文/風(fēng)伊萬(wàn)
利用轉(zhuǎn)動(dòng)著的水平旋翼來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直升降,這一概念可以追溯到中國(guó)古代的竹蜻蜓,但直到上個(gè)世紀(jì)初直升機(jī)才具備技術(shù)上的可行性。此后圍繞著這個(gè)看似簡(jiǎn)單的基本原理,既發(fā)展出不少堪稱(chēng)經(jīng)典的機(jī)型,也派生出一些讓人無(wú)語(yǔ)的“二貨”。
在喜劇片中,我們會(huì)看到有人打著傘被一陣風(fēng)吹離地面的情節(jié)。也許是真有過(guò)這樣的親身經(jīng)歷,并且從中得到啟發(fā),美國(guó)密歇根州底特律的約翰·W·皮特斯在1924年就考慮要發(fā)明一種靠“打傘”來(lái)升空的飛行器。他設(shè)想的原理是讓一把大傘持續(xù)旋轉(zhuǎn)起來(lái),同時(shí)作上下?lián)渖鹊膭?dòng)作(傘形旋翼?yè)湟頇C(jī)),這樣就可以產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的氣流讓整個(gè)機(jī)身垂直地騰空而起了。
經(jīng)過(guò)兩年多的精心設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備,皮特斯如愿申請(qǐng)到了相應(yīng)的專(zhuān)利,開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際的研制。這種“傘形螺旋槳”的“傘面”由60根細(xì)長(zhǎng)的支架組成,類(lèi)似于普通雨傘的傘骨。支架上裝有等長(zhǎng)的活動(dòng)葉片,靜止時(shí)與地面垂直。“傘骨”的一端用鉸鏈固定在主軸(也就是傘柄)的頂部滑套上,另一端固定在一個(gè)輪轂似的大圓環(huán)上,而葉片之間以網(wǎng)線(xiàn)相連,形成一個(gè)碩大的“華蓋”。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,不僅帶動(dòng)支架及葉片高速旋轉(zhuǎn),同時(shí)還通過(guò)主軸上的活動(dòng)機(jī)構(gòu)讓這個(gè)“華蓋”在一定幅度內(nèi)不停地上下運(yùn)動(dòng),一開(kāi)一合地制造升力。
皮特斯最初計(jì)劃把他的發(fā)明應(yīng)用在現(xiàn)有的固定翼飛機(jī)上,對(duì)于小型飛機(jī)只需在機(jī)頭部位安裝一把“大傘”,如果是較大的機(jī)型則除了機(jī)身中部的一把“大傘”外,在機(jī)頭和機(jī)尾再各安裝一把“小傘”??上褪桥軘嗔送?、磨破了嘴,也沒(méi)有說(shuō)動(dòng)哪個(gè)飛機(jī)制造商或是飛行員對(duì)給飛機(jī)打傘這么二的創(chuàng)意感興趣。不過(guò)那時(shí)候的底特律可是正在興起的“汽車(chē)城”,沒(méi)有飛機(jī),何不自己搞個(gè)“飛車(chē)”(Sky Car)出來(lái)呢?皮特斯還真的去弄了個(gè)四輪底盤(pán),安裝一臺(tái)當(dāng)時(shí)最常見(jiàn)的功率為67千瓦的寇蒂斯OX-5航空發(fā)動(dòng)機(jī),加上傳動(dòng)系統(tǒng)和“皮氏傘”等部件后總重1200多千克。
打著傘的皮特斯“飛車(chē)”頗為引人注目
只能在地面撲騰的“飛車(chē)”結(jié)果淪為笑柄
HZ-1的旋翼位置過(guò)低是一大安全隱患
到1928年,這架“飛車(chē)”總算可以開(kāi)出車(chē)庫(kù)了,然而試飛或者應(yīng)該說(shuō)“試車(chē)”卻成了一場(chǎng)滑稽的表演。皮特斯的“大傘”確實(shí)能夠旋轉(zhuǎn)起來(lái)并且靈活地連續(xù)開(kāi)合,但它也只能帶著底盤(pán)在地面上活蹦亂跳。按照現(xiàn)場(chǎng)旁觀(guān)者的話(huà)來(lái)說(shuō),活像一臺(tái)發(fā)了狂的洗衣機(jī)在上躥下跳。皮特斯覺(jué)得沒(méi)能飛起來(lái)的原因是車(chē)體太重了,于是又做了一番精簡(jiǎn),但結(jié)果也不過(guò)是把撲騰的幅度變大一些罷了。顯然,這架直升機(jī)+撲翼機(jī)+汽車(chē)的“混血兒”在原理上就“掛錯(cuò)了擋”,結(jié)果僅僅是給航空史書(shū)多添了一個(gè)反面案例。
與固定翼飛機(jī)相比,直升機(jī)操縱起來(lái)比較復(fù)雜,對(duì)駕駛者的要求更高。能不能有所簡(jiǎn)化呢?20世紀(jì)50年代初,美國(guó)國(guó)家航空咨詢(xún)委員會(huì)的專(zhuān)家查爾斯·齊默爾曼發(fā)明了一種適用于旋翼飛行器的動(dòng)態(tài)感知控制技術(shù),操作者只需自然地傾斜身體,通過(guò)調(diào)整身體重心就可以改變飛行方向,有點(diǎn)像現(xiàn)在的自平衡電動(dòng)代步車(chē)。美國(guó)陸軍對(duì)這種技術(shù)頗感興趣,希望以此開(kāi)發(fā)出一種單兵飛行載具,用于在戰(zhàn)場(chǎng)上進(jìn)行快速偵察。
在承接這一項(xiàng)目的幾個(gè)航空廠(chǎng)商中,德·拉科納直升機(jī)公司有意無(wú)意地走起了復(fù)古路線(xiàn)。他們?cè)O(shè)計(jì)的DH-4垂直飛行器結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單,以X形的金屬支架搭起底座,中心下方連著一個(gè)南瓜狀的橡皮氣囊,4個(gè)支架尖端下也各有一個(gè)小氣囊,形成緩沖著陸墊,還可浮在水面上起降。支架中軸上安裝一對(duì)直徑4.6米的同軸反轉(zhuǎn)水平旋翼,再往上就是乘員站立平臺(tái),還裝有一臺(tái)功率為30千瓦的快艇用發(fā)動(dòng)機(jī),配上類(lèi)似摩托車(chē)的控制手把。這看起來(lái)與前面介紹過(guò)的德國(guó)PKZ-1/2偵察直升機(jī)可謂一脈相承,不過(guò)與一戰(zhàn)時(shí)期傻大黑粗的前輩相比,輕巧的DH-4算得上是“小清新”了。
單兵駕駛的“空中自行車(chē)”其實(shí)并不實(shí)用
美國(guó)陸軍將這個(gè)新玩意定型為HZ-1“空中自行車(chē)”(Aerocycle),第一批訂購(gòu)了12架,打算讓它像過(guò)去的騎兵那樣充當(dāng)?shù)孛娌筷?duì)的耳目。HZ-1在1954年11月先進(jìn)行了系留試飛,兩個(gè)月后進(jìn)入到自由試飛階段。按照設(shè)計(jì)要求,普通士兵只需接受20分鐘的訓(xùn)練就能“騎車(chē)”升空??上屡c愿違,測(cè)試人員發(fā)現(xiàn)這種“自行車(chē)”是真心不好玩,實(shí)際操縱起來(lái)很不靈便,就算是富有經(jīng)驗(yàn)的試飛員也給弄得手忙腳亂。另一大問(wèn)題就是安全性,HZ-1的旋翼位置偏低,很容易碰到地面上的各種障礙物,在試飛中就發(fā)生過(guò)多起打壞槳葉的事故。而乘員簡(jiǎn)直就是在半空中裸奔,雖然配有固定安全帶,還專(zhuān)門(mén)研制了可快速打開(kāi)的低空降落傘,但能否發(fā)揮作用可沒(méi)人敢打包票。
后來(lái)經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)家航空航天局蘭利研究中心的全尺寸風(fēng)洞測(cè)試,HZ-1氣動(dòng)特性上的缺陷顯露無(wú)疑,操控機(jī)構(gòu)也不能有效地通過(guò)槳葉偏轉(zhuǎn)來(lái)控制方向變化,大大影響了它的機(jī)動(dòng)能力。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件,只做簡(jiǎn)單的改進(jìn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,耗不起的美國(guó)陸軍只得放棄這批“廢柴”,最終留下一架送入了博物館。當(dāng)時(shí)同樣利用了動(dòng)態(tài)感知控制技術(shù)的還有希勒飛機(jī)公司研制的VZ-1單人垂直飛行器,與HZ-1不同的是將較小的旋翼裝入桶形機(jī)身中,但也由于性能有限缺乏實(shí)用性而被淘汰。
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XFY-1的垂直起降操作對(duì)飛行員是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
轉(zhuǎn)入水平飛行狀態(tài)的“彈簧高蹺”
直升機(jī)靠水平旋翼進(jìn)行垂直起降,那么把常規(guī)螺旋槳飛機(jī)豎立起來(lái)不也能達(dá)到同樣效果嗎?這一設(shè)想在冷戰(zhàn)早期頗有吸引力,因?yàn)橐坏┍l(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)場(chǎng)勢(shì)必成為首要攻擊目標(biāo),跑道受損后再多的固定翼飛機(jī)也無(wú)用武之地。如果讓?xiě)?zhàn)斗機(jī)具備垂直起降能力,只需一小塊平地就可迅速投入作戰(zhàn)。美國(guó)海軍雖然擁有強(qiáng)大的航空母艦及艦載機(jī)力量,但也覺(jué)得有必要為甲板較小的艦船配備輕型“點(diǎn)防御”戰(zhàn)斗機(jī),而采用成熟的螺旋槳?jiǎng)恿?yīng)該是最容易見(jiàn)效的途徑。
1951年,康維爾飛機(jī)公司著手為美國(guó)海軍研制XFY-1單座戰(zhàn)斗機(jī),就在機(jī)頭安裝一對(duì)同軸反轉(zhuǎn)的螺旋槳來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直起降,以一臺(tái)功率達(dá)4100千瓦的艾利森XT-40渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。與普通固定翼飛機(jī)相比,其機(jī)身較為粗短,采用大三角翼布局。機(jī)尾還對(duì)稱(chēng)設(shè)置了一對(duì)大垂尾,與主翼構(gòu)成十字形,每個(gè)翼尖后部都裝有彈性支撐輪作為垂直起落架,XFY-1也因此被戲稱(chēng)為“彈簧高蹺”(Pogo)。生產(chǎn)型還計(jì)劃安裝截?fù)衾走_(dá)、4門(mén)20毫米航炮或掛載48枚70毫米空空火箭彈等武器裝備。
到1954年4月,第一架也是唯一一架XFY-1組裝完成準(zhǔn)備試飛。為安全起見(jiàn),一開(kāi)始也是先采用系留方式,即在機(jī)身和機(jī)翼上系有與地面相連的保險(xiǎn)索進(jìn)行短暫的升空試驗(yàn)。萬(wàn)一試飛員操縱失控,地面人員還可通過(guò)控制繩索穩(wěn)定機(jī)身避免側(cè)翻。經(jīng)過(guò)4個(gè)月的初步測(cè)試后,XFY-1在加州的海軍輔助航空站轉(zhuǎn)入自由起降試驗(yàn),并在11月5日進(jìn)行了第一次從垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)向水平姿態(tài)的飛行。
然而隨著試飛次數(shù)的增加,“彈簧高蹺”的固有毛病也愈發(fā)明顯。當(dāng)它豎立在地面上時(shí),飛行員需要很高的梯子才能上下,地勤人員也不方便開(kāi)展維護(hù)工作。在起飛和降落階段,飛行員在座艙里只能半躺著操作,尤其是著陸時(shí)必須費(fèi)勁地轉(zhuǎn)頭看著地面才好控制機(jī)身完成平穩(wěn)觸地,如果下降速率超過(guò)3米/秒就有可能失控。由于要兼顧垂直和水平飛行,XFY-1犧牲了一些機(jī)動(dòng)性能,跟逐漸成熟的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)相比其作戰(zhàn)效能更是瞠乎其后。除了這些不足,安全問(wèn)題也很讓人撓頭。沒(méi)有可靠的彈射系統(tǒng),前面的螺旋槳和后面的尾翼都會(huì)成為飛行員逃生時(shí)的致命障礙。
把這種“直升飛機(jī)”搬上水面艦船的希望越來(lái)越渺茫了,1956年底XFY-1完成最后一次試飛后就被打入冷宮。當(dāng)時(shí)另一位競(jìng)爭(zhēng)者是洛克希德公司的XFV-1,差別在于采用的是梯形主翼和較小的X形尾翼,并加裝了用于水平起降的固定式機(jī)輪,但還沒(méi)等進(jìn)行真正的垂直起降試驗(yàn),就同樣因?yàn)椴僮骼щy和性能缺陷也被棄之如敝履了。