詳解Do 31運輸機,德意志黑科技,世界唯一的垂直起降運輸機

歐洲垂直起降技術的百傢爭鳴

垂直起降技術在如今國際上已經越發成熟,但是這個技術的發展卻經歷瞭半個世紀的發展,在上個世紀五六十年代,垂直起降技術席卷瞭歐洲航空領域,大量的國傢開始著手研發垂直起降飛機,其中德國一傢以研制和生產軍用運輸機聞名於世航空制造公司也開始加入這個領域,恰巧當時聯邦德國也計劃有研發中型垂直/短距離起降軍用運輸機,在此背景之下,一款獨具特色的垂直起降中型戰術運輸機就誕生瞭,它就是本期武器大講堂的主角-德國多尼爾Do.31運輸機。

不走尋常路的德意志運輸機

DornierDo 31運輸機發展於上世紀50年代末,由德國多尼爾航空制造公司設計研發,在二戰之後,當時的西德空軍越來越擔心其機場容易受到東方集團部隊的空襲,所以計劃發展一種具備短距離起降的飛機將會是一個完美的方案,尤其是能從高速公路起降的垂直起降飛機,當時歐洲的英國已經策劃研發鷂式垂直起降戰鬥機,德國另辟蹊徑,選擇研發垂直起降的運輸機,因此在進行招標的時候選中瞭多尼爾Do.31運輸機方案,並在1962年2月正式啟動。

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研發的Do 31運輸機機身采用常規運輸機機身結構,主翼為懸臂式全金屬上單翼,尾翼采用十字型尾翼佈局,在每側主機翼的下方是一個發動機吊艙,並在兩側翼尖還有一個升力發動機吊艙。

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尾部設計上,十字型尾翼的升降舵安裝在垂尾的垂直安定面上,方向舵則是常規的設計。

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在機身的前部,是一個帶大面積透明前檔玻璃的駕駛艙,與二戰時期的大部分運輸機轟炸機的設計類似,能帶來非常好的座艙視野,駕駛艙內有兩名機組成員。

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機內的操作系統依然是比較傳統的設計,采用大量的相對老式的機械操縱系統,機內遍佈各種機械液壓管線,從而對飛機的發動機和各個舵面進行控制,並配備瞭Dornier DO-960 混合計算機用來應對垂直起飛所需的復雜計算,雖然相對於現如今的電傳操縱和電子控制來說並不是很出色,但是在那個年代而言已經是非常好的解決方案瞭,Do 31運輸機甚至在特殊情況下還可以僅由一名飛行員進行操作。

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在安全方面,Do 31運輸機采用瞭當時非常罕見的彈射座椅用來保證兩名飛行員的安全,畢竟垂直起降運輸機在當時還是屬於新的技術,不穩定性和危險程度都很高,所以設計師給這款飛機配備瞭當時非常先進的馬丁·貝克Mk.6型火箭推進彈射座椅,在當時而言可謂是高級的配置。

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在機身的中後部,是一個大型的貨倉,貨物和人員通過尾部的跳板式尾艙門進出,為瞭安裝跳板式尾艙門,Do 31運輸機的機尾設計的很高,並向上方翹起,如今的主流運輸機大都是采用這種設計。

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貨倉內部可以容納36名全副武裝的士兵或者是24副擔架,基本上能擁有3~5噸的有效載荷,在當時那個年代能對作戰前線起到非常重要的支援作用。

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Do31運輸機為瞭能夠承受住機體和載荷的需求,其起落架都是采用雙輪設計,在起飛之後前起落架向後收入機身,機翼下方的起落架則安裝在發動機吊艙下,起飛後向後收起埋入吊艙內。

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Do31運輸機整機長度為20.88米、翼展18.06米、高8.53米、空重49.5噸,而整機的最大起飛重量僅僅為60.5噸,作為一款運輸機而言,這個實力還是有點不足的。

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Do 31運輸機的大部分重量其實都分給瞭發動機的自身重力,因為其總共配備瞭10臺引擎,當時的設計師為瞭實現垂直起降能力,給Do 31運輸機機翼下的發動機艙內配備瞭兩臺Rolls-Royce BE.53 / 2飛馬式矢量渦扇發動機。

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這兩臺引擎單臺能輸出69 kN的推力,該引擎並沒有如今的飛機引擎一樣直通式尾噴口,從後方看引擎吊艙是沒有尾噴口的。

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其引擎的氣體是通過發動機吊艙側面的四個可偏轉噴口來實現動力輸出的,吊艙側面的四個偏轉噴口可以引導排氣朝前30°和向後80°的方向噴出,這樣就可以實現提供垂直起降和起飛之後偏轉朝後提供向前的推力,在當年堪稱是天才的設計方案。

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Do-31運輸機作為一款空重49.5噸的運輸機,單獨靠這兩具引擎根本無法有效的實現垂直起降,因此設計師在機翼翼尖部分加裝瞭一具升力發動機吊艙。

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而這個吊艙內足足塞入瞭四具Rolls-Royce RB.162-4D渦輪噴氣發動機,這款引擎單臺能輸出20 kN的推力,兩側翼尖一共有8臺升力引擎,都是尾噴口朝下的方式安裝。

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這個升力吊艙的作用僅僅是為瞭垂直起降的時候提供升力使用,因此在垂直起降的時候,升力艙頂部的整流罩會打開提供內部四具引擎運作所需的空氣。

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在當時那個年代,一架運輸機配備10具引擎,並且還具有非常復雜的動力輸出方向,因此對於引擎的控制將會是一個技術難題,並且翼尖的8具升力引擎的尾噴口是可以進行向後或向前15°進行調整的,這些尾噴口的方向調整兩側翼尖是獨立的,因此Do-31運輸機可以在垂直起飛之後通過調整翼尖的尾噴口方向實現轉向等操作。

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而在起飛之後如果遇到機身貨倉內攜帶大量貨物造成機身前後不平衡怎麼辦?為瞭解決這個問題,Do-31運輸機的機尾還設計有4個噴嘴,其中兩個朝上,兩個朝下,並且噴嘴都是可以向後或向前15°調整的。

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尾部的這個噴嘴的作用就是用於調整飛機垂直起飛之後的機身俯仰控制問題,尾部噴嘴的動力來自於翼下吊艙內的飛馬發動機,在這樣的一套動力系統的共同作用下,可以解決Do-31運輸機垂直起飛的穩定性問題。

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不過在當時這套動力系統也存在不少問題,第一個問題是很難實現同時啟動,而各種尾噴口的控制也存在動力分佈不均的問題,因此在早期試驗的時候會發現飛機晃動特別的明顯,這個問題在後續優化升級之後才得到瞭解決。

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第二個問題就是翼尖的8具引擎直接朝地面噴氣,大量高速熱氣流很容易會對地面造成侵蝕,並且還會出現引擎再次吸入排出的廢氣,造成引擎運轉效率低下的問題,當時的設計師最後通過將垂直起降時噴嘴的角度設置為85度而不是直接垂直地面的90度的方式來解決這些問題。

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燃油通過五個一體式機翼油箱中的8000升燃油提供,這套動力配置可以讓Do-31運輸機實現730 km / h的最大速度、巡航速度一般為650千米/時、最大實用升限為10700米。

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在搭載3500千克的最大載重的情況下航程為1800千米,在年而言這個實力確實一般,作為運輸機而言是屬於比較低等級陣營的,不過其獨特的動力系統才是真正吸引人的地方,可以說是那個年代垂直起降技術探索的尖端技術之一。

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Do-31運輸機一共生產瞭三架原型機,在研發出來之後參加瞭1969年的巴黎航空展,並創造瞭幾項世界紀錄,也是目前為止唯一一款垂直起降的運輸機。

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後來隨著世界局勢的發展和軍方對於垂直起降的興趣銳減,該項目最終被下馬,最終僅剩下兩架原型機保留下來分別存在廠商的博物館和德意志博物館中,見證著這款噴氣式垂直起降運輸機的開山之作天馬行空的過去。

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