|
本帖最后由 晨枫 于 2024-10-29 19:46 编辑
& J3 b% h" ?" A+ g% ]4 ]- r2 z- _+ j' x/ h; ^; D+ z2 t) m U
还有一些比较特别的设计,不大好归类,统统放到这里。
4 S* f# y! h3 X% j6 D, u7 o/ p# E8 l- s Q. D
![]()
$ M+ P" Y4 l& e" i3 U4 }6 f贝尔X-22采用“四立柱”的涵道风扇6 N2 E' t8 A8 U
) U8 K- _ v2 f7 q/ F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。
4 j, |+ K5 T4 k6 k$ G
/ } j3 |+ D8 m0 ?5 A; i这显然是现代多旋翼无人机的先驱,而且采用涵道风扇。; d) O. q: Z" N( ]( j
7 E8 k! w# ^2 \0 Y8 d/ j6 z- c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。 s6 D% N& s( z) @) u+ A
3 H5 k9 v6 y# T/ \# c
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。
# b2 Q1 I L3 @. F3 v9 ?
) b3 s& x$ x; s! U对于X-22来说,涵道风扇也是领先时代的。% t A# P# A: }/ a a6 g2 z
; j% m& g/ {8 p# T( k/ e
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。
, z, r, C3 A; m/ ~7 R
8 h+ C6 x( s9 j0 U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。
% O4 I. n' u7 z* U5 Y
7 j/ |' F# L5 {7 o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。2 H) t# I: b0 |) N0 g" \
- e+ Y" `4 h8 w' ^/ R9 A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( {7 v5 K9 v4 L5 f7 ^
' k: Y d; g @6 P
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。
& c' n/ p- i0 R! A0 T
$ j, h7 W# p4 E0 K. z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。
/ D& P+ h& s+ F9 H; l
0 m9 k7 O/ [( t3 o* r![]()
4 o) v) @6 b8 Q* q# wLTV XC-142差点投产了! U' D9 X9 j6 A3 I$ `/ c' j: r n m
2 R5 k a8 P$ ?: I: r: O# t
, J- q: A3 k- z" \. C: i
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6 ?& F- ]+ Y. M- N
( x1 j- P9 b% `% Q0 i4 f; Q0 S7 m
* j: |* S" V' `( ^9 f
采用分布式多旋翼的话,尤其适合倾转机翼" Z' E/ T) Z, b% r4 T
- B0 l8 F+ ^: b: q6 L e2 ~
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 p4 T; |) u: l
+ l8 m8 n& U8 r |
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。 D& b* A$ H' ~/ z
/ i% C3 r9 `3 x" j- A4 {4 h![]()
2 g3 W4 j# u& @0 X) c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
/ I+ u0 F# _8 m5 |8 J# d8 e
6 T( R8 t5 V1 Q2 B0 {' J![]()
0 f: @( j- |8 ~/ M9 p2 [7 m) \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
7 P+ }1 g( m T6 K! W
/ u6 C) `+ \" p3 D$ V![]()
# R& s4 z1 j6 F4 X, [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
y# k' P8 m; ]1 o) z" R4 k$ {" e9 R/ I' }* {" H% @" f0 L
![]()
+ F( f' a8 Z2 a( s! |; w4 a4 T在陆地上使用的话,尘土、树叶被吸入,更是问题0 F( l9 z3 U3 m0 U/ P$ v
! Z0 V! t! K, h! V
( S7 N6 E8 W! ~! s
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& A7 _, D. U" T' O5 K, F6 ^
8 _) Y/ f, J. r+ R8 V / F6 u& F) |; m5 ]7 e
洛克希德XV-4也用引射增升,以差不多的理由下马了
% w7 F: S5 ~! Q3 L3 K6 d
* z3 r$ l5 F9 V' Q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。$ K y, o7 o j: U9 z2 Z
3 o! D/ B( Y0 Z/ @ 3 c% u/ U, [: g& z- f
紧接着美国海军推出直立起飞、拦阻索降落的思路
5 q5 b3 S7 Q/ X3 Z8 ]5 I+ j- Y. `+ u! R" f
另一个思路是“天钩”。- |& }4 H' _& {- ^
e( l$ Y0 K7 p m* ^% j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。9 e1 _2 S2 Z$ g
/ @9 T& v# U6 s3 d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。
4 z, k( ?: k5 b- G/ E
G5 F0 }2 @1 h6 n- ~) K6 }, C( u![]()
; \3 V' `- F/ d2 v天钩将“鹞”式的垂直起落吊离甲板,消除对舰船的影响( Q6 q* J. {) } e+ C5 M; i
@5 a( ~( T+ h: U ; Z b- w. E3 L/ m1 i
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
1 j) q4 I- i4 \0 W4 p( P0 z2 T* }2 M( b6 ^+ M( }9 ]
! ~4 P+ t9 f" x" L6 `# b6 j
这是真的试验过的, q% d+ f, o* k- \
: [7 O/ s* m# x8 I
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。 |
评分
-
查看全部评分
|