有這樣一些飛機(jī)，它們的基本設(shè)計(jì)平常無奇，但卻因機(jī)體背部醒目的“羅鍋”而顯得特立獨(dú)行。幾十年以來，雖然采用背部進(jìn)氣的機(jī)型型號不多，但卻幾乎貫穿了噴氣式飛機(jī)發(fā)展歷程的始終。而近些年來，這種設(shè)計(jì)更是隨著無人機(jī)的興起而大放異彩，成為軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一支奇葩。這就是我們今天要介紹的主角——背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)飛機(jī)。
背部進(jìn)氣飛機(jī)看似離經(jīng)叛道，不過這種設(shè)計(jì)出現(xiàn)的年代可一點(diǎn)都不晚。早在1944年，納粹德國就開始裝備有“國民戰(zhàn)斗機(jī)”之稱的He162“火蜥蜴”戰(zhàn)斗機(jī)。這種因生產(chǎn)簡易、飛行性能優(yōu)異而著稱的戰(zhàn)斗機(jī)給人的第一印象就是該機(jī)的發(fā)動機(jī)布置極其特殊，與當(dāng)時噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)主要采用翼吊式布局不同，He162的發(fā)動機(jī)位于駕駛艙后、機(jī)身背部，看起來就像是機(jī)身在“馱”著發(fā)動機(jī)。值得一提的是，He162的發(fā)動機(jī)以短艙形式設(shè)置于機(jī)背之外，而此后的背部進(jìn)氣式飛機(jī)大多為發(fā)動機(jī)位于機(jī)身內(nèi)部、僅在機(jī)背開設(shè)進(jìn)氣道，因此He162的布局在戰(zhàn)斗機(jī)當(dāng)中也是獨(dú)一無二的。
圖注：He162開創(chuàng)了背部進(jìn)氣作戰(zhàn)飛機(jī)的先河，也是僅有的發(fā)動機(jī)完全采用背馱式布局的作戰(zhàn)飛機(jī)
二戰(zhàn)后，背部進(jìn)氣飛機(jī)也有了新的發(fā)展。美國海軍曾經(jīng)于上世紀(jì)40年代后期計(jì)劃裝備噴氣式水上戰(zhàn)斗機(jī)、以期擺脫戰(zhàn)斗機(jī)起降必須依賴航母的限制，為此1948年10月美國康維爾公司（即后來的通用動力公司康維爾分部、目前是洛克希德·馬丁公司的一部分）提出了F2Y“海標(biāo)槍”水上戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)方案。為避免在水面滑行時吸入水，F(xiàn)2Y的進(jìn)氣道位置很高、位于機(jī)身脊背兩側(cè)，因此可以看作是背部進(jìn)氣與兩側(cè)進(jìn)氣的結(jié)合。美國海軍曾小批量訂購F2Y，該機(jī)于1953年4月9日成功首飛，但因性能無法達(dá)到要求以及原型機(jī)墜毀等因素而草草停止了試飛進(jìn)程。
圖注：F2Y“海標(biāo)槍”使用背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)有需要水面起降而迫不得已為之的因素，不過至少該機(jī)的成功試飛證明背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)可以用在雙發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)上
相比于需要特殊構(gòu)型的水上飛機(jī)，常規(guī)作戰(zhàn)飛機(jī)采用背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)更能說明這種布局的優(yōu)勢。1954年4月，美國北美公司開始研制F-100B戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，該機(jī)與F-100最顯著的區(qū)別是由機(jī)頭進(jìn)氣改為機(jī)腹進(jìn)氣。美國空軍對這一設(shè)計(jì)很感興趣，并于1954年6月11日與北美公司簽訂了購買35架F-100B的合同。由于F-100B與F-100設(shè)計(jì)差異巨大，美國空軍遂于1954年7月8日將該機(jī)的機(jī)型編號改為F-107A。在1954年末美國空軍下達(dá)新型戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的性能指標(biāo)之后，北美公司對F-107A的設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整，期間發(fā)現(xiàn)腹部進(jìn)氣會對武器投放產(chǎn)生干擾，于是將進(jìn)氣道的位置改在機(jī)身背部。1956年9月10日，F(xiàn)-107A的首架原型機(jī)進(jìn)行了首次試飛、并在飛行中突破了音速，其后1956年11月3日的試飛中速度達(dá)到了2馬赫，成為背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)的飛機(jī)中速度最快的一種。F-107A因存在部分設(shè)計(jì)缺陷而最終敗給共和公司的F-105A戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，但該機(jī)的設(shè)計(jì)證明背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)用于超音速作戰(zhàn)飛機(jī)是完全可行的，其意義不言自明。
圖注：F-107A作為一種戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)來說不太成熟，但該機(jī)證明背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)用于超音速作戰(zhàn)飛機(jī)完全可行
除作戰(zhàn)飛機(jī)外，背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)也被應(yīng)用于一些技術(shù)驗(yàn)證機(jī)之上。1964年5月，美國瑞安航空公司設(shè)計(jì)的XV-5垂直起降驗(yàn)證機(jī)首飛成功，該機(jī)的設(shè)計(jì)相當(dāng)離經(jīng)叛道，其兩側(cè)機(jī)翼上分別布置一臺用于驅(qū)動升力風(fēng)扇的X353-5型發(fā)動機(jī)，另外在機(jī)頭也裝有一臺X353-5發(fā)動機(jī)，機(jī)身后部則安裝了兩臺J85-GE-5渦噴發(fā)動機(jī)作為平飛的推進(jìn)動力，進(jìn)氣道設(shè)置在駕駛艙后的機(jī)身背部。XV-5采用背部進(jìn)氣道可能是為了減少升力風(fēng)扇工作時對推力發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的影響。1967年，美國航空航天局（NASA）艾姆斯和飛行研究中心接手XV-5A、并將其改稱為XV-5AB，此后該機(jī)的垂直起降研究科目試飛一直進(jìn)行到1974年，據(jù)稱在F-35B上也采用了部分源自該機(jī)的技術(shù)，因此該機(jī)對于美國軍用航空可謂功不可沒。
圖注：外形看起來十分怪異的XV-5A，該機(jī)的背部進(jìn)氣道是其推進(jìn)動力系統(tǒng)的主要組成部分。
由此可見，無論是常規(guī)作戰(zhàn)飛機(jī)、特殊構(gòu)型飛機(jī)還是技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，背部進(jìn)氣都是可行的方案，可見其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。但相比于機(jī)頭進(jìn)氣/下頜進(jìn)氣、兩側(cè)進(jìn)氣/肋下進(jìn)氣、機(jī)腹進(jìn)氣等常見的進(jìn)氣道布置方式來看，采用背部進(jìn)氣的機(jī)型十分稀少，這與背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)的劣勢有關(guān)。相比于腹部進(jìn)氣和兩側(cè)進(jìn)氣，背部進(jìn)氣有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)就是由于進(jìn)氣道位置較高、且有機(jī)身隔絕而在起降時不易吸入地表雜物，這對于提升飛行安全很有好處。但凡事有一利就必有一弊，背部進(jìn)氣的弊端也很明顯：由于機(jī)身對于進(jìn)氣道的遮蔽作用，在大迎角姿態(tài)下，進(jìn)氣口會被飛機(jī)紊流的低壓所影響導(dǎo)致進(jìn)氣效率下降，從而影響飛行性能。另外，對于作戰(zhàn)飛機(jī)而言，背部進(jìn)氣道會對向上彈射的彈射座椅構(gòu)成安全威脅，所以采用背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)的飛機(jī)難以同時采用向上彈射的救生方式，而向下彈射又對彈射時飛機(jī)的高度、速度有要求，這無形中降低了飛行員的生存幾率。
圖注：彈射座椅在啟動后由于慣性作用飛機(jī)仍然會向前運(yùn)動一段距離，此時背部進(jìn)氣道對于彈射出艙的飛行員所產(chǎn)生的威脅可想而知
因此，到上世紀(jì)70年代后，背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)已經(jīng)基本在有人駕駛飛機(jī)上銷聲匿跡。不過，這并不意味著背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)在飛行器設(shè)計(jì)中消失。隨著無人駕駛飛機(jī)的興起，背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)開始越來越多地被應(yīng)用于軍用無人機(jī)之上。相比于有人駕駛飛機(jī)，無人機(jī)由于沒有飛行員因而無需考慮飛行員彈射救生的問題，這掃清了無人機(jī)使用背部進(jìn)氣的一大障礙。背部進(jìn)氣在軍用無人機(jī)上應(yīng)用的典型是長航時無人偵察機(jī)，此類無人機(jī)不強(qiáng)調(diào)高度機(jī)動性、因此并不需要進(jìn)行大迎角飛行，而背部進(jìn)氣由于既不像兩側(cè)進(jìn)氣一樣擠占機(jī)體空間、又不會像機(jī)腹進(jìn)氣一樣抬高機(jī)身、導(dǎo)致設(shè)備安裝和檢修困難，因此用在通常配裝大型偵察設(shè)備的長航時無人機(jī)上相當(dāng)適用。
圖注：背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)在RQ-4“全球鷹”上的成功應(yīng)用，使其成為長航時無人機(jī)設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)特征
另一個應(yīng)用領(lǐng)域是無人攻擊機(jī)?，F(xiàn)代無人攻擊機(jī)的構(gòu)型源自隱身攻擊機(jī)和隱身轟炸機(jī)，由于采用飛翼式布局、強(qiáng)調(diào)雷達(dá)隱身能力，因此隱身攻擊機(jī)和隱身轟炸機(jī)采用肩部進(jìn)氣道來減少地面雷達(dá)反射面積。無人攻擊機(jī)繼承了飛翼式布局的基本設(shè)計(jì)，又基本上都采用單發(fā)設(shè)計(jì)，因此改為背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)。采用背部進(jìn)氣不但能確保無人攻擊機(jī)的隱身能力，而且還能盡量減少飛行阻力，可以說是一舉兩得。
圖注：對于類似“神經(jīng)元”一類的無人攻擊機(jī)來說，背部進(jìn)氣是兼顧隱身性、減阻性和減少空間占有的最合理選擇
當(dāng)然，雖然目前背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)主要用于無人機(jī)，但在有人駕駛飛機(jī)方面也并非完全停止了應(yīng)用和發(fā)展。2017年10月11日，由美國縮尺復(fù)材公司（諾斯羅普·格魯曼的子公司）研制的Model 401型技術(shù)驗(yàn)證機(jī)首飛成功，該機(jī)是進(jìn)入21世紀(jì)后第一種采用背部進(jìn)氣的有人駕駛技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。Model 401體積小巧，其主要設(shè)計(jì)目的是提供一種廉價(jià)輕型攻擊機(jī)的可行性方案，并能夠與注冊號為N401XD的無人機(jī)協(xié)同使用。值得注意的是，Model 401的進(jìn)氣道構(gòu)型較為特殊、在此前的背部進(jìn)氣型飛機(jī)中從未出現(xiàn)過，這種設(shè)計(jì)能為飛機(jī)帶來什么好處有待觀察。
圖注：Model 401是背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)在有人駕駛飛機(jī)上的最新應(yīng)用，其特殊的進(jìn)氣道構(gòu)型也體現(xiàn)了背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)在發(fā)展中的一些新特點(diǎn)
可見，背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)作為一種十分獨(dú)特的飛機(jī)設(shè)計(jì)，其特性十分顯著，并具有不可替代性。以往背部進(jìn)氣由于一些難以克服的劣勢而限制了其應(yīng)用范圍，但隨著技術(shù)的發(fā)展背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)正在凸顯其特殊的優(yōu)勢。或許有朝一日背部進(jìn)氣設(shè)計(jì)將重歸作戰(zhàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)的主流，更多的“駝背飛機(jī)”會出現(xiàn)在未來戰(zhàn)場的天空之中。
