F-35B是如何实现垂直起降的，你知道吗？

F-35B是美国在F-35A的基础上研制改进的一款集隐身技术、多任务效能和通用性于一身的先进战斗机，其也是目前世界上最先进的舰载固定翼战斗机，在美军装备系统中占据重要地位。F-35B最为人称道的就是其短距/垂直起降能力，为了实现该能力，美国在总结借鉴前人经验的基础上，大胆创新采用了升力风扇+发动3D推力矢量喷管+调姿喷管的垂直起降的动力组合方案。

F-35B

升力风扇技术

升力风扇是F-35B技术核心，镶嵌在座舱后方，主要由整体外涵道机匣、两级水平对转风扇、3D形矢量喷管、变速箱、离合器等传动系统和伺服系统五大部分组成，总重接近1800千克，垂直升力系统通过在F-135发动机风扇前安装一根传动轴将主发动机的低压涡轮部分功率传递到飞机座舱后的升力风扇，升力风扁与可向下偏转最大达95度，能转到垂直状态的主发动机3D矢量尾喷管协力，就像两人抬轿子一样，把飞机举升起来，通过调姿喷管来或进行调节或保持平衡。

3D矢量尾喷管

为F-35B提供垂直升力和平飞推力的F-135发动机尾喷管比较特殊，采用了3D矢量喷口设计，该喷管可使发动机的排气从水平偏转到垂直甚至向前，可以使推力方向从水平方向偏转到垂直向下，在液力马达的带动下，3D矢量喷管可以在2.5秒内旋转95度，将高温排气流导向飞机下方，3D矢量喷口从轴向看为椭圆形，实际截面为圆环形，各关节反向旋转以便使矢量喷口垂直向下偏转，最多可向下偏转95度，同时也可调节左右各偏转10度，用于偏航控制),在不加力状态产生的垂直推力为80千牛升力。此外，通过F-135外涵道两侧部位引出两只类似小手臂般的姿态控制喷管，利用发动机压气机的引气，分别产生8.7千牛推力，通过在控制杆端的喷管差动地打开和关闭，实现F-35B滚转平衡控制；通过偏转F-135喷管偏航实现偏航控制；通过升力风扇和发动机推力分离器实现俯仰控制。

F-35B创造性地采用了升力风扇+发动机3D推力矢量喷管+调姿喷管的垂直起降的动力组合方案

先进的飞行控制系统

此外在飞行控制方面，F-35B也与过去的垂直起降战机有着天壤之别的差距，过去驾驶“鹞”、AV-8、雅克38/141等，飞行员需要根据自己经验判断(载荷、风向、风力、航向要求),像八爪章鱼那样严格按照要求操纵控制飞机方向舵、操纵杆、节流阀、喷嘴角度控制等复杂的装置进行短距/垂直起落飞行，手忙脚乱、劳神费力，稍有不慎就会酿成机会身亡的大错；而F-35B有了先进的机载计算机和各种传感器(惯性、加速度、风向传感器)组成的闭环智能控制系统，飞行员只要把飞机去向告诉飞行控制计算机系统。这个系统就会自动拿出产生推力的方案，自动调整推力喷管角度、推力控制飞机。飞行员只需根据显示屏显示的要求摁几下按钮就能无忧无虑、轻松自在驾驭F-35B垂直起降或高速平飞了。

F-35B垂直起降模式下升力分布示意图

F-35B典型的垂直起降过程

因此F-35B整个升力系统实际上是包括前方升力风扇、中段传动轴以及后面的F-135发动机，整个推进系统的长度为9.37米，在悬停状态下能向下产生超过186千牛总推力，在悬停状态或者垂直起降时(其实F-35B在轻载荷状态具有垂直起飞能力，但会浪费大量油料，因此在美国的两栖攻击舰船上采用的是垂直降落模式，短距离起飞模式),F-135发动机通过传动轴、离合器带动前方升力风扇高速旋转，产生最大达到90千牛的推力用于抬升机体前部，而F-135发动机后方的3D矢量尾喷管则向下偏转90度，用于抬升机体后部，前方风扇和后面发动机一同协力，就像两人抬轿子一样，把飞机举升起来，通过调姿喷管来或进行调节或保持平衡!而飞行计算机根据飞行员的指令意图自动调节座舱内节流阀供油量大小来实现飞机是否悬停或者起降。

F-35B在短距离起飞时，以升力风扁可形成垂直向后15度倾角喷流，主发动机向下倾斜约60度喷流角度估算，滑跑距离122米时可以达到起飞重量22.7吨的要求，可以满足机内满油满弹时的起飞要求。理论计算大约148米距离滑跑可以提供飞机27吨的最大起飞重量要求，当飞机的空速超过150节以上，F-35B的升力风扇就可以关闭，发动机尾喷管过渡到正常飞行状态!

F-35B在机身内侧装有姿态控制喷管，以控制姿态平衡

F-35B垂直起降的优缺点

相对过去传统的垂直起降机型来说，F-35布局设计方式总体来说具有3大突出优点：

首先，采用前置升力风扇，飞机相对截面积减小，从而降低飞机的迎风阻力，有利于实现超音速飞行，由于升力风扇直径尺寸相对较小，除了占有前部油箱空间外，飞机完全可以在采用在小涵道比的涡扇发动机下实现超音速飞行。

其次，在所用油耗一定的情况下，采用大推力涵道比推力风扇比采用垂直升力的发动机推力更大，能提供更大的载荷。最后，采用升力风扇能改善向下气流对地面冲击的影响，由于升力风扇喷出的气流相对于发动机燃气来说是新鲜的冷气流，在飞机前方能形成冷空气屏障，避免飞机发动机进气道对废气再吸入对发动机推力损失的影响，基本杜绝了类似雅克-38或141那样的燃气再吸入引起发动机推力下降甚至停车的风险!

当然，F-35B项目也不是一帆风顺的，其在实现垂直起降功能时也遇到一些困扰，其中最为纠结的是自身的超重问题造成有效航载降低和在两栖攻击舰上垂直降落的甲板烧蚀问题，而随着F-35B项目的不断优化，比如改进发动机和动力系统解决超重、载荷问题，通过在两栖攻击舰上铺设隔热垫或采用甲板底部循环水冷却技术甚至外部喷淋冷却技术来解决F-35B垂直降落时发动机喷口对甲板烧蚀问题等，无疑将大幅提升F-35B的作战效能。