飛機自問世以來,在戰爭的強力牽引下,從雙翼機到單翼機,從螺旋槳到噴氣式發展迅速,但一直存在一個巨大的侷限,就是其起飛與降落必須依賴於跑道。第二次世界大戰中後期德國已基本喪失制空權。在盟軍空軍的轟炸下,德國幾乎所有的機場都陷於不同程度的癱瘓或半癱瘓狀態。
在此狀況下,德國人迫切需要一種不需要跑道,在任意地點就能起飛的全新概念戰鬥機。為此德國巴赫姆公司很快便拿出一個代號BA349的垂直起飛截擊機方案。
該方案充滿想象力的起降方式,在當時令許多人匪夷所思。整架戰機如同現代運載火箭一樣,發射前豎立固定在24米高的發射架上,由助推火箭將他送上天空。起飛約10秒後燃燒完的助推火箭脫離,飛行員接管控制權。BA349並不具備正常著陸功能,完成任務後戰機會一分為二,飛行員跳傘逃生,而帶有發動機的後部機身則利用降落傘著陸,保證寶貴的發動機可以再次利用。
BA349雖然利用火箭實現了飛機的垂直起飛,但並沒有解決垂直降落的難題,因此還稱不上是真正意義上的垂直起降飛機。
上世紀60年代,東西方冷戰越演越烈。聯邦德國位於華約、北約兩大軍事集團對峙的最前沿,一旦爆發戰爭,其所有機場必然首當其衝,成為蘇聯戰術核武器的摧毀目標。為汲取二戰中的慘痛教訓,聯邦德國國防部啟動了一個“無跑道空軍計劃”,並於1962年秘密組織相關企業研製垂直起降戰鬥機、攻擊機甚至運輸機。
經過一番艱苦努力,由海因克爾梅塞施密特兩家企業聯合打造的VJ101垂直起降戰鬥機終於在1963年成功實現了首飛,成為全球第一款速度超過音速的垂直起降飛機。
垂直起降戰機最關鍵也是最難的技術,就是其動力系統。VJ101採用的是輕轉發動機噴氣構型,這種構型利用轉動發動機艙來改變推力方向,從而實現巡航和起降時的推力轉型。該機起飛時機身前部兩臺升力發動機全開,可轉向發動機短艙垂直向下噴氣。當機體騰空而起升到一定高度後,發動機短艙轉向水平方向,升力發動機關閉,依靠發動機短艙進行常規飛行。
但這種構型的飛機有兩個最嚴重的問題,其一,在當時的技術條件下,發動機推重比變化不大,如推力增加必然導致發動機重量上升,由此一來機翼結構必須進一步加強,同時發動機轉動慣量增大,也使得控制更加困難,並且要消耗更大的控制功率。其二,發動機推力增加還將導致尺寸的增大,而飛機即使採用上單翼留給發動機轉動的空間也是相當有限。這兩個因素直接限制了這類飛機採用更大推力發動機。該專案最終在上世紀70年代初宣告下馬。
越南戰爭期間,直升機被大量使用。直升機雖然可以在複雜的地形環境中垂直起降,但由於涉及技術原理的侷限,在飛行速度與高度上無法與噴氣式飛機相抗衡,因而只能執行運輸任務或支援地面部隊,根本無力承擔奪取制空權的任務。
世界上真正在垂直起降戰鬥機領域實現突破的是英國。1957年,英國的布里斯托爾航空發動機公司與克爾韋伯合作推出一個全新的推力向量構型技術方案,並在該技術方案的基礎上研製成功飛馬發動機。
推力向量構型是利用改變發動機噴口方向,從而產生向量推力,滿足起降和巡航時不同推力方向的要求。其設計核心思想仍然是增大發動機能量利用率。實際上相對於輕轉發動機構型,推力向量構型要付出一定的發動機安裝推力下降的代價,但同樣可以將全部推力用於起降或巡航,並且實現推力轉向的代價,重量消耗功率等較小。
此外,推力向量使得飛機的過渡飛行相對簡單,對於推力向量構型來說由於垂直起降的關鍵都集中在發動機上,因此這類飛機的機體設計接近常規,飛機難度相對下降。除了進氣系統,飛馬發動機設有四個噴口,都在機身兩側,而且可以轉動。
當噴口向下時,產生的推力可使飛機垂直上升。當噴口向後時,產生的推力推動飛機前進,飛行員調整噴口的方向和角度,便可改變飛機的飛行姿態。後來的事實證明,飛馬發動機是P1127取得成功的關鍵。
P1127試驗機由英國霍克飛機公司和布里斯托爾航空發動機公司聯合研製。這種飛機研製廠商和發動機研製廠商之間的緊密合作是P1127成功的又一個重要原因。霍克公司將P1127定義為一種比獵人攻擊機略小、載彈量相當、作戰半徑更大,能以高亞音速進行低空突防的戰術支援攻擊機。
1960年10月,第一架P1127原型機進行氣流懸停,隨後又進行了自由懸停和常規試飛。1961年9月,第二架原型機換裝推力60千牛6120公斤飛馬發動機,並首次完成懸停到向前飛行的過渡。1961年9月12日,P1127進行了首次全過渡飛行,這是P1127發展歷程上的一個里程碑。
P1127垂直起降驗證機引起美國人的極大興趣。美國、英國、聯邦德國於1962年初決定一起對P1127改進型服役的可能性進行評估,並因此成立了三國評估中隊。1963年1月16日,各方在巴黎達成最終協議,採購九架改進型P1127,費用由英國、聯邦德國和美國均攤。
1964年3月7日,首架三國聯合改進型飛機是為1964年11月P1127評估型被重新命名為“茶隼”。1965年2月,改進型茶隼加入一線部隊,並被正式命名為“鷂”式垂直起降戰鬥機。1969年4月,“鷂”式開始裝備英國。
鷂式戰鬥機是世界上第一種實用型垂直短距起降飛機。鷂式飛機採用一臺兩側進氣的飛馬發動機,四個可旋轉零度到98.5度的向量推力噴管位於機身中部提供垂直起落過渡飛行和常規飛行所需的動升力和推力。機翼翼尖機尾和機頭有噴氣反作用噴嘴用於控制飛機的姿態和改善失速性。
鷂式具有兩套飛行控制系統,一套用於常規飛行的控制,另一套用於利用推力升力低速飛行時的控制。
鷂式具有中低空效能好、機動靈活、分散配置、隨同戰線迅速轉移等優點,在其後的歲月中,鷂式戰鬥機發展出了一系列的改進型號,裝備鷂式除了英國外,還有美國、西班牙、義大利、泰國、印度、辛巴威等國。1978年8月20日,英國在鷂式GR3的基礎上研製的艦載機試飛成功,便被命名為海鷂。
海鷂和鷂式不同的地方是海鷂改用飛馬MK104發動機,駕駛艙抬高28釐米,以便有360度視野。垂直尾翼加高了10釐米,以求增加穩定機頭,加裝藍湖雷達。機身的防腐蝕和防海水侵入也比GR3強。
1982年,英阿馬島戰爭爆發,海鷂攜帶美國AMM9空空導彈,從無敵號和競技神號航母上出動,擊落阿根廷“超級軍旗”,法制“幻影”在內各型戰鬥機二十一架,阿根廷空軍飛行員恐懼的把海鷂戰鬥機稱為“空中黑色魔鬼”。
海鷂首戰一戰成名,但有一個問題卻很少有人注意到,或者是有意迴避。艦載機的主要任務是保衛艦隊自身安全,海鷂空戰成績雖然不錯,但卻無法攔截阿軍機群突入艦隊內層近距離,結果是考文垂號驅逐艦、謝菲爾德號驅逐艦、羚羊號護衛艦、熱心號護衛艦、格拉海德爵士號登陸艦被擊沉。格拉斯哥號驅逐艦、亞爾古號護衛艦、特里斯特姆爵士號登陸艦、安特里姆郡號驅逐艦、格拉摩根郡號驅逐艦、普利茅斯號護衛艦被重創。
英國艦隊慘痛的損失暴露出海鷂的兩大弱點。其一,缺乏早期預警,海鷂沒有一次利用機載雷達探測到目標實施主動攔截。所有的攔截都是在艦載雷達引導下進行。其二,缺乏高速飛行能力,這是垂直起降飛機先天性先天性弱點。還有作戰半徑小,載彈量小,另外還有不能載彈降落的痛點。
進入80年代,精確制導彈藥大批裝備價格動輒數十、上百萬美元。1991年1月17日,以美國為首的多國部隊對科威特和伊拉克境內的伊拉克軍隊發動沙漠風暴行動。美軍裝備的AV8B鷂式戰機先後出動了三千餘架次給伊拉克的地面裝甲部隊及許多高價值的目標予以毀滅性打擊。
2010年12月15,英國皇家空軍的最後16架鷂式戰鬥機在空中組成漂亮的編隊,向公眾做最後的展示。
鷂式作為世界上第一種垂直短距起降飛機雖然已經漸漸淡出人們的視野,但只要一提起垂直起降戰機,人們首先想到的還是鷂式。鷂式在戰機垂直起降上的大膽創新與實踐,對世界航空史來說無疑是一筆極為寶貴的財富。