原标题:造型科幻的美国“黑鹰”直升机后继者露面,中国的下一代在哪里?
据美国《TheDrive》网站《战争地带》专栏1月25日报道,波音和洛马公司展示了“黑鹰”直升机的后继者:双旋翼高速突击直升机。
[波音和洛马公司合作研制的“无畏 X”(Defiant X)直升机的渲染图]
这款直升机是为美国陆军的“未来远程突击飞机”FLRAA项目研制的,而FLRAA项目又是美国陆军的“未来垂直起飞”FVL计划的一部分。FVL计划还包括一个“未来攻击侦察机”FARA项目,目的是取代现在的AH-64武装直升机,而FLRAA项目的目的是为了取代现在的UH-60“黑鹰”系列通用直升机。FLRAA项目要求未来的垂直起降飞机拥有比UH-60直升机快得多的飞行速度,以提供更高的生存力和战术突击能力。具体来说,FLRAA项目要求最大持续巡航速度的最低要求为250节(460公里/小时),期望达到280节(520公里/小时)。这个要求基本是现有通用直升机最大持续巡航速度的一倍还多。
这款直升机名为“无畏 X”(Defiant X),是波音公司与西科斯基公司(后者已被洛克希德马丁公司收购)联合研制的。它是基于西科斯基公司的“SB-1 无畏”技术验证机开发的,与“SB-1 无畏”具有相同的基本构造。
“无畏 X”最大的特点是具有两个刚性同轴旋翼,并在尾部具有一个推进螺旋桨,这是它能够实现高速的关键技术。西科斯基公司的“SB-1 无畏”技术验证机在2019年就首飞了,在水平飞行时能够达到211节的速度,并在俯冲时能够达到232节的速度。
FLRRA项目还有另外一个竞争对手:美国贝尔直升机公司的V-280 Valor 倾转旋翼机。该机的原理与已经服役的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机基本相同,走的是另一条技术路线。
[西科斯基公司对高速直升机研制的技术路线图]
传统的直升机为何飞不快?
在人们的印象中,直升机的飞行速度是非常快的,在许多好莱坞影片中,我们可以看到直升机追赶汽车和高铁的场面。但实际上,传统的直升机的速度并不是很高。比如,著名的AH-64“阿帕奇”武装直升机的最高速度是293公里/小时,欧洲“虎”式武装直升机的最高速度是280公里/小时,而俄罗斯的卡-52“短吻鳄”的最高速度是310公里/小时。这些最高速度基本是在无外挂武器,加少量油的情况下测试出的极限速度。武装直升机在外挂武器时的最高速度基本在200公里/小时多一点。民用直升机的最高速度也基本上差不多。这个速度追赶汽车可以,想要追赶上我国时速350公里的高铁,就基本不可能了。
直升机飞不了太快的原因主要有两个:
一方面是由于它的基本飞行原理:直升机旋转的旋翼向前方倾斜,产生的推力在垂直方向上的分力用来抵销重力,在水平方向的分力用来提供向前的推力。这样的工作原理效率比固定翼飞机要低很多。发动机的功率往往是瓶颈,要提高速度必须大幅度提高发动机的功率,油耗也会增大很多。
另一方面传统直升机的飞行速度极限通常被认为在270节(约500公里/小时)左右,这是因为在飞行中,直升机的螺旋桨在旋转时,有的桨叶向着前进的方向挥动,称为前进桨叶,还会有桨叶逆着前进的方向挥动,称为后退桨叶。前进桨叶是旋转线速度和前进速度叠加产生升力,而后退桨叶是旋转速度和前进速度相减,就导致后退桨叶的升力随着速度的增大会迅速下降,而前进桨叶随着速度的增大升力也会迅速增加,导致直升机的左右两侧的升力不平衡。这个问题通过周期变距做到一部分的抵销,但是当直升机到达一定速度以后,通过周期变距也不足以弥补这两侧的不平衡了,这就会导致直升机失去平衡。而在极限速度附近,前进桨叶的速度将要接近音速,会遇到音障使阻力急剧增加。这就是直升机无法进一步提高速度的原因。
[“无畏 X”(Defiant X)直升机吊运M-777火炮的渲染图]
而“无畏 X”解决这个问题时,一方面采用了刚性共轴反桨双旋翼,桨叶的长度要远小于单旋翼直升机,而桨叶的旋转速度并不增加。这就使得前进桨叶和后退桨叶升力失衡的问题大大缓解。同时在尾部又有增加一个螺旋桨提供前进的推力,使得旋翼不必前倾,不再需要产生水平分量来提供推力了,使得旋翼只需提供垂直的升力,桨叶的负载下降,需要的旋转速度可以进一步降低。
我国在这一领域的研究
我国在直升机领域与美国差距比在战斗机领域还大。美国UH-60“黑鹰”直升机在1979年就开始量产,而我国与之相当的直-20在过去两年才开始量产,相差了将近40年。但是我国在未来高速直升机领域也有所布局。
早在2013年的天津直博会上,航空工业就展出了“绝影-8”高速无人直升机的模型。旁边还有“蓝鲸”偏转旋翼机的模型。
[笔者在2013年天津直博会上拍摄的照片,红圈中就是“绝影-8”模型]
[“绝影-8”高速无人直升机模型的细节]
从“绝影-8”模型的细节可一个看出,该机也采用了刚性共轴反桨双旋翼的设计,与“无畏 X”的区别在于,它的推进螺旋桨没有放在机尾,而是放在了机头,一个是“推”,一个是“拉”,而推进螺旋桨也是共轴反桨双旋翼的。
[“绝影-8”高速无人直升机试飞的照片]
在之后几年,从航空工业的官方新闻中,我们得知“绝影-8”的真机已经开始试飞。而据《中国航空报》在2015年报道,我国在刚性双旋翼技术上也取得了突破。以俄罗斯卡-27直升机为代表的共轴反桨双旋翼技术采用的是传统直升机的相对“柔性”的桨叶。它的缺点是桨叶容易上下摆动,因此上下两套旋翼桨有可能相撞造成机毁人亡的事故。刚性双旋翼则解决了这个问题,大大拉近共轴双旋翼直升机两个旋翼之间的距离,可以大大降低阻力,减少重量,同时提高动力性能。
笔者认为,“绝影-8”的技术很可能不只应用于无人直升机,我国的下一代直升机也有可能采用类似的技术。究竟如何,就让我们拭目以待吧。
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