现代战斗机的变形机构与相关动漫作品

记得小时候看经典机战动画《太空堡垒》，最喜欢看的就是看着瑞克开着变型战斗机打外星人的场面。帅气的飞机只要一拉控制杆，就能在人型和飞机状态下来回切换，还可以变形成过渡形态的守护神形态。这样飞机在战斗时就可以根据战场情况灵活选择变形形态，以适应不同的战斗需求。比如高速追击或突防时可选择飞行形态，把空气阻力降到最低开展追击；遇敌后可以选择人型，可以手持武器在各个方位上灵活的展开攻击，如果人类躯体一样可以做出各种规避动作。而守护神形态是介于二者之间的一种形态，既可以高速滑行，又能手持武器攻击。

变形战斗机的飞行形态

处于半变形时的守护神形态

完全变形时的人型形态

当然，以上只是动漫作家根据现有的战斗机为蓝本进行科学幻想而出来的一种科幻作品，至于以后能不能实现还很难说。毕竟把一架飞机变形成人型并且还能投入战斗需要太多的科技属性。比如第一要有一种十分轻巧而且坚固的材料能够制造出机体结构，第二要实现动力引擎的小型化和高推力化才能使得机体在空中不依赖机翼飞行，第三要有一种超级能源能够提供变形战斗机长时间的作战飞行。

当时我看这部动画的时候还在想，这一变形成人型后，驾驶员本来是平坐着的，现在折叠到了腹部，岂不成了面朝下大头朝前了？那该是有多难受。后来发现了机体设定图，发现人家创作者早就考虑到了这个问题，驾驶员的座椅和仪表是可以90度翻转的，完美地解决了这个问题。

变形战斗机驾驶舱变形示意

当然这些科技目前只存在于动漫作品和电影中，现实中战斗机只能做到很简单的变形，那就是变后掠翼。变后掠机翼是50年代以后开始出现的一项新技术。它的基本设计思想是让机翼前后转动，以改变后掠角大小，使飞机同时兼顾高速和低速飞行的气动要求，扩大飞行速度范围。最为典型的代表就是美国的F-14雄猫战斗机。

变后掠翼飞机机翼活动角度示意

变后掠翼的作用就是使飞机在起飞、着陆或需要作低速飞行时，将机翼往前转动，减小后掠角，以提高飞机的低速飞行性能，缩短起落滑跑距离；而当飞机需要作高速飞行时，将机翼往后转动，增大后掠角，以减小飞行阻力，提高飞机的高速飞行性能。由此可见，变后掠翼技术可以解决超音速飞机的高低速矛盾，改善起飞、着陆性能。

起飞状态

F-14的起飞形态，此时可见飞机的后掠角为最小，机翼接近于平直状态，这样能够提供最大的升力，使得飞机尽快离开甲板。

巡航状态

F-14的巡航形态，此时飞机机翼处于后掠角居中，此时的形态就跟太空堡垒变型战斗机的守护神状态一样，处于一种高机动高速度的状态，这时飞机既有机动也能兼顾速度，是最常用的一种形态。

最大后掠角状态

后掠角最大时的F-14，这时候为了追求速度，飞机会把机翼折叠到尾部，整体形成一个箭头形状，犹如高速俯冲的雄鹰一般。这时候飞机的阻力最小，往往是进行高速突防或者追击敌机的时候才用这种形态，上图可以看见飞机此时已经突破了音障，并在机身周围形成了伞状的云雾。

以上形态虽然炫酷，但是也不是完美无缺的首先是机翼转动的机构复杂，重量大；活动外翼的载荷全部集中在枢轴上，容易造成材料的疲劳。此外，还要有一套强有力的驱动装置，在飞行中能快速地改变后掠角；如果活动外翼下有外挂物(副油箱、导弹或炸弹)，还需要一套协调机构，使它们在机翼改变后掠角过程中始终保持顺气流方向。

变后掠翼由于结构复杂引申出很多问题。为了支持机翼后掠角的可变，机翼必须由可变动机构组成。增加了机身重量，机翼悬挂点减少，负载减少，灵活度减少。增加了机构的复杂度与固件的数量，可靠性成几何倍数的降低，同时生产复杂度和维护费用成几何倍数的增加，从而造成成本增加。

因此美国在2006年退役了全部的F14战斗机，改用F/A-18大黄蜂战斗机代替雄猫执行任务。雄猫的退役并不是说它的性能落后了，而是苏联解体后美国找不到对手，一直用这种昂贵的战斗机太浪费，俗话说地主家也没余粮啊，因此忍痛把这些贵族老爷请下了马，换成皮实好用又经济的塑料虫了。

说到飞机的变形机构，还有一种机翼变形与众不同，就是机翼的外侧向下折叠。就是下面这款号称是“女武神”的轰炸机，也就是美国的XB-70轰炸机。它机身修长，外形科幻前卫，所以这款战机在美苏冷战时期，也被称为是超时代产物和黑科技的代表。

XB-70轰炸机

XB-70轰炸机高速飞行状态

为什么这款飞机的机翼要向下折叠呢？道理其实跟雄猫的后掠变形差不多，一是为了减少迎风阻力提高高速性能，二是折叠向下的机翼还能够起到方向舵的作用，能够提高飞机的稳定性，毕竟女武神是一款重型轰炸机，有着六台硕大的发动机，可以用三倍音速的速度进行巡航。而XB-70轰炸机处于3 马赫状态时，前置鸭翼无法抵消升力中心后移所产生的力矩，此时就必须使主翼翼尖向下弯折，以增加其俯仰和方向的安定性。而这样的设计，能够抵消因高速飞行主翼升力中心后移时，机鼻向下的趋势。但是这种设计也存在着不足，这样会增加操纵系统的危险复杂性。

女武神的发动机

还有一种飞机的变形机构可能大家都没注意到，就是机头变形，这种飞机的代表就是协和超音速客机。协和式飞机是一种由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机，在1969年首飞、1976年投入服务，主要用于执行从伦敦希思罗机场（英国航空）和巴黎夏尔·戴高乐国际机场（法国航空）往返于纽约肯尼迪国际机场的跨大西洋定期航线。飞机能够在15000米的高空以2.02倍音速巡航，从巴黎飞到纽约只需约3小时20分钟，比普通民航客机节省超过一半时间。

协和飞机飞行状态

协和飞机准备降落时机头状态

协和飞机降落后下垂的机头

协和式飞机由于机头过于细长，飞行员在起降时由于高仰角导致视线会被机头挡住，同时为了改善起降视野，机头设计成可下垂式，在起降时下垂一定的角度，可以往下调5至12度，以便飞机在起飞和降落时，飞行员获得极好的视野，巡航时则转到正常状态。不过庞大的机头角度调整设备占用了飞机的宝贵重量与空间。与之类似的是前苏联也研制了一款超音速客机图144，机头的构造与协和式客机如出一辙。这种机头变形机构使得飞机就像老鹰的勾状尖喙一样充满了一种神秘感。

协和飞机起飞状态

图一144，与协和的区别就是机头有小翼

另外一种关于垂直起降飞机的变形方式，就是发动机尾喷管的变形，这种飞机可以利用一套扭转装置，把三节虾米腰拼成的直筒型的尾喷管转为90度垂直往下，从而改变发动机气流方向，实现垂直起降。典型的就是F-35和米格141垂直起降战斗机。

垂直起降状态

垂直降落状态

短距滑跃起飞状态

F35发动机尾喷管动作

最后还有一种飞机上的简单变形装置要说一下，就是飞机发动机的反推装置。反推发动机就是靠改变外涵道或尾喷口的喷气方向，减少向后喷射的气体量来达到辅助减速的效果。

反推发动机

反推装置工作状态

另一种发动机反推装置

以上就是现今飞机中代表性的变形装置了，要实现《太空堡垒》中那种变形还很遥远，当然也许不久之后人类的科技就能够得到突破，在材料、动力、能源上取得飞跃式的发展后，那么这种变形飞机也就有可能出现，让我们的后代子孙努力吧！