日前,美國(guó)陸軍對(duì)外發(fā)布消息,根據(jù)聯(lián)合多功能驗(yàn)證機(jī)(JMR-TD)項(xiàng)目的安排,他們已經(jīng)同4家公司簽訂了技術(shù)開(kāi)發(fā)投資協(xié)議,用以研發(fā)新的技術(shù)驗(yàn)證機(jī),進(jìn)而尋求和確定未來(lái)軍用旋翼機(jī)的發(fā)展方向。
根據(jù)已經(jīng)簽訂的投資協(xié)議,4家公司將各自研制一款技術(shù)驗(yàn)證機(jī),并完成所有的測(cè)試,從而為未來(lái)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)(FVL)項(xiàng)目積累數(shù)據(jù),F(xiàn)VL的目標(biāo)是取代現(xiàn)役數(shù)量龐大的軍用直升機(jī)群。在軍方的計(jì)劃里,未來(lái)的FVL系統(tǒng)無(wú)論是飛行速度,還是任務(wù)半徑以及航程,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)役的直升機(jī)。
實(shí)力雄厚的美國(guó)團(tuán)隊(duì)
4家被選中的公司分別是AVX飛機(jī)公司、貝爾直升機(jī)公司、Karem飛機(jī)公司(2004年該公司被波音并購(gòu),之后整合進(jìn)波音防衛(wèi)系統(tǒng)分部)以及西科斯基公司。據(jù)美國(guó)陸軍介紹,“被選中的公司提交的方案,在技術(shù)指標(biāo)上要滿(mǎn)足未來(lái)的需求,包括飛行速度、航程等,這些數(shù)據(jù)未來(lái)將直接應(yīng)用于FVL項(xiàng)目。”另外,未來(lái)的FVL項(xiàng)目將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)包括諸多型號(hào)的飛機(jī)家族,而不是單一的飛行型號(hào)。
獲得資金支持的4家公司所提出的方案大體分為兩種,一種是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)方案,兼有直升機(jī)和傳統(tǒng)布局飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn);另一種是與傳統(tǒng)直升機(jī)類(lèi)似的概念,采用固定旋翼系統(tǒng)+推進(jìn)式螺旋槳布局。
AVX謀求后來(lái)居上
2005年,幾位從貝爾直升機(jī)公司出走的技術(shù)人員組建了自己的公司,這就是AVX飛機(jī)公司。AVX公司在成立之后的短短幾年內(nèi),就亮出了幾個(gè)讓業(yè)界震驚的大動(dòng)作,包括參與OH-58D直升機(jī)升級(jí)計(jì)劃,競(jìng)爭(zhēng)美國(guó)陸軍JMR-TD項(xiàng)目等。
更準(zhǔn)確地說(shuō),AVX提出的設(shè)計(jì)概念采用的是共軸雙旋翼+兩個(gè)管道風(fēng)扇的無(wú)尾氣動(dòng)布局,其中管道風(fēng)扇可以提供40%的升力,而主旋翼則可以提供60%的升力。同時(shí)在前機(jī)身兩側(cè)設(shè)計(jì)了短翼,這樣可以在高速飛行時(shí)提供額外的升力。該方案的機(jī)艙采用了與大型運(yùn)輸機(jī)類(lèi)似的斜坡式尾艙門(mén),能夠滿(mǎn)足同時(shí)裝載兩個(gè)460升標(biāo)準(zhǔn)貨盤(pán),而人員和輕型車(chē)輛等裝備也能更快速地裝卸。攻擊型還可以在機(jī)艙內(nèi)安裝30毫米口徑的炮塔以及反裝甲導(dǎo)彈系統(tǒng),這些武器雖然安裝在機(jī)艙內(nèi)部,但是可以通過(guò)機(jī)艙底板上的艙門(mén)滑出進(jìn)行發(fā)射。
在機(jī)身設(shè)計(jì)上,為了減小飛行時(shí)的氣動(dòng)阻力,該機(jī)的機(jī)鼻設(shè)計(jì)有輕微的上反角。同樣處于減小機(jī)身機(jī)動(dòng)阻力的考慮,兩個(gè)推進(jìn)螺旋槳采用了涵道式設(shè)計(jì),這種結(jié)構(gòu)比常用的開(kāi)放式推進(jìn)螺旋槳的結(jié)構(gòu)要輕,并且在飛行過(guò)程中的阻力也更小。
據(jù)AVX公司的官方數(shù)據(jù)顯示,在運(yùn)載12名士兵以及4名機(jī)組乘員的情況下,該方案77a4e0ae8e289d0a91cc6c3f81484051ba2ddfc3bcfd708abf80c1b926bb256a的起飛重量為12噸。與陸軍現(xiàn)役UH-60M相比,該方案的最大外掛能力達(dá)到5.9噸(UH-60M為3.8噸),能夠吊運(yùn)陸軍裝備的M777A2型155毫米榴彈炮等重火力裝備;其機(jī)艙截面尺寸達(dá)到6英尺×6英尺,幾乎相當(dāng)于UH-60M的2倍,所以其內(nèi)部載荷能力達(dá)到了3.6噸。
飛行過(guò)程中,該方案在不使用管道風(fēng)扇的情況下,飛行速度為320千米/時(shí),而在使用管道風(fēng)扇的情況下最大速度可以達(dá)到430千米/時(shí)。
S-97進(jìn)展迅速
而西科斯基的S-97型設(shè)計(jì)概念,則采用共軸雙旋翼+后機(jī)身推進(jìn)式螺旋槳布局,該布局已經(jīng)在之前的X-2技術(shù)驗(yàn)證機(jī)上完成了大量測(cè)試。目前,S-97首架原型機(jī)的機(jī)身已經(jīng)完成裝配。
S-97的設(shè)計(jì)完全基于西科斯基公司的X-2技術(shù)驗(yàn)證機(jī),采用共軸反轉(zhuǎn)雙旋翼,尾部裝推力螺旋槳。NASA在70年代的研究中發(fā)現(xiàn),通過(guò)采用剛性共軸轉(zhuǎn)雙旋翼布局的直升機(jī)是未來(lái)高速直升機(jī)的出路之一,因?yàn)樯舷聝蓚€(gè)互反轉(zhuǎn)的旋翼在直升機(jī)的兩側(cè)始終同時(shí)都存在前行槳葉,從而彌補(bǔ)了后行槳葉失速的缺陷,獲得更大的飛行速度,但是為了充分發(fā)揮前行槳葉的升力特性,必須采用剛性旋翼。而西科斯基在與NASA聯(lián)合開(kāi)展研制的過(guò)程中獲益匪淺,并將此技術(shù)一直傳承下去。西科斯基公司的資料顯示,X-2在之前試驗(yàn)中已達(dá)到253海里/時(shí)(469千米/時(shí))的前飛速度,且只需要消耗最大功率的70%。在進(jìn)行一些改進(jìn)后(如加裝旋翼頭整流罩),X-2將能夠達(dá)到280海里/時(shí)(520千米/時(shí))的前飛速度。
該構(gòu)型具備更高的機(jī)動(dòng)性,與常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)相比,其加速/減速性能更高。在懸停性能方面,該構(gòu)型比機(jī)械結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性更加復(fù)雜的V-22相比更好。西科斯基公司于2013年初開(kāi)始首架S-97的建造,并希望能夠在2014年完成首飛。
V-280要重寫(xiě)V-22輝煌
貝爾公司的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼方案,與目前已經(jīng)在美國(guó)空軍和美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)服役的V-22屬于同一類(lèi)型,只是機(jī)身外形更大,裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)功率也更大,傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)更為成熟。一個(gè)月前,貝爾公司宣布與洛克希德·馬丁結(jié)成合作伙伴,共同致力于V-280項(xiàng)目的研制。
作為第三代傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的技術(shù)探索者,V-280上的許多技術(shù)盡管都是基于貝爾/波音聯(lián)合研制的V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī),但是都進(jìn)行了大幅的升級(jí)和改進(jìn)。V-280在低速靈活性、高速大過(guò)載機(jī)動(dòng)性能、燃油效率等各方面都大大優(yōu)于V-22,并且能飛更遠(yuǎn)的航程。當(dāng)然,這些都需要經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證。此外,貝爾直升機(jī)公司希望通過(guò)為V-280研制一套全新的三余度電傳飛控系統(tǒng),以保證其擁有出色的操縱性能。
V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在35℃的高溫環(huán)境下,無(wú)地效懸停高度可達(dá)1830米,在保持519千米/時(shí)巡航速度條件下作戰(zhàn)航程可以達(dá)到930~1480千米;其無(wú)空中加油情況下最大航程可以達(dá)到3890千米,具備出色的全球自部署能力。
TR36TD以快取勝
Karem公司提出的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)方案,最大的亮點(diǎn)在于其采用的轉(zhuǎn)速優(yōu)化旋翼技術(shù),即根據(jù)起飛重量、飛行高度和飛行速度的不同,對(duì)旋翼的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,從而提高飛機(jī)在整個(gè)包線(xiàn)內(nèi)的飛行性能。目前,這項(xiàng)轉(zhuǎn)速優(yōu)化旋翼技術(shù)已經(jīng)在波音的A160“蜂鳥(niǎo)”無(wú)人機(jī)上完成了總計(jì)18個(gè)小時(shí)的飛行測(cè)試。
不出意外的話(huà),Karem公司的方案將在其之前已經(jīng)公布的TR36TD基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái),該方案采用傾轉(zhuǎn)旋翼設(shè)計(jì),并采用了上述提到的轉(zhuǎn)速優(yōu)化旋翼技術(shù),最大速度可以達(dá)到670千米/時(shí)。TR36TD應(yīng)該是4家公司方案中速度最快的一種。
歐洲X3功成身退
說(shuō)到高速垂直起降飛行器的研究,就不能不提歐直公司的X3復(fù)合式直升機(jī)。X3利用“海豚”直升機(jī)的機(jī)體,配備兩臺(tái)渦軸式發(fā)動(dòng)機(jī),帶動(dòng)5槳葉主旋翼和兩副螺旋槳,后者則安裝在機(jī)身兩側(cè)新增的小翼展短翼上。X3于2010年9月開(kāi)始試飛,這種復(fù)合式氣動(dòng)布局很好地將直升機(jī)的垂直起降能力和固定翼飛機(jī)的高巡航速度結(jié)合了起來(lái)。2010年11月,X3在降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率情況下達(dá)到333千米/時(shí)的飛行速度。此后的幾個(gè)月里,該機(jī)屢屢刷新自身速度紀(jì)錄,充分顯示了混合推進(jìn)系統(tǒng)突出的加速性能。2011年5月12日, X3在穩(wěn)定水平飛行時(shí)達(dá)到了430千米/時(shí)的速度里程碑。
今年6月初,X3更是創(chuàng)下了直升機(jī)平飛速度472千米/時(shí)的新紀(jì)錄,這也是該機(jī)迄今為止的最好成績(jī)。而在這之前的另一次試飛中,X3下降俯飛時(shí)達(dá)到了487千米/時(shí)的高速。打破了之前由西科斯基的X2驗(yàn)證機(jī)所保持的469千米/時(shí)的直升機(jī)最高飛行速度紀(jì)錄。
歐直公司曾經(jīng)計(jì)劃攜X3參加美國(guó)陸軍的JMR-TD項(xiàng)目競(jìng)標(biāo),然而后來(lái)由于美國(guó)軍方在該項(xiàng)目上所承諾的前期研發(fā)資金太過(guò)有限,故而中途退出競(jìng)爭(zhēng)。但是,據(jù)歐直公司表示, X3驗(yàn)證機(jī)所取得技術(shù)具有很廣泛的用途,退出JMR-TD項(xiàng)目之后,將更有助于這些技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
崛起的中國(guó)勢(shì)力
對(duì)于下一代高速垂直起降飛行器,我國(guó)一直都沒(méi)有停止過(guò)探索和追趕的腳步。在今年的天津直升機(jī)博覽會(huì)上,中航工業(yè)就展出了兩種新的未來(lái)高速垂直起降飛行器概念模型,即“絕影”8和“藍(lán)鯨”,并分別采用了已經(jīng)被普遍接受的氣動(dòng)布局。
“絕影”8高速直升機(jī)概念采用了與西科斯基X-2驗(yàn)證機(jī)類(lèi)似的共軸雙旋翼+螺旋槳布局,只不過(guò)螺旋槳改為了前置雙排對(duì)轉(zhuǎn)拉進(jìn)式。直升機(jī)在飛行時(shí),兩副旋翼共軸反轉(zhuǎn)相互平衡反扭矩,同時(shí)提供飛行器垂直起降、懸停及前飛時(shí)所需的升力;雙排對(duì)轉(zhuǎn)拉力槳提供前飛所需的拉力,穩(wěn)定性更好。在機(jī)身外形上,“絕影”8采用了兩頭尖中間大的類(lèi)似梭型的設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)既能減小機(jī)身的氣動(dòng)阻力,還能有效降低機(jī)身的雷達(dá)反射截面。據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示,采用該布局的“絕影”8直升機(jī)概念,未來(lái)的最大速度有可能超越500千米/時(shí)。
除了“絕影”8,中航工業(yè)在天津直博會(huì)上還展出了另一款頗具發(fā)展?jié)摿Φ母咚俅怪?短距起降飛行器,即代號(hào)“藍(lán)鯨”的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。
從已經(jīng)公開(kāi)的模型和數(shù)據(jù)來(lái)看,“藍(lán)鯨”采用了無(wú)尾式4發(fā)傾轉(zhuǎn)旋翼布局,前后機(jī)身各設(shè)計(jì)有一對(duì)主翼,主翼翼尖安裝有渦軸發(fā)動(dòng)機(jī),并配備大直徑螺旋槳。而為了解決前后兩對(duì)螺旋槳在飛行過(guò)程中的干擾,前端主翼的翼展要小于后端主翼翼展。
在機(jī)身設(shè)計(jì)上,“藍(lán)鯨”采用可收放起落架,具備垂直起降和滑跑起降能力,使其能夠滿(mǎn)足野外機(jī)場(chǎng)起降作業(yè)要求。據(jù)相關(guān)專(zhuān)家介紹,“藍(lán)鯨”未來(lái)的商載可以達(dá)到20噸,與早期的運(yùn)8型飛機(jī)相當(dāng),巡航速度538千米/時(shí),航程則可以超過(guò)3100千米,作戰(zhàn)半徑大于815千米。上述性能指標(biāo),完全可以滿(mǎn)足未來(lái)民用領(lǐng)域的人道主義救援任務(wù)需要,同時(shí)也可以依靠自身出色的垂直/短距起降性能,滿(mǎn)足未來(lái)軍方快速部署的需要。