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據中國國防科技信息網報道:目前大多數人都認為,當前的旋翼機由於其性能包線而限制了其承擔的任務。
盡管一架經過了大規模修改的韋斯特蘭『山貓』直昇機於1986年8月11日創下了直昇機飛行速度的世界記錄(400.8 km/h),但目前使用的大多數機型,如阿古斯塔·韋斯特蘭AW139、歐直公司的EC155和西科斯基公司的S-76等均無法突破175 kt(324 km/h)的飛行速度。與渦槳式固定翼飛機相比,如比奇飛機公司的『空中國王』,其巡航速度低了至少85kt(157 km/h),而比典型的噴氣式客機,如『霍克』800,則低了接近260 kt(482km/h)。
由於旋翼機的航程大多在175nm(324km)左右,這意味著旋翼機大多數情況都用於在城郊或鄉下和城市之間的運輸,而很少用於『市中心到市中心』的城市間運輸,這也大大影響了其作為商務飛行器或VIP飛行器的吸引力,而另一個限制因素則是傳統的旋翼機座艙內部的高噪聲和振動水平。
旋翼機的噪聲和振動水平只是近年來纔降低到固定翼飛機的水平上,而旋翼機通常不超過20 000ft(6100m)的昇限又使旋翼機無法在雲層上空飛行,因而在一些情況下由於惡劣的氣象條件而無法使用。
提高直昇機的速度可同時提高其任務能力和經濟上的實用性,對於直昇機來說,速度和垂直起降能力幾乎同等重要,如為海上鑽井平臺提供保障時。
因此,提高直昇機的速度(或者一種更快的垂直起降飛行器)對於旋翼機設計師們來說是一項長期且重要的任務。Fairey Rotodyne飛行器(如圖)於1957年6月11日首飛,其驗證機速度達到175kt(比同時代的直昇機快了50kt以上),並可承載48名乘客。為了達到這一設計目標,該機采用了一套槳尖噴氣驅動的4片槳葉主旋翼,並加裝了一對短翼,在短翼上裝有由Napier Eland渦槳發動機驅動的螺旋槳。
Rotodyne可在槳尖噴氣旋翼的作用下垂直起降,並在起飛後將所有功率轉為驅動螺旋槳,轉到前飛模式,這時其主旋翼轉變成自轉旋翼機的工作模式。Rotodyne方案最終因資金問題而破產,但在其終止前創下了一系列的旋翼機飛行速度記錄。該機還參加了范保羅航展,引起了觀眾的轟動。
Rotodyne只是這一代希望突破常規構型直昇機速度限制的試驗性旋翼機中的一種。貝爾公司也研制了一個型號,采用了傾轉旋翼的構型,其旋翼在垂直起降時提供昇力,在前飛時轉為水平方向提供拉力。
最初研制的XV-3采用了常規的固定機翼,並在翼尖裝配了可旋轉的旋翼系統,其後續的XV-15也采用了相似的結構,在翼尖裝配了可旋轉90°的發動機短艙及三片槳葉的旋翼系統。Canadair公司的CL-84和LTV公司的XC-142A采用的方案和XV-3/15系列略有區別,這兩型傾轉旋翼機將整個機翼和發動機短艙一起選裝。盡管這幾個試驗型號都沒有投入生產,但為貝爾/波音後來研制的V-22『魚鷹』打下了技術基礎,V-22就是在XV-15的基礎上進行的開發。
在垂直起降時,V-22的發動機短艙保持垂直狀態,提供起飛所需的昇力,在起飛後,短艙前傾90°,轉為水平方向提供前飛拉力,其飛行模式也從直昇機模式轉為固定翼渦槳飛機模式,與現有的直昇機相比,V-22在性能和燃油消耗率方面均有較大優勢。
V-22目前已投入美國空軍和海軍陸戰隊的前線戰場,在伊拉克和阿富汗的戰場上成功證明了其使用價值。V-22可搭載最多32名士兵,以及4名機組成員,最大飛行速度可達250kt(463.5km/h),實用昇限為25 000ft(7625m)
貝爾/阿古斯塔公司研制的民用型傾轉旋翼機BA609已完成了原型機試飛。該機可用於多種任務,如商務運輸、搜索救援、執法行動等。
BA609可搭載9名成員,巡航速度為275kt(510km/h,約為相同噸位直昇機的兩倍),其航程可達800km以上,可用於兩個城市之間的運輸任務,也可用於近海支援任務,其完成任務所需的時間將是現有直昇機承擔時的一半。
但目前還有一些問題無法明確,如傾轉旋翼機是否能夠滿足絕大多數情況下的特殊要求,其性能上的優勢是否可以彌補其高昂的費用、高噪聲和較低的任務載荷方面的缺陷,以及一些在垂直昇降、緩慢飛行下可能存在的潛在問題。
關於傾轉旋翼機還有很多問題需要進一步觀察,如傾轉旋翼機是否是一種賦予常規飛行器懸停能力的最佳解決方案,以及傾轉旋翼機可以在達到『突破常規直昇機飛行速度限制』目標下使其資金利用率更高等。對於常規直昇機的主旋翼來說,後行槳葉失速是其主要的速度限制因素。這可以通過加裝固定短翼以提高昇力、加裝另外一套推力系統或二者同時采用的辦法。如Piasecki公司研制的X-49A『速度鷹』技術驗證機,該機在西科斯基公司的YSH-60F基礎上改裝。該機裝有涵道式推力螺旋槳(與該公司研制的Model 16H-1『尋路者』試驗機很相似),以及常規的機身短翼,以卸載一部分主旋翼載荷,短翼上還裝有用於飛行控制的襟翼。X-49A於2007年6月29日首飛,飛行速度達到了180kt,公司計劃將其飛行速度提高到200kt以上。
西科斯基公司也在其XH-59試驗機上開始了一系列旨在提高直昇機飛行速度的研究工作。XH-59的主旋翼是一套共軸式剛性雙旋翼系統。該旋翼構型的後行槳葉不需提供很多的昇力,其昇力主要由前行槳葉提供,而其產生的滾轉力矩也由另一副旋翼的前行槳葉所提供的昇力平衡,從而消除了後行槳葉失速現象。
這些措施使該機的前飛速度達到160kt。而其引入渦輪噴氣發動機將其速度提高到接近240kt。但該機在噪聲和振動以及燃油利用率方面存在著很大問題。
西科斯基重新修改了其XH-59的構型,推出了X2技術驗證機。該機於2008年8月27日首飛,該機采用了先進的原材料、旋翼技術和數字化飛控系統,以克服XH-59所遇到的種種問題。X2同樣采用一套共軸式剛性雙旋翼,其旋翼槳葉具有較高的昇阻比,並裝有槳轂整流罩,該機還在尾部裝配了一套6片槳葉的推力槳。
X2采用先進的綜合電傳飛控系統,在飛行包線中提供旋翼轉速全權控制。該機於今年5月達到了181kt的平飛速度,西科斯基公司希望X2能夠在未來的第四階段飛行試驗中超越250kt的飛行速度,成為新一代高速直昇機的研制基礎。
目前在把需求集中在提高速度方面性能上的觀點存在著一些質疑。今年在倫敦舉行的皇家航空協會講座上,俄羅斯卡莫夫設計局的總設計師謝爾蓋·米赫耶夫表示:『速度不是未來旋翼機主要的性能需求。未來主要的需求是提高直昇機的氣動性能,這纔是未來直昇機工業發展的突破點。』
但是,卡莫夫設計局也在研制自己的高速直昇機型號Ka-92,該機采用了與X2類似的共軸雙旋翼的主槳和與X-49A『速度鷹』類似的尾部推力風扇。俄羅斯的另一家直昇機設計局米裡設計局也在研制一個類似的構型Mi-X1。(中國航空工業發展研究中心李昊)
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