第三代鱼鹰机身交付 美国陆军战斗力将有飞越

发布时间:2015-10-15 09:47:06
第三代鱼鹰机身交付 美国陆军战斗力将有飞越

第三代鱼鹰机身交付 美国陆军战斗力将有飞越

图:美国陆军获得交付的第一架V280机身,全状态的样机已经不远了

原标题:第三代鱼鹰机身交付,美国陆军战斗力将有飞越

作者:侯知健

V22是世界上首款实用化的倾转旋翼机,目前服役于美国海军陆战队和美国空军。不过对于陆军来说,最大起飞重量近30吨级的V22显得过大,而且因为需要上舰而必须折叠等设计导致成本过于昂贵,因此要用来取代黑鹰等10吨级的主力通用直升机型号显得很不划算。

因此美国陆军又在V22的基础上,开发了更轻更小、设计上针对性简化并改进的第三代鱼鹰V280,用以取代黑鹰,并在未来衍生出武装攻击型号,取代阿帕奇直升机。目前V280的首架机身已交付。

1.直升机不是飞机,倾转旋翼机出现打破直升机与飞机界限

很多人都没注意到的一点是,直升机不算飞机,严谨的术语中也不存在“直升飞机”这个概念。直升机的升力是依靠旋翼自己高速旋转而获得速度产生的,飞机的升力则是整个机体的高速运动在机翼上形成的。所以直升机原地就能飞起来,而常规的飞机一定要滑跑到足够高的速度才能起飞。

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图:常规布局直升机,光是为了保证它不会朝着一个方向使劲打转,尾桨就得花20~30%的功率去维持航向平衡

基本飞行原理的不同,使直升机的动力效率很低,而且高速飞行阻力特别大,飞不快,飞不远;比如300公里/小时的速度,已经接近大多数直升机的极限速度了。即使是未来采用刚性旋翼等先进措施的全新一代直升机,仍然不可能解决这个缺陷。这个问题对于直升机的应用限制非常大,比如它在实现空中加油时,不能与其它的飞机共用喷气式加油机——因为加油机的最低安全飞行速度就要比直升机的最大速度还高了。

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图:美国C130平台加油机给黑鹰直升机空中加油。C130设计之初就是纯军用型号,强调战场起降能力,能够以很低速度、很短距离强行从野战跑道起飞,或者是带着不少货物在短距离内强行降落。它能携带大量的油料以233公里/小时甚至更低的速度进行长时间低空巡航,这一性能特点是它能给直升机进行空中加油的关键。

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图:随着飞行速度的提高,V22能够通过KC-135加油机(衍生自波音707客机系列)这样最低飞行速度较高的喷气式大飞机平台进行加油,极大的提高了作战的灵活性

针对直升机在飞行原理上无法克服的局限性,美国率先开发了倾转旋翼机并将其实用化。这种飞行器介于直升机与固定翼飞机之间,它通过可转动的发动机方向调节能力,能够自由的在横列双旋翼直升机状态,与固定翼螺旋桨飞机状态之间切换。它以结构和飞行控制的大幅度复杂化为代价,实现了传统直升机的垂直起降能力,和接近传统螺旋桨固定翼飞机的飞行速度与载荷航程效率,将会是以后的主流设计方向。

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图:V22吊运火炮

倾转旋翼机在目前的缺点有两个。首先是机械结构复杂,技术难度要求高,非常考验工业基础的硬能力;比如V22两台发动机之间需要布置一套可以适应偏转过程的动力协调传动机构,保证一台发动机失效以后,还能依靠另一台发动机避免动力失衡带来的急剧失控,并完成迫降甚至是飞回基地。

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图:V22事故现场

但难度最高的地方,还在于气动外形(包括螺旋桨)与飞行控制上。倾转旋翼机是一个非常新的研究领域,目前存在大量的空白地带。比如螺旋桨在改变方向的过程中,空气动力的变化特性,这一点非常类似战斗机在过失速等状态下的气动力研究——没有可靠的基础和工程理论能用来分析、计算问题,非常依赖于试验结果和经验积累。但比起后者,前者的研究时间更短,积累更少。

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图:我国四发倾转旋翼机蓝鲸的模型

事实上V22在服役之初,经常在起降阶段——尤其是旋翼的倾转过程中出现事故,安全性屡屡被质疑。直到多次改进设计,尤其是飞行控制相关的设计以后,V22才开始变得可靠起来。我国目前对倾转旋翼机的研发规划,直接定位于四发运输机型;一方面是强化起飞载重能力,另一方面也是四发布局的稳定性和可控性远高于两发布局,技术风险更小的缘故。

2.倾转旋翼机取代黑鹰和阿帕奇,美国陆军作战能力将极大提高

不过四发倾转旋翼机布局虽然控制性能好,却也存在结构和飞行效率不高的缺点;尤其是巡航时的高速平飞阻力比较大,速度比两发布局更低,同等推力条件下航程要损失20~30%。因此它更适合未来用于取代C130一级的前线战术运输机,而不适合应用在10~20吨以内的型号上。

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图:未来美军V44大型垂直起降运输机的艺术想象图

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图:V280“勇士”

因为这个原因,美国虽然做了V44的大型垂直起降运输机规划,但是在黑鹰和阿帕奇两种吨位较小的直升机替代型号V280上,则继续沿用了V22的双发布局。和V22的不同在于,V280不需要上舰,对尺寸的约束要求低很多;因此它取消了机翼折叠设计,大幅度降低了重量、机械结构、液压系统的复杂性和成本,提高了可靠性和维护性。其次在倾转方式上,它的发动机舱不再旋转,而是直接通过简单的传动变向机构,实现螺旋桨的倾转。

V280具备黑鹰直升机无法比拟的飞行速度与航程,这对于美军作战能力是个极大的提升。举个最简单的例子,黑鹰能够将超轻型155毫米榴弹炮吊运到车辆根本到不了的山地、沙滩等地方,形成压倒性的火力优势;但这种载荷已经非常接近能力极限的情况下,黑鹰的航程就变得很有限,作战范围受到很大限制。而V280吊运火炮以后,无论是运送火炮的速度还是距离,都远远超过黑鹰。

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图:V22改装攻击能力试验。倾转旋翼机改行当武直有个很麻烦的地方,武器挂点不好布置,它的机翼都被旋翼挡住了,翼下不能发射武器

此外传统上武装直升机就有为其它直升机护航的任务,V280将来服役以后,武装直升机就要面临飞行时根本追不上的尴尬境地。而如果要请求固定翼的战斗机、攻击机护航,那就要涉及到跨军种的协调配合,实战时可行性非常差。

因此除了黑鹰这样运人载货的通用直升机,未来美国陆军开发一款取代阿帕奇的武装型倾转旋翼机也是顺理成章的事情。事实上美国陆军一直在寻求比直升机飞的更快、带的武器更多、航程更远的空中打击力量,但长期受限于陆军不允许有飞机的体制约束而未能实现。倾转旋翼机的出现,是陆军绝对不会放弃的机会。

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