爱吱声
标题:
垂直起落之路上的匪夷所思（五）
[打印本页]
作者:
晨枫
时间:
2024-10-30 05:11
标题:
垂直起落之路上的匪夷所思（五）
本帖最后由 晨枫 于 2024-10-29 19:46 编辑
# e$ b s& L* g: ]$ O7 w
$ J( E5 o9 ^* H( t) @ s4 \% ~- c
还有一些比较特别的设计，不大好归类，统统放到这里。
/ e) ?! x# U5 o( }. r
% m* v" ?7 k8 |
) x4 D M) x5 s
贝尔X-22采用“四立柱”的涵道风扇
4 C0 V$ v4 r* P) ]
9 s8 F5 _' ?% @
贝尔在直升机世界里是巨头，从一开始就在垂直起落方面深耕，1966年首飞的X-22曾经是很有潜力的方案。
+ p9 N5 V3 X4 W1 W1 D
% T X5 T) L+ x1 y6 C$ |
这显然是现代多旋翼无人机的先驱，而且采用涵道风扇。
3 a+ M/ y3 S: I% a# S
# E+ C) h' E$ k- x! v
四个涵道风扇显然对应于“四立柱”，由于采用四台分别的发动机，横距和纵距问题都容易解决。当然，代价是交联驱动轴，前后、左右涵道风扇都用同步轴联动，每台发动机都能提供30%的额外功率，所以任一发动机故障的话，其余发动机可以接过，保证安全。当然，这样的同步轴意味着重量、机械复杂性和功率损耗。
1 V+ ^9 g1 M3 y- m# @0 W8 ~/ }, G! B
" u# \) |/ P8 W4 `- l$ Q
现在多旋翼无人机不再用同步轴，主要是因为无人机没有那么高的安全性要求。不同步只是飞行时有点摇摇晃晃，无大碍。但换成载人的话，这点摇摇晃晃就不只是不舒适的问题，可能飞行员直接被晃晕了，没法安全操纵。最不济，一台电动机故障，无人机失控，摔了自认倒霉，但没有太大的问题。多旋翼如果推广到载人，要么极大增加旋翼-电动机数量，八旋翼起跳，甚至更多，要么也采用机械的同步轴，那分布式电动驱动的优点就抵消了。
: r! x% N3 {; t
' p( V1 F# r5 C" l9 K
对于X-22来说，涵道风扇也是领先时代的。
: W; S) T7 A- s; A! G/ i. A
F& y) {0 g3 Z- R0 \: k' t
与开放旋翼相比，涵道风扇的推进效率更高。旋翼翼尖和机翼翼尖一样，有翼尖涡流损失损失。对于机翼来说，下表面压力高，上表面压力低，这本来是产生升力的关键，但在翼尖处，气往低压流，气流会横着绕过来，向上表面流动，形成涡流。这部分能量既不产生升力，也不产生推力，所以是损失，等效为阻力。旋翼也一样，在翼尖有径向绕过来的涡流损失。说起来，这也是涡流环，但和一般说的速降中形成的涡流环不一样，不要混淆。
+ G2 ?$ s7 S h# x2 {
- U& F* @! O1 `+ t
要降低翼尖损失，飞机用翼梢小翼，旋翼就用涵道。翼梢小翼增加重量和阻力，使用与否是个权衡问题。涵道的重量和阻力可是大得多了。一般说来，只有在旋翼直径无法加大而升力或者推力还是不够的时候，才采用涵道。在飞机上，在船上，都是这样。涵道壁还有阻隔噪声的作用，但这是次要的。
; K+ i; z& [( L
} h' `5 f( I9 m
在X-22上，降低旋翼直径正是采用涵道风扇的原因，否则就大而无当了。更重要的是，涵道风扇转过来，从升力风扇转变为推进风扇的时候，涵道本身起环形翼的作用，增加升力。
' N' Z7 g# v0 Y2 K2 ]
; \! o2 G' F4 F" S; D7 T# \
不过X-22最后还是因为性能达不到要求，尤其是垂直起飞重量，而速度没有比直升机高多少，下马了。本来这是美国陆军“空中吉普”的候选。
' Y! g" ~! D( e
# A& p6 l0 g0 G" V
无数垂直起落设计或者构想中采用涵道风扇，最后都是栽在重量和阻力上，还有同步轴。
@& h( F' E6 j+ _$ b2 ~# x
- Y" D: H Z1 ^! w, P9 {! j! i! c$ m
另一方面，现在人们对倾转旋翼已经熟悉，实际上还有倾转机翼。发动机和旋翼相对于机翼是固定的，但整个机翼一起倾转。
2 X; c/ d' Y2 j
8 J T( Y' a# q9 ]$ k. g! |
* k, K- v* e# ~* R Z
LTV XC-142差点投产了
% e, d$ x' A8 t8 a# B) O0 `' o
/ f% |! o9 s3 j$ J. K
( F4 f5 S z% t8 R% J
在无人机时代，倾转机翼重新流行起来，因为只需要一套倾转机构
2 e) X5 E1 \ l+ b- g& X
( h- b) `8 i; @
7 u: d# i- l6 H3 ^8 B
采用分布式多旋翼的话，尤其适合倾转机翼
7 W- I8 ]# C7 \0 A5 _: M2 {
* k# p! Y0 i a9 ~6 e2 E: E
倾转机翼和倾转旋翼的特点相近，实际上更加适合垂直起落和悬停，因为“下洗阻力”小。但在短距起落状态，接近竖立的机翼像门板一样，阻力极大，而且容易失速。不过在无人机时代，倾转机翼反而比倾转旋翼更加简单：只有一个倾转机构，而不像倾转旋翼，每一个旋翼都需要一个倾转机构。
4 ]/ f ~7 o! ~
3 i9 C# E. q; ?+ N5 N
对于分布式推进来说，倾转机翼尤其适合。分布式推进将推进力沿翼展均匀分布，使得推进气流不再集中在少数几个推进器（螺旋桨或者喷气口）附近，大大改善整个机翼的升力效率和受力分布。这要是也用倾转旋翼的话，沿着机翼翼展需要很多倾转机构不说，还需要很多开口，影响结构强度和重量。倾转机翼就省事多了，只需要在机翼-机体结合部一套倾转机构就成。
, |3 \- s" K% h/ x
# I3 _4 s9 s, n/ S
, u+ F6 u. [* C; K7 \2 h; w
引射（ejection）利用文丘里管的远离，用少量高压流体的高速流动在喉部产生负压，抽动大量低压流体，极大增加流体总流量，增加推力
" k1 Y/ z+ x: F( B& H
/ G0 @* D- }8 p& o4 U4 E
% N6 M: {- q; |) Q+ U
罗克韦尔XFV-12基于引射原理，用发动喷流拉动环境空气，产生增升
) y' Y/ H4 U! {" W# L. ^* K
- Y" o# s$ ]& k' W D
! B2 h1 O3 L. Z
在原理验证时，效果很鼓舞，但到了实际飞机研制出来、开始试验的时候，发现引射增升根本达不到预期，对环境空气的条件太敏感，再增加引射口也无济于事
0 O( x8 c1 z6 Y4 J2 O
1 U$ }* j! [5 ^) a6 _( q7 ?+ X
9 E+ R: M2 N% R3 O
在陆地上使用的话，尘土、树叶被吸入，更是问题
$ q1 e5 e8 L7 T3 E4 a9 G+ @; G) i
8 [& ], E* u" J, X: V* {
) Y6 e- B) Y' p# H8 d" {& x
这本来要成为朱姆沃尔特的“制海舰”的舰载战斗机，这下黄了
* W) o% N) L2 S) x2 u# w9 }
0 ~# H" }9 a* Q# o4 ]5 Q
% M3 o9 F2 `8 A! \8 j( W
洛克希德XV-4也用引射增升，以差不多的理由下马了
7 i# ]8 z& f3 J. `6 q& w' W: H; R* C
- v& {1 b% k( R; k
但是美国海军还没有放弃制海舰的想法，在80年代战斗机推重比已经超过1的时代，试图用类似直立起飞的办法，用“起竖式舷侧平台”作为发射架，让战斗机靠自己的动力直接升空，降落还是需要拦阻索。但起飞准备时间很长，起飞重量和垂直起飞一样，很受限制。战斗机推重比超过1.0是指在正常起飞重量下。海上出动尤其强调航程和载弹量，需要以最大起飞重量起飞，还是不行。
8 f' \1 w( U: g% d8 V% E8 D
; k. M. w5 K& C+ l
* n6 F% B- \& }$ { t3 Q
紧接着美国海军推出直立起飞、拦阻索降落的思路
/ L% N! C% r2 p& {8 @
) |/ q$ S6 ]1 Y& `1 I! ^, m
另一个思路是“天钩”。
; d" D5 w# R( [1 g9 Z5 H7 a1 q, W
5 a X6 R3 V9 u
在“鹞”式初步上舰的时候，人们以为可以像直升机一样运作，只要直升机甲板面积够用就行。后来发现，临时用用可以，常年出动不行。甲板摇晃、喷流烧灼都是问题。这也是“阿波罗”和“联盟”号在轨道上对接的时代，于是有设想用起重机将“鹞”式吊到舷侧海面上空，再发动机点火。这就没有喷流烧灼问题；起重机吊臂也可以在空中三轴稳定，相对于飞机的位置反而稳定。飞机产生足够升力后，起重机脱钩，飞机飞走。
3 j( k4 S0 U" G7 u P5 Q; \
+ b4 y* j2 S, V' ~+ B
回收时反过来，飞机首先与起重机吊钩对接，然后发动机关机，起重机把飞机吊回甲板。
1 j% p7 r# U( I3 N9 Y" g. _4 e8 R
$ c! h( d' X$ H3 ]
7 B% A5 c+ ?6 B" {: o
天钩将“鹞”式的垂直起落吊离甲板，消除对舰船的影响
- X/ X0 m& |/ C- J1 P- w
0 M* T4 V; R4 Z: ^0 K
# d- o9 F$ B3 a$ ^5 k- \- w- R
预期4000吨以上的驱逐舰就能改装，实际上7000吨以上更好，极大增加海上航空力量的建设成本和部署灵活性
6 }+ l T3 a- i8 p- ^& C
) F' |" q L+ X4 R& f
* F/ u# J) z8 _) F- V0 i4 z
这是真的试验过的
# D( w& }% |8 p7 j; T0 y }! B& t
4 U% { `, ^# Q5 r
但“天钩”最后放弃了。对接是高难度的，偶尔为之可以，不宜作为日常运作。垂直起飞、着陆和悬停对重量的限制还是绕不过去，还是老老实实走STOVL航母的路。
作者:
五月
时间:
2024-10-30 09:00
6 M/ ^$ P+ a3 u) a$ M( Y+ e
都怪讨厌的重力。
: c7 ]: ]9 b- o' Q' x
- p2 O; K& U/ T. ^) o, [7 Q6 F
欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/)
Powered by Discuz! X3.2
) x4 D M) x5 s
% N6 M: {- q; |) Q+ U
9 E+ R: M2 N% R3 O
* F/ u# J) z8 _) F- V0 i4 z