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[武器展望] 垂直起落之路上的匪夷所思(五)

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 楼主| 发表于 2024-10-30 05:11:06 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2024-10-29 19:46 编辑 * S0 \0 ~( T3 ^: u( m' ^- ~
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还有一些比较特别的设计,不大好归类,统统放到这里。4 k# A& k6 I2 a3 v
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9 a- J: b8 F3 J1 O! S* e贝尔X-22采用“四立柱”的涵道风扇
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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。3 u% H2 \% _- z
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这显然是现代多旋翼无人机的先驱,而且采用涵道风扇。
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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。
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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。) v) @9 t7 a0 h8 F. M8 n7 p
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对于X-22来说,涵道风扇也是领先时代的。; R% E. O* b4 h

5 N8 B7 ]+ F  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。
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, C$ y: M- E. O; O$ n2 s3 U1 p6 B4 j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。" m$ F4 G* e7 ]2 ?

, N' N! h* g3 ]: ]0 F2 I, @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。+ o! o& ~! E- Y* S9 y

4 z0 l5 H1 b1 I, P' G! y, ^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。
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! V4 C% I4 O" h4 D: ~4 }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。  o* ~  n. |& H% e4 W: v
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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。: x8 E" ^& ~+ c2 ~6 A
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LTV XC-142差点投产了
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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1 B5 m2 z8 [/ W' Q5 W( }9 f2 b+ J9 }* F
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采用分布式多旋翼的话,尤其适合倾转机翼
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2 N2 k% Q; u8 k) b3 J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。$ P2 a' l# v$ ]) F$ u% `& u

$ k. S$ l- R4 V! }0 d  p. Z5 l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。
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; _+ I* N. z0 K/ B& ~# J1 l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
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' G7 t& {. W! R4 ^3 A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
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7 S) p6 \6 x, l# f* g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
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, R9 Q) g2 u( t0 k; b在陆地上使用的话,尘土、树叶被吸入,更是问题
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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
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洛克希德XV-4也用引射增升,以差不多的理由下马了
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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。
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紧接着美国海军推出直立起飞、拦阻索降落的思路6 S- A5 h0 Y' F

5 b# y7 L1 [# f- B* c' _; r另一个思路是“天钩”。
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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。# U! Z2 P& f: X' W% m2 d; @

/ A* v% F$ R3 p7 f; Z0 z: b4 m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。
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天钩将“鹞”式的垂直起落吊离甲板,消除对舰船的影响7 k, E) M0 a& e3 Y$ L

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- s* X7 a: V; @' K) V" a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
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" c2 {: s7 }0 m7 }  Q5 A+ }. p+ L# X这是真的试验过的
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" M! y6 [0 u, d0 o1 K1 b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。

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    发表于 2024-10-30 09:00:16 | 只看该作者

    1 h; N1 R1 @& Z( f* F0 M都怪讨厌的重力。3 n1 @7 ?  w4 j5 v

    " i) n/ ?, N( L. ]5 ^' F
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