代開始研制，截止2023年仍在服役，被廣泛地用于美國海軍陸戰(zhàn)隊、英國皇家空軍與海軍。在馬爾維納斯群島戰(zhàn)爭中，鷂式戰(zhàn)斗機是英國贏得馬島戰(zhàn)爭的最關(guān)鍵因素之一。該型飛機還參加了巴爾干戰(zhàn)爭和空襲利比亞戰(zhàn)爭等實戰(zhàn)，主要執(zhí)行對地打擊、空中偵察和制空作戰(zhàn)等任務(wù)。此外，還有由蘇聯(lián)研制雅克-141戰(zhàn)斗機飛機，它是世界上第一款超聲速垂直起降艦載戰(zhàn)斗機；F-35戰(zhàn)斗機，是世界上最新型的超聲速短距短距/垂直起降機。

民事運用

從民用角度看，垂直起降技術(shù)運用在民用飛機上，在復(fù)雜地形環(huán)境執(zhí)行任務(wù)、地震救災(zāi)、邊遠地區(qū)急救、緩解城市地面交通等方面具有很大的應(yīng)用空間。

空運行業(yè)正評估短距離起落和垂直起降飛機的適用性。城市化推動了垂直起降客機的發(fā)展，以解決傳統(tǒng)運輸系統(tǒng)中的阻塞問題。直升機已為機場到城市中心的快速轉(zhuǎn)運提供了最快的解決方案，但安全記錄限制了其應(yīng)用。垂直起降式飛機在設(shè)計性能和其他方面表現(xiàn)出色，有望在未來的空運網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮主要作用。

相較于傳統(tǒng)的起飛和降落模式，垂直起降/短距離起降飛機具有以下優(yōu)勢：

存在意義

軍事意義

垂直起降飛機減少或基本擺脫了對跑道的依賴，只需要很小的平地就可以拔地而起和垂直著陸，在戰(zhàn)爭中飛機可以分散配置，便于靈活出擊、轉(zhuǎn)移和偽裝隱蔽，不易被敵方發(fā)現(xiàn)，出勤率也大幅提高，并且對敵方的打擊具有很高的突然性，大大提高了飛機的戰(zhàn)場生存率。同時，垂直起降飛機在航空領(lǐng)域具有重要意義。它們適應(yīng)性廣泛，尤其適合島嶼和山地等地區(qū)缺乏大型機場的情況。例如，南海島礁周圍海水深，無法建設(shè)大型機場，垂直/短距起降飛機的靈活性使得在有限空間內(nèi)進行起降成為可能，從而為維護海洋權(quán)益提供了重要支持。

在維護海洋權(quán)益的挑戰(zhàn)中，特別是在可能出現(xiàn)中低烈度的局部沖突情況下，大型機場數(shù)量不足可能會成為一個問題。在類似南海等地區(qū)，少數(shù)大型機場可能存在風(fēng)險并可能出現(xiàn)兵力不足的情況。因此，垂直起降飛機與常規(guī)起降戰(zhàn)機組合部署，可以更好地緩解這種兵力不足的矛盾，提高航空兵的打擊能力。

此外，垂直起降飛機在野戰(zhàn)條件下快速部署的能力也非常重要。它們能夠靈活地在臨時建設(shè)的簡易起降場上起降，為一線部隊提供火力支援，提高在復(fù)雜地形和突發(fā)情況下的機動性。

在兩棲作戰(zhàn)和航母編隊中，垂直/短距起降飛機同樣發(fā)揮著重要作用。它們適合部署于輕型航空母艦和兩棲攻擊艦上，提供局部制空權(quán)和近距支援。對于維護海洋權(quán)益，特別是在可能進行兩棲登陸作戰(zhàn)的情景下，垂直/短距起降飛機的應(yīng)用需求將會愈發(fā)重要。

民用意義

使用垂直起降技術(shù)的飛機內(nèi)在靈活性是其最寶貴的優(yōu)勢。從經(jīng)濟角度看，利用現(xiàn)有機場可顯著節(jié)省土地使用費用，無需在大城市周圍新建機場。終端設(shè)施的投資也大幅減少。通過幾年運營，垂直起降飛機可通過節(jié)省投資來支付研制與運輸系統(tǒng)相關(guān)的費用。另一靈活性在于可引進受管制的終端區(qū)空域。操作優(yōu)勢是垂直起降飛機的第三個潛在優(yōu)勢，低速度著陸設(shè)計理論上使得這一操作更輕松。最重要的是，這種設(shè)計在起降階段提供了最大的安全性和最小的跑道事故風(fēng)險。

發(fā)展趨勢

無人化趨勢

無人機在垂直起降領(lǐng)域有更廣泛的實用性。小型無人機特別適合展示垂直起降的特點和優(yōu)勢，承擔(dān)更大的技術(shù)風(fēng)險，因而成為活躍的發(fā)展方向。

城市飛行器

隨著現(xiàn)代城市交通擁堵問題的日益突出，飛行器的三維空間優(yōu)勢將推動垂直起降飛行器在城市環(huán)境下的發(fā)展。城市環(huán)境的獨特性和公共安全需求對垂直起降飛行器性能提出了更高的技術(shù)要求。

智能化發(fā)展

垂直起降飛行器的固有穩(wěn)定性問題需要通過完善的飛行控制系統(tǒng)解決。飛行器的潛在危險性促使強魯棒性智能控制技術(shù)的發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，與飛行器飛控系統(tǒng)的結(jié)合將確保更安全的飛行。一旦達到這種技術(shù)水平，智能型垂直起降飛行器將在多個領(lǐng)域獲得應(yīng)用，迎來更廣闊的市場發(fā)展空間。