|
|
2013年1月13日，波音悄悄地宣布了已经与西科斯基签约，将就美国陆军的JMR计划展开合作，计划在2017年推出JMR技术验证机。在波音787接踵而来的坏消息中，波音的这个决定很少引起人们的注意，但这或许代表了直升机技术的一个方向性的转折。6 d2 O. i9 ]" k( ^3 G, F
4 T3 q1 \6 }, S2 ^$ p) y
( t4 j0 U% V" M
![]() 1 ]" @0 {9 e/ u$ Z; o
![]() 7 B7 P1 I& s0 R3 w% K
![]() + v! `8 g9 i2 I. Z3 n% L
AH-64、UH-60、CH-47都需要更换了，为此美国陆军启动JMR技术验证计划
3 c) A! L; D" f: C. k! I# X2 ^& q- e8 z+ U/ N& H
" D- X1 ?; }1 I- H- c0 lJMR全称为Joint Multi-Role，意为联合多任务，这是美国陆军为下一代直升机（Future Vertical Lift，简称FVL）所作的技术验证机，将验证关键技术，尤其是高于200节（约370公里/小时）的实用巡航速度，目标航速250节（月463公里/小时），其结果将用同样的基本技术形成一个包括重型攻击直升机、中型通用直升机和重型运输直升机的系列，在2030年左右开始取代AH-64“阿帕奇”、UH-60“黑鹰”到CH-47“奇努克”，成为美军直升机的主流技术。“阿帕奇”、“黑鹰”、“奇努克”在2015-2020年左右都将陆续停产。
* B! p: |( ~0 s
: t- Y: o$ Y) A! ~7 k& J6 \2 s9 t# S1 G
直升机的奥妙在于旋翼，本质局限也来自旋翼。旋翼旋转时，桨叶在前行和后行中周期性转换。桨叶前行时，叶尖与空气的相对速度不能超过音速；桨叶后行时，叶尖与空气的相对速度不能低于失速速度；这使得 直升机的速度难以大幅度提高。另外，旋翼通过挥舞铰和斜板使得旋翼叶尖盘面向前倾斜，在产生升力的同时也产生推力。斜板好比顶端被斜切一刀的圆筒，斜切的角度可以用机械连杆控制。桨叶在水平回转的同时沿斜面上下挥舞，形成倾斜的旋翼叶尖路径盘面。挥舞铰和斜板也使得旋翼盘面向桨叶前行一侧有所倾斜，以补偿前行桨叶和后行桨叶的不对称升力问题。斜板的转向还可以使直升机灵活自如地侧飞、倒飞。但挥舞铰和斜板使得直升机具有本质振动，也使得桨叶必须是柔性的，以降低疲劳的影响。常规直升机还需要尾桨以平衡旋翼的反扭力，增加了重量、阻力和无效功率。7 b- ?5 P' O# k3 z! R( i
( Z% |7 h X3 p' C* ?: s* s1 j$ y3 |$ E5 [/ A! T
![]() & p2 k9 t- T9 a# E- }) c5 ~" A
挥舞铰和斜板使旋翼平面可以适度前倾、侧倾、后倾，这是直升机飞行和特殊机动的奥秘所在，也是速度提不上去的要害
: e, A0 v: E& V0 u, `/ u( J' b( J
1 [5 l& [- a/ O7 u0 Z8 p" w$ N8 B( Z* _. ~) S+ Z4 Q6 a
伊戈尔西科斯基发明了了挥舞铰和斜板的原理，他创建的西科斯基飞机公司自然对挥舞铰和斜板的优点和缺点了然于心。为了克服常规旋翼的缺点，但保持直升机非常规机动的能力，西科斯基在2008年推出X2研究机，试图一举解决常规直升机的一系列问题。X2采用同轴反转双桨，克服了反扭力问题。有意思的是，X2的旋翼是刚性的，反转的上下旋翼的不对称升力正好互相补偿，不需要挥舞铰和斜板的介入。X2还使用专用的机尾推进螺旋桨，不需要主旋翼前倾以产生前进所需的推力。事实上，在前飞速度下，短翼产生一定的升力，为旋翼卸载，旋翼的出力实际上降低了，而且速度越高，旋翼出力越低。从“黑鹰”开始的主动振动对消系统进一步使得飞行平顺化。当然，X2依然有挥舞铰和斜板，只要需要，还是可以用旋翼倾斜以产生推力的，这也是产生侧飞、倒飞推力的基本机制。6 k9 k% ^) Q- m$ O! h
" u: E) I5 s8 X# n1 R2 P9 A1 v. q
2 K, f' B9 I! j4 J: W( e0 x1 k- P$ H![]()
$ \; ]% t4 R, L8 d0 M" `7 N5 B西科斯基X-2研究机采用刚性旋翼，大大提高速度，现在还没有短翼
" Z7 y6 J. y# N( o7 C![]() 1 j+ r# w+ o R/ g+ U. Q; f
西科斯基JMR想象图7 m! O3 C! R6 E, D( ?5 K( L
3 _ R8 c% f9 ?9 I9 i7 g6 I+ X# y- S
9 q# B8 |2 Q) a3 L按照设计，X2可以用70%的扭力实现235节（约435公里/小时）的巡航速度。在试飞中，X2一气达到253节（约469公里/小时）的平飞速度。在飞机迎角从3度降低到1度后，平飞速度进一步增加到263节（约487公里/小时）。速度超过263节之后，前行桨叶的叶尖开始遇到音障问题，导致强烈的振动问题，西科斯基叫停了向270节（约500公里/小时）的冲击。X2设计时比较保守，没有考虑到263节以上的速度，如果降低旋翼转速的话，是有可能达到278-283节（约515-524公里/小时）的速度的。西科斯基计划在上下旋翼之间的转轴处加装整流罩，这可以进一步降低阻力，增加速度。X2不是一根筋的高速直升机，在比常规直升机缩小15%的情况下，高原-高温条件下的性能增加了150%，航程增加了一倍，载重增加40%，不用推进螺旋桨而用斜板和挥舞铰的常规直升机状态下，噪声只有常规直升机的一半。复合模式时，主旋翼噪声降低，但推进螺旋桨噪声增加，总噪声水平有所增加。6 m9 W% j6 ~% y) R( y8 U y3 B* I
' I5 m) k# t. X. I! u D: \. ?$ M! d, C1 E
X2是西科斯基的技术，西科斯基不是慈善机构，不会让波音坐享其成，波音也不会空手加入。波音的贡献是涵道式推进螺旋桨。西科斯基X2的推进螺旋桨还是开放的，推进效率更高，但噪声也更大。有涵道屏蔽的话，推进螺旋桨的噪声水平大大降低，尽管重量和阻力有所增加，推进效率也有所损失。另外，采用涵道式推进螺旋桨的话，可以在推进的同时产生反扭力，取消尾桨。不过和X2这样的同轴反转直升机相结合的话，反扭力本来就自然对消，这个优点就不复存在了。但FVL最终将包括重型攻击直升机和重型运输直升机，波音的AH-64和CH-47的经验对团队的成功至关重要。
' G8 k( b1 u1 m9 J2 M. H9 G: o' l+ X2 v/ k& M
6 c) l/ C' d5 N; B0 D r
当然，X2只是JMR竞选方案之一，另一个就是来自贝尔的倾转旋翼方案，这是基于已经开始使用的V-22“鱼鹰”直升机。倾转旋翼可算是自西科斯基发明斜板和挥舞铰之后直升机技术最为重大的突破。倾转旋翼在水平状态相当于螺旋桨飞机，在直立状态相当于直升机，可谓鱼与熊掌兼得。贝尔XV-15试验高度成功，随后赢得美国四大军种的订单，研制V-22“鱼鹰”。如果不是更加悲催的F-35，“鱼鹰”本来是要坐定“最悲催美国飞机”的宝座的。由于成本攀升和性能要求上的分歧，美国陆军首先退出，随后美国海军也退出反潜型的SV-22，美国空军的搜索救援型CV-22保留了下来，美国海军陆战队的MV-22成为大头。
- i1 I( ?/ @, A- _# s3 q/ m; i; E" ?" o+ {& [
" ~* A- C" Q' a* V2 i$ }
![]() 1 h- x/ }4 ?4 {* Q
贝尔“鱼鹰”的速度很快，但问题多多，波音没有和贝尔合作JMR，转而和西科斯基合作，对贝尔是沉重打击$ O `. ^6 k- m0 A9 W6 z0 W
) e6 C8 F* h0 a* R$ C: N5 j& m) L7 B6 Y M! a% k
MV-22的速度不成问题，在海平面可以达到275节（约509公里/小时），在15000英尺（约4572米）的中空可以达到305节（月565公里/小时），航程也达到879海里（约1627公里），远远超过MV-22所替代的CH-46的144节（月267公里/小时）最大速度和550海里（约1020公里）的航程。“鱼鹰”在实战中屡立战功。2010年6月1日，在一次特种部队长途奔袭中，一架载有32人的直升机在阿富汗东北的昆杜什失事，突击队和机组人员陷入塔利班的包围，在轻武器和迫击炮火力下苦苦挣扎。战区其他直升机由于沙尘暴和高山无法出动救援，美国空军第8特种作战中队接到命令两个小时后，两架CV-22从南方坎大哈的巴格拉姆空军基地出动，往返1300公里，把32名突击队员和机组人员全部营救了回来。途中CV-22需要飞越一座4600米的山岭。如果是常规直升机，这需要绕道从山间高度较低的山谷中飞过去，但飞行员带上氧气面罩，把CV-22直接拉高飞越了过去，大大节约了时间。接近着陆场的时候，能见度只有不到400米。飞行员用机载地形跟踪雷达引导进入，安全迅速地降落，在塔利班的火力下接走了全部被围人员。V-22的速度和航程在这样的任务中特别有用。2011年3月22日，在利比亚的“奥德赛曙光”作战中，一架F-15E因为机械故障坠毁，美国海军陆战队的一架MV-22往返飞行420公里，把飞行员营救了回来，F-15E后座的武器操作员被利比亚反对派武装营救走，后来也送还了。但V-22最出名的一次行动是在阿伯塔巴德突袭后，把本拉登的尸体从突击队的前进基地运到“卡尔文森”号航母上验明正身，然后丢到海中。由于“海豹”突击队先前已经在未经容许的情况下进入巴基斯坦，美军高层担心再次未经容许穿越巴基斯坦飞往阿拉伯海上的“卡尔文森”号会有麻烦，“黑鹰”、CH-47、CH-46都比较慢，MV-22的速度可以避免夜长梦多。不过MV-22没有被直接用于阿伯塔巴德作战。" d6 a" E; W: A( V" s( K
7 E& @1 I: ~% i/ p; t
+ v! R! ]: R. [4 S6 G
但“鱼鹰”的生涯充满了争议，拖延、超支是家常便饭，首飞后还被老布什时代的国防部长切尼下令下马，要不是美国国会死保，部分议员甚至要以切尼拒绝执行国会拨款法案为由把切尼告上法庭，“鱼鹰”本来是死定了。MV-22经历了史无前例的18年试飞，才在2007年6月13日开始在美国海军陆战队进入初始作战状态，同年9月1日首次部署到伊拉克，2009年11月首次部署到阿富汗。但在使用中也发现了诸多问题。由于“鱼鹰”的旋翼半径不可能超过半翼展，旋翼直径比最优值小约5英尺（约1.5米）。较小的旋翼直径直接影响了悬停和速降性能，在很大程度上成为涡流环问题的根源。也就是说，如果下降速度过快，旋翼会进入自己的下洗气流，旋翼产生的升力会骤然减小，好像汽车轮子打滑一样。这时，加大旋翼功率只有坏事，直升机会不可控制地急速下滑，需要降低功率，压低机头，用高度换取速度，才能改出。较小的旋翼容易进入涡流环，是MV-22几次恶性事故的根源。MV-22的横列双桨还有不对称涡流环问题，进一步加剧了安全问题。涡流环的问题可以通过避免下降过快和在低空低速时避免过于泼辣的飞行动作而缓解，但在激烈的战斗中，这是不现实的要求。在阿富汗山区追缴塔利班时，一架MH-47为了避开突如其来的地面火力，急剧机动，把打开的机尾跳板上的一个“海豹”突击队员甩了出去。“海豹”突击队员都是训练有素的，习惯于直升机作突然、猛烈的机动动作，不是那么轻易就可以甩出去的，这说明了战斗中直升机的机动动作可以有多么激烈。MV-22如果拉出这样的机动的话，很可能进入涡流环状态而失事。MV-22手册规定的最大下降速度为每分钟800英尺（约244米），实用中有达到每分钟1000英尺（约305米）的，但还是只有CH-46在突击机降中典型的每分钟2000英尺（月610米）的一半。两者的差距意味着在战斗中从同样高度下降，MV-22需要多一倍的时间，这对敌人火力下的突击机降不是好消息。) h( p: e; i+ I9 n4 U |( R9 T; s1 G
较小的旋翼也使得下洗气流比CH-46强烈、集中三倍，达到90节，所以登机离机的人员必须沿一条特定的路线离开，或者就地卧倒，否则强烈的下洗气流容易把人吹倒，甚至在试验中出现把人员的衣服整个剥走的事。据观察，登机人员的待命位置必须在着陆的MV-22侧后45度位置，而且待命距离大大超过使用常规直升机时的惯例。更加接近平行位置的话，登机路线必须绕过发动机和旋翼，增加登机时间；更加靠近飞行路线的话，一旦飞机由于事故或者战损坠毁，容易造成地面人员伤亡。保持较大距离是为了避开MV-22横列双桨特别宽大的强大下洗气流走廊。这样受局限的登机方式在激烈战斗时难免对登机、离机带来不利影响。强烈下洗气流也给绳缆滑降或救援带来困难，在水上救生时，悬停的MV-22的下洗气流几乎肯定使落水者淹死，强烈的下洗气流同样会把小船或救生的橡皮艇吹翻。强烈下洗气流的另一个问题是卷起地面杂物。2010年5月在纽约舰队周表演时，一架MV-22飞临斯坦顿公园，强烈的下洗气流吹断了大树的树枝，飞舞的树干使7人受伤，被送进医院，可以想见在林地或者城镇废墟地起落时对地面士兵的危害。另外，在“巴丹”号上试验期间，MV-22的下洗气流几乎把AH-1“眼镜蛇”或者UH-1“休伊”这样较轻的直升机吹下甲板，所以MV-22在拥挤甲板或者塞满物资的林中或者居民区起降场上起飞降落很是怵头。9 w3 M5 M$ o* r, ^
* F. U8 v0 T' z; `( |+ [% ~1 U5 b* |
在机降作战中，直升机的舱门机枪在空中提供压制火力，在悬停或地面时则为登机或离机的士兵提供直接火力支援。MV-22发动机短舱和巨大的旋翼将正好在侧面机枪射界的正中，无法使用侧面机枪。为了解决火力支援的问题，MV-22最初打算在机头下安装一挺旋转机枪，由副驾驶控制。这有两个问题：一是副驾驶在快速降落的过程中，是正驾驶的关键助手，MV-22容易进入涡流环，副驾驶的作用更重要，再要兼管射击，实在是顾不过来了；二是机头下的射界有限，位置太低，在地面时，除了割草、扫地外，难以提供有效的火力支援，更不用说为从机尾登机或离机的士兵提供火力支援了。尾门安装机枪也很别扭，不仅只有在尾门打开的时候可以使用，机枪和射手的位置还容易阻挡登机、离机的士兵。BAE为MV-22研发了一套机腹遥控武器站，用彩色电视装置控制观察和瞄准，部署阿富汗的MV-22有一半安装了这一系统，但在实战中很少使用。在空中还好，但在地面最需要火力支援的时候，机腹机枪的射界问题比机头机枪更加糟糕，前向被前起落架挡住，侧向被发动机舱挡住，后向被尾跳板挡住，实际上毫无用处。另外，彩色电视在复杂环境下远远不能适应迅速、准确地识别目标的需要，在阿富汗的大部分交战规则环境下不能使用。! @- j& j. t7 B7 `0 w
; k, w5 k/ @5 {
1 K+ c0 i" r$ }! g; |; M![]() * Q" ~6 f- \0 C0 m. y, f3 Y
“鱼鹰”没有合适的地方安装机枪，只好装在机腹下，但这个位置在空中还好，在地面上敌前接送人员最需要火力支援的时候，一点作用也发挥不了- o. u. i) e8 H8 G) q
7 [3 L8 a$ q; {6 v5 T H! F) W+ F1 m' g f( U: x- W
在多砂石的使用环境里，“鱼鹰”的发动机短舱还难以安装大型空气滤清器，致使阿富汗“鱼鹰”的发动机磨损率超常提高，被戏称为“在阿富汗没有鱼吃，鱼鹰只好吃自己的发动机”。另一方面，短小的发动机短舱无法对喷口作有效遮挡和将排气吹散，不仅形成强烈而集中的红外特征，也对甲板有严重的烧蚀问题。MV-22在美国海军两栖攻击舰上起飞、降落时，需要铺装特殊防热钢板或者防热毯。相比之下，传统直升机的发动机固定在机身顶部，大型空气滤清器不是问题；喷气可以像RAH-66“科曼奇”那样沿尾撑从狭长缝隙喷出，配合下洗气流的吹散，也可以达到很高程度的红外隐身。
2 o0 Z/ j3 p U4 s- R* D" W/ Y# e7 F
5 i# z9 t8 D& c* S1 A
在理论上，倾转旋翼具有很多优点，具有极大潜力，但实际使用下来，有很多难以解决的问题。如果说别人对于“鱼鹰”的使用经验还只是间接的，波音作为贝尔的主要合作伙伴，从一开始就参与了“鱼鹰”的研制、生产和技术支援，对于倾转旋翼的优点、缺点一清二楚，对倾转旋翼的技术前途更是了然于心。波音的叛逃是对倾转旋翼技术路线的否定。X2不是完美的，但基于传统直升机的基本概念使得技术路线容易预测，技术储备与倾转旋翼不可同日而语。涡流环、下洗气流、舱门机枪、空气滤清器和红外隐身都不是问题，同轴反转旋翼对于高原-高温条件更是具有先天的优越性，而高原-高温是JMR除了速度、航程外最重要的要求。另一个有意思的旁证是VXX，这是用来替代已经老旧的VH-3D“海军陆战队一号”总统专用直升机的，最早的VH-3A从1961年就开始使用了，现在的VH-3D也从1963年开始使用，美国海空军和VH-3同代的SH-3、HH-3早已退役了。但VXX的候选中有西科斯基S-92和英国-意大利的韦斯特兰-奥古斯塔EH-101，唯独没有贝尔MV-22。美国海军陆战队最为力挺的MV-22没有列入海军陆战队最著名飞机的候选，这里不乏讽刺意义，而这本来可以成为对“鱼鹰”最有力的信任票的。
. ?5 {8 X; E$ m* m) X+ {
' ^, w' S; Q$ Q% P, n7 n! u3 h+ N! j- u2 P5 j* H; h& s' V
![]()
2 C% H6 {0 }& w美国总统专机组也新增了“鱼鹰”，但是总统不坐，是专给跟班坐的
0 q7 @3 g9 z B' Q2 ] _. i
: r" P |7 M6 f: `7 P
0 c& L& k0 G1 I; Y对于贝尔来说，西科斯基-波音联手最厉害的王牌是两家的市场份额和相应的人脉，美国陆军至少有80%的直升机来自西科斯基（UH-60）和波音（CH-47和AH-64），贝尔（OH-58）只占不到20%。波音和西科斯基将联手提交JMR技术验证机，但两家都表示，不管JMR的结果如何，两家都将长期合作，研发下一代直升机，竞争FVL。这在可预见的未来美国具有相对确定的量产前景的仅有全新军用飞机研制计划之一。波音离倾转旋翼而去，贝尔正在寻找新的合作伙伴。韦斯特兰-奥古斯塔表示有意合作，但近期的重点在于VXX。欧洲直升机也支支吾吾，没有明确表示。贝尔要是必须单干，这对倾转旋翼阵营不是好消息。$ R4 w1 I' N% H8 ]) T3 p' [
0 i6 `, U S8 C0 l% c$ N
8 Y9 |2 P. X- y9 |# K% H
飞机的飞行条件千变万化，飞机设计中充满折中，可以随不同飞行条件自动适应的可变布局可以完美地适应各种条件，成为人们追求的理想境界。但恶魔就在细节之中，细节常常决定成败，变后掠翼就是航空史上这样一段弯路。倾转旋翼会成为类似的一段弯路吗？现在还无法断言，但可以肯定的是，倾转旋翼还没有踏上阳关大道。波音的叛逃对贝尔和倾转旋翼是沉重打击。大自然里的鱼鹰会伤心流泪吗？不知道，但贝尔肯定在伤心流泪了。
* c7 B5 [( Z4 o! a/ J! f |
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
发表于 2013-6-8 23:02:48
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2013-6-9 09:03:32
楼主
