直升机超音速？装喷气发动机，起飞喷口朝下，平飞喷口向后行吗？

#2025天津直博会#

2025年天津直博会闭幕了，虽然我们在这届展会中，看到了中国直升机工业的巨大进步，但是从飞行原理上看，我们还是没能看到一款革命性的直升机。

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传统的直升机，时速只能达到300公里多一点，倾转旋翼机时速能够超过500公里，但这已经是极限了，而这个速度还是比传统的固定翼涡桨运输机慢，更不要说运20这种喷气式运输机了。那么，能不能造一款既能垂直起降，速度又跟喷气式飞机差不多的直升机？

有些人可能说了，这简单啊，《终结者3》看过没有？里面的喷气式无人机，把旋翼换成能旋转的喷气式发动机，起飞时喷口朝下，平飞时喷口向后转，这不就结了？其实，要是真这么简单，工程师们肯定也能想到，之所以这种“神机”迟迟没有出现，是有技术原因的。

大家都知道，直升机用的是涡轴发动机，其实涡轴、涡桨、涡扇、涡喷这四种发动机，在原理上都是一样的，都是用涡轮叶片把燃气的动能转化为机械能，只不过是风扇叶片的大小不一样罢了。涡喷没有风扇；涡扇的风扇大一些，涵道比一般在10以下；涡桨等于去掉外涵道，叶片进一步增大的涡扇；涡轴等于叶片再进一步增大的涡扇，并且把叶片的旋转方向掉转90度。也就是说，理论上一款喷气式发动机可以改出四个型号，适配直升机、螺旋桨飞机，喷气式运输机和战斗机。

而根据公式功率P=推力F×速度V，功率一定的情况下，喷气速度越快，推力越小。而喷气速度最快的就是涡喷，能达到1000米/秒，其次是涡扇，再次是涡桨，最慢的就是涡轴+旋翼，下洗气流速度一般低于100米/秒。所以你想要垂直起降，直接靠喷气式发动机向下喷气，这推力是不太够的，尤其是早期的喷气式发动机推重比还贼低，更不行。而涡轴+旋翼这对组合气体流速最慢，推力或者说升力最大，所以最适合直升机。这也是为什么涡轴发动机很小很细，却能让直升机起飞的原因。

但旋翼或者叶片的直径越大，空气阻力也大，一旦飞行速度等于旋翼和叶片煽动空气的速度，这推力就直接归零了，飞机的速度就再也上不去了。而且旋翼和叶片的直径越大，翼尖和叶尖的速度越高，但这个速度不能达到音速，否则激波震颤直接让旋翼和叶片解体，这也进一步限制了飞行速度。

所以我们看到一个规律：速度越快的飞行器，它的旋翼或者叶片的直径越小。直升机的旋翼直径能达到几十米，倾转旋翼机就只有10米出头了，涡桨则在10米以下，涡扇最大只有几米，涡喷顶天一米左右。所以，既要垂直起降，又要提高飞行速度，就得提高发动机的推重比，这样旋翼或者叶片的直径减小后，喷气推力依旧能够超过飞机重量。

第一个实现垂直起降的喷气式飞机是“鹞”式，它的“飞马”发动机涵道比高达1.4，甚至超过同期的民航客机的发动机，所以推力非常大，能够让战机垂直起降。但大家也知道“鹞”式垂直起降的航程和载弹量非常可怜，基本没有实战价值，所以基本都是短距起飞，降落时油也少了弹也少了，所以可以选择垂直降落。另外，同样因为涵道比过大，以及喷管构型不能设置加力燃烧室，“鹞”式是不能超音速的。总之一句话，“鹞”的发动机推重比还是不够大。

第一个实现超音速飞行的垂直起降飞机是雅克141，它采用的是主发动机喷口转向+升力发动机的方案，主发动机的涵道比大大降低，飞机能够超音速了，但升力发动机受制于机体空间限制，只能选择涡喷，而且是结构最紧凑的单转子涡喷，所以非常费油，导致雅克141虽然垂直起飞载弹量比“鹞”式高，但航程和作战半径反而不如。

美国的F-35在雅克141的方案基础上，将升力发动机改为升力风扇，由主发动机通过传动轴带动，虽然主发动机的涵道比也不大，但升力风扇直径高达1.3米，实际上将整套动力系统的涵道比大大提升，在提供了足够升力的同时，油耗也大大降低。所以F-35的垂直起降载弹量和航程完全超过了雅克141，速度虽然低一些，但那是因为内置弹舱导致机体变粗的原因，如果没有内置弹舱，F-35B也可以达到接近2马赫的速度。

虽然F-35B已经是目前效率最高的垂直起降战机起降方案，但它在垂直起飞时的最大升力也只能达到19吨，去掉14.65吨的空重，再去掉必要的燃油，实际能挂的弹药也不多。用来当战斗机还行，用来当直升机玩儿悬停，一分钟耗油1吨，这谁受得了？而且直升机悬停轻轻松松超过6000米，F-35B就只能达到2700米，没办法，越高空气越稀薄，发动机推力越小，而风扇直径比旋翼小太多，升力很快就不够用了。

F-35的发动机，推重比已经达到10了，去掉加力的话只有不到7，基本是人类目前技术的极限了，所以想要提高垂直起飞的载弹量，还想省油，又得回到老路子——增大风扇面积。而目前人类的技术，只能支撑倾转旋翼机这个级别的旋翼大小，想要给运-20加4个旋转喷口，来实现垂直起降，恐怕发动机推重比得达到20才行，而且是不带加力的推重比，这几乎就是外星科技了，因为目前最强的大涵道比发动机GE90，推重比也刚达到6。

而且倾转旋翼机也不能完全替代直升机，因为直升机的飞行原理，让它能够做很多特技动作，而倾转旋翼机做不到。比如直升机能够侧飞，倾转旋翼机就不能，因为它的旋翼只能前后倾斜。这样在狭窄空间进行机降，倾转旋翼机的灵活性就不如直升机。再有就是高原垂直起降性能，倾转旋翼机也不如直升机，原因和F-35B一样，海拔高功率下降，然后旋翼直径又小，升力不足。而且同样进行机降，倾转旋翼机的气流速度更快，对士兵的冲击更大，卷起的尘土也更多，这对机降非常不利。

所以想要一款能垂直起降、载重量高、航程远、能超音速、还能像直升机一样灵活的飞行器，估计就得跳出涡轮发动机这个圈圈了。也许等离子发动机是一个思路，就像《黑客帝国》里的飞船一样，希望它能早日变成现实。