垂直起降飞机综述

垂直起降飞机综述

张文姜   ,吕鸿雁   ,邵晨宇  ,沈骏豪

（上海工程技术大学 ，中国，上海 邮编201620）

【概要】本文介绍了垂直起降飞机的概念和特点，着重介绍了其发展史以及在军用和民用领域中的应用情况。文章指出，随着现代技术的发展和创新，垂直起降飞机已经成为现代航空领域不可或缺的交通工具之一，并且为人类提供了更加高效和便捷的交通选择。

【关键词】  垂直起降飞机发展史应用

一．引言

垂直起降飞机是一种可以在没有起降跑道的情况下进行垂直起降的飞行器，具有独特的飞行能力。随着技术的发展和创新，垂直起降飞机在军用和民用领域中得到了广泛的应用，成为现代航空领域不可或缺的交通工具之一。本文将介绍垂直起降飞机的概念和特点，重点介绍其发展史和在军用和民用领域中的应用情况。

二、垂直起降飞机的形式介绍与叙述

垂直起降飞机（Vertical Take-Off and Landing aircraft，VTOL）是一种可以垂直起飞和降落的飞行器，相对于需要跑道的传统固定翼飞机，VTOL具有更大的灵活性和适应性，可以在狭小的场地内起降，更加适用于城市空间或者紧急救援等需要快速响应的场景.

常见的VTOL飞机有两种形式：倾转旋翼机和垂直起降的喷气式飞机。倾转旋翼机通常具有旋翼和发动机组成的主旋翼，以及一个尾推进器或两个小型的垂直飞行器。在垂直起降时，主旋翼需要倾斜，使其产生向上的推力，从而使飞机垂直起飞和降落。在飞行过程中，主旋翼可以倾斜到水平位置以产生前进推力，同时尾推进器或垂直飞行器提供额外的稳定性和控制;垂直起降的喷气式飞机通常具有一对短小的翼和一个垂直的喷气式发动机。在垂直起降时，喷气式发动机将向下喷出强劲的气流，使飞机产生向上的推力。在飞行过程中，喷气式发动机可以向后调整，以产生前进推力，并且短小的翼可以提供额外的升力和稳定性。一些垂直起降的喷气式飞机也可能配备旋翼或其他形式的垂直起降和着陆设备，以提高其灵活性和适应性。

垂直起降飞机具有较高的灵活性和适应性，可以用于城市空间或紧急救援等需要快速响应的场景。但是，垂直起降飞机通常需要更高的维护成本和更复杂的设计，因此其成本和可靠性可能不如传统的固定翼飞机。

三、垂直起降飞机的发展史

垂直起降飞机（VTOL，Vertical Takeoff and Landing aircraft）的历史可以追溯到20世纪40年代初期，当时德国的工程师们开始研究如何制造一种垂直起降的喷气式飞机。随后，英国和美国也开始在这一领域进行研究，并分别推出了Harrier和鹞式（AV-8B Harrier II）垂直起降战斗机。在1950年代和1960年代，苏联和美国都研发了一些垂直起降的飞机，其中包括苏联的雅克-38（Yak-38）和美国的XFV-1（Pogo）飞机。然而，这些机型都未能成功地投入实际使用。1960年代末期，美国海军开始使用Harrier战斗机进行实际作战，这标志着垂直起降飞机的实际应用时代的开始。此后，垂直起降技术在军用和民用领域得到了广泛的应用。例如，美国的V-22倾转旋翼机和英国的鹰式（Harrier GR9）战斗机就是两个成功的垂直起降飞机项目。今天，VTOL技术已经成为了各种类型飞机的重要组成部分，包括战斗机、运输机、消防飞机、甚至私人飞机等。同时，垂直起降技术的不断创新和进步也为未来飞行的发展打开了更加广阔的空间。

第一代垂直起降飞机出现在20世纪40年代初期，例如德国的Focke-Achgelis Fa 223飞机是其中最具代表性的一种，采用了可旋翼式垂直起降的设计，使得飞机可以在狭小的场地内起降，这种设计为后来的垂直起降飞机奠定了基础。

第二代垂直起降飞机出现在20世纪50年代末期和60年代初期，例如美国的Vought F7U Cutlass是其中最著名的一种，采用了喷气式发动机，但其性能不佳，飞机重心问题导致多次事故。这些问题促使了垂直起降飞机技术的进一步发展。

第三代垂直起降飞机是指20世纪60年代后期至70年代初期的飞机，例如英国的哈里尔和美国的AV-8 Harrier是最具代表性的两种垂直起降战斗机，使用喷气式发动机和矢量喷口技术实现垂直起降，性能和可靠性得到了大幅提升。这些飞机在军事领域中的应用广泛，成为了垂直起降飞机技术的重要里程碑。

第四代垂直起降飞机出现在20世纪80年代至90年代初期，这一时期的飞机主要采用了新型材料和先进的飞控系统，例如美国的F-35闪电II战斗机，这是一款具备隐形能力、可多用途化的战斗机，其垂直起降性能十分优秀，成为了现代垂直起降飞机技术的代表之一。这些新技术的应用，不仅大幅提高了垂直起降飞机的性能和可靠性，也为民用垂直起降飞机的应用提供了更多的可能性。

四、垂直起降飞机的未来发展

在未来的发展方向中，垂直起降飞机将面临更加广阔的发展前景和机遇。下面是几个可能的未来发展趋势的概述：1.电动化：随着环保意识的提高和新能源技术的不断进步，未来垂直起降飞机将逐渐实现电动化。使用电力驱动的垂直起降飞机，可以大幅度降低对环境的污染，并能够更加高效地运营。此外，由于电动垂直起降飞机的噪音较小，它们将更加适合在城市和人口密集区域中使用。2.自动化：未来垂直起降飞机的自动化技术将会进一步提高。例如，基于人工智能的自主飞行技术和自动避障技术等将会应用到垂直起降飞机中，从而使得飞行器能够更加高效、安全地进行操作。自动化技术的发展，将为垂直起降飞机带来更多的商业应用和创新。3.多用途化：未来垂直起降飞机将不仅仅应用于军事领域，还将应用于商业领域、紧急救援和人道主义救援等领域。例如，在商业领域中，垂直起降飞机可以快速便捷地运送货物和快递，并且可以避免交通堵塞问题。在紧急救援和人道主义救援领域中，垂直起降飞机可以快速到达灾区并提供必要的援助。3.飞行汽车：未来垂直起降飞机有可能会与汽车技术相结合，成为一种新型的飞行汽车。这种飞行汽车可以在道路上行驶，并且可以起飞和降落。飞行汽车将会成为人们新的出行方式和生活方式，从而彻底改变现有的交通形态和城市规划。未来的飞行汽车将是高度自主化的，拥有复杂的自动化和导航系统，能够自主地规划路线、避免障碍物，以及自主地控制飞行高度和速度等。

未来垂直起降飞机将会在技术、应用和领域上迎来更加广泛和深远的发展，这将带来巨大的社会经济效益，也将成为人类文明发展的新篇章。此外，随着无人驾驶技术的发展，垂直起降飞机还有望在军事、安全和物流等领域中发挥重要作用。在军事领域，垂直起降飞机可用于特种部队的运输和支援，也可用于侦察和空中打击等任务。在安全领域，垂直起降飞机可用于医疗救援、消防救援、海上救援等行动中，以快速响应和执行任务。在物流领域，垂直起降飞机可用于城市内部或者城市与城市之间的快递和货运，以提高物流效率和减少交通拥堵。

除了应用领域的拓展，垂直起降飞机的性能和安全性也将得到更大的提高。未来的垂直起降飞机可能会采用更加环保和高效的发动机，如氢燃料电池和电动发动机。此外，为了增强飞机的安全性，垂直起降飞机可能会采用更先进的自主飞行技术和避障技术，以及更加完善的飞行控制系统和传感器。

五、总结

垂直起降飞机是一种具有广泛应用前景和发展空间的技术，其在军事和民用领域中发挥着越来越重要的作用。历经多个阶段的发展，垂直起降飞机技术不断创新和突破，已经具备了电动化、自动化、多用途化和与汽车技术结合等多种未来发展趋势。这些发展趋势将使垂直起降飞机成为现代化交通工具的重要组成部分，为人类的生活带来更多便利和可能性。未来，随着技术的不断提高和应用场景的不断扩展，垂直起降飞机将有更多的应用场景和发展机会。例如，可以用于城市交通、应急救援、人道主义救援、物流和农业等领域。垂直起降飞机将在这些领域中发挥着越来越重要的作用，成为解决各种问题和挑战的重要工具。

总之，垂直起降飞机是一项目前应用广泛，且未来的发展前景十分广阔。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，垂直起降飞机将成为现代化交通工具的重要组成部分，为人类的生活带来更多便利和可能性。

【 参考文献】

【1】甄然, 牛辰辉, 吴学礼. 基于多标度层次分析法的无人机避让策略构建[J]. 河北科技大学学报, 2020, 41(2):8.

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【3】飞羽. 垂直起降飞机是怎么飞起来的?[J]. 奇趣百科：军事密码, 2022(004):000.