文/王鐘強
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AW609 艱難前行——民用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機問世有多難?
文/王鐘強
作為一種既不同于固定翼飛機、也有別于直升機的新型飛行器,軍用的V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼飛機自2007年正式投入使用以來,走過了8年時間。其間,它在伊拉克和阿富汗等戰(zhàn)場經(jīng)歷了實戰(zhàn)考驗,經(jīng)過不斷的改進,一度曾經(jīng)遭遇的墜毀、發(fā)展問題和費用過高等詬病正漸行漸遠。越來越多的證據(jù)表明,就遠距離輸送部隊而言,V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機采購和使用成本要比其他垂直起降運輸機低。
不久前,又傳來消息:意大利阿古斯塔·韋斯特蘭公司(以下簡稱AW公司)正在研制中的AW609民用傾轉(zhuǎn)旋翼機計劃正在按部就班推進中,預計2017年取證,2018年交付,雖然比最初設想的推遲十多年,但是畢竟迎來了勝利的曙光。
傾轉(zhuǎn)旋翼飛機從設想的提出到實現(xiàn)足足用了半個多世紀,經(jīng)歷了從XV-3、XV-15到V-22的漫長過程,圖為試飛中的采用美國海岸警衛(wèi)隊涂裝的XV-15
現(xiàn)代噴氣機的最高速度已達到聲速的兩三倍,而目前直升機最大速度只有聲速的1/3。如何使飛行器既能垂直起降,又具有較快的飛行速度呢?為了實現(xiàn)這個愿望,人們開始研究和探索復合式旋翼-固定翼飛行器,陸續(xù)提出了很多種方案,其中傾轉(zhuǎn)旋翼是目前技術最為成熟的一種。所謂傾轉(zhuǎn)旋翼,是指飛機依靠旋翼傾轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)飛行技術狀態(tài)。具體方案是在機翼兩端分別安上發(fā)動機短艙,內(nèi)裝渦輪發(fā)動機用以驅(qū)動旋翼系統(tǒng)。關鍵是發(fā)動機短艙可以繞機翼軸進行由朝上到朝前及由朝前到朝上的直角轉(zhuǎn)動,并且要求這兩套動作完整連續(xù),一般在十幾秒內(nèi)完成。這樣就可以改變旋翼的推力方向。當發(fā)動機短艙呈水平狀態(tài)時,旋翼就變成了螺旋槳,加上原有的一段機翼,飛機就變成了渦槳固定翼飛機了。反之,則變成一架雙旋翼或多旋翼的直升機。然而,從設想的提出到實現(xiàn)足足用了半個多世紀。
20世紀40年代,美國貝爾直升機公司就開始了對傾轉(zhuǎn)旋翼機技術的研究,1951年贏得美國軍方的XV-3合同,該機在靠近固定機翼的翼尖處裝有兩具旋翼-螺旋槳,在起飛、著陸和低速飛行時,它們像普通升力旋翼一樣工作,當水平巡航和高速飛行時,它們轉(zhuǎn)換到朝前位置,由機翼提供升力。旋翼換向借助于裝在每個翼尖處整流罩內(nèi)的電動機,由水平過渡到垂直位置這個換向過程的運動可在10~15秒內(nèi)完成。最初采用的是三葉鉸接式旋翼,后來改用帶有翹板式槳轂的雙葉半剛性旋翼系統(tǒng)。XV-3于1955年8月23日進行第一次垂直飛行,不久在飛行中曾做過15°的過渡飛行,1956年10月25日因著陸失事而受到嚴重損壞。第二架XV-3于1958年12月18日首次完成由垂直到平飛和由平飛到垂直的完全過渡飛行。XV-3是世界上第一架采用換向旋翼的定翼機,它實現(xiàn)了旋翼的100%換向,而且證明這種設計是可行的。該機總共完成了250多次飛行,累計超過125飛行小時。
在XV-3研究工作的基礎上,美國國家航空航天局(NASA)和美國陸軍于1973年5月宣布:由貝爾公司研制XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼研究機。XV-15的機體結(jié)構基本上與普通的固定翼飛機一樣,但翼尖上安裝發(fā)動機和旋翼在垂直起飛時可轉(zhuǎn)到垂直位置,然后逐步向前下方轉(zhuǎn)動,以便過渡到巡航飛行狀態(tài)。三葉旋翼在槳葉盤面內(nèi)是剛性的,并采用萬向接頭和一個彈塑性槳轂彈簧來增大操縱動力和阻尼。旋翼葉片是一種大扭角設計,能同時適應于直升機和高速飛機飛行兩種工作方式。傳動軸交聯(lián)和余度式換向機構允許單發(fā)軀動兩副旋翼和具有破損-安全的換向能力。XV-15上還裝有一套穩(wěn)定和控制增益系統(tǒng)來改善飛行品質(zhì)和提高駕駛效率。
XV-15第一架原型機于1977年5月3日進行首飛,第二架原型機1979年4月23日以直升機飛行方式試飛,7月24日首次完成從直升機方式到普通飛機方式的轉(zhuǎn)換。在1980年6月試飛中,平飛速度達到590千米/時的預定速度,機動飛行時,過載達到2。
試飛中的XV-3
XV-15在NASA德萊登中心起飛
在美國空軍博物館展出的XV-3
XV-3的座艙
XV-15是20世紀70年代末由NASA和國防部主持研制的技術驗證機,機身看上去像一架小型噴氣公務機,在機翼根部裝有兩個大型旋翼。圖為XV-15在1981年巴黎航展上
XV-15結(jié)構圖
美國軍方用XV-15進行了廣泛的試驗,包括用作特種電子任務飛機,評定其在地對空導彈系統(tǒng)下的生存性;涂上沙漠偽裝色評價其在近距地面防空系統(tǒng)中的易損性;在海上作艦載試驗;進行搜索、營救及吊掛貨運試驗;驗證超低空飛行和狹窄區(qū)域著陸性能;以及模擬空中加油,武器投放和其他機動試驗。
1988年5月,V-22第一架原型機在貝爾公司德克薩斯州阿靈頓工廠出廠
XV-15三視圖
1981年,一架XV-15參加巴黎航展,在飛行表演中獲得極大成功。80年代初,美國軍方提出一項“多軍種先進垂直起落輕型飛機”(JVX)計劃。貝爾公司和波音公司以多年研制傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的經(jīng)驗聯(lián)合投標,取得勝利,1985年6月贏得研制V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼飛機原型機的合同。第一架原型機于1989年3月19日首次試飛,同年9月14日實現(xiàn)了模式轉(zhuǎn)換飛行。6架原型機中,盡管有的在試飛中因事故墜毀,但其他飛機仍進行了大量的試驗。
1998年9月,V-22進入生產(chǎn)型開發(fā)階段。1999年5月,首架生產(chǎn)型MV-22交付美國海軍陸戰(zhàn)隊的VMMT 204訓練中隊。實現(xiàn)首次試飛之后的十多年里,V-22事故頻頻,光是7架原型機就墜毀4架,其命運大起大落,成為美國航空裝備史上爭議最大的機種之一。經(jīng)過漫長的試驗和驗證,直到2005年9月才獲準進入全速生產(chǎn)階段,2007年6月進入服役。目前主要有兩種型號:海軍陸戰(zhàn)隊的MV-22A,用于取代正在服役的CH-46和CH-53;空軍的CV-22A,用它為特種作戰(zhàn)部隊提供新的全球范圍作戰(zhàn)能力,使美軍真正具備“全球自部署能力”。截至2014年,V-22的總產(chǎn)量達到200多架。
V-22“魚鷹”是世界上第一種既不依賴機場,也不受旋翼限制,能垂直起降的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機。它在設計思路上的變革,為人類航空史填補了一項空白。傾轉(zhuǎn)旋翼機與常規(guī)直升機相比,優(yōu)點主要是:速度快、噪聲小、航程遠、載重量大、振動小、耗油率低、運輸成本低,綜合考慮傾轉(zhuǎn)旋翼機耗油量少、速度快、航程遠、載重大等優(yōu)點,其運輸?shù)某杀緝H為直升機的1/2。主要缺點是既有旋翼又有機翼所帶來的技術難度高、研制周期長、研制費用高和單機成本高。
傾轉(zhuǎn)旋翼飛機
試飛中的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機
2015年4月有報道說,美國海軍目前已開始編制V-22的壽命中期升級(MLU)計劃,將于首架V-22達到5000飛行小時后開展對V-22的主要結(jié)構和電子設備進行升級。
2015年7月14日,美國國防部公布了向日本出售5架V-22的軍貿(mào)合同,價值3.32億美元,使日本正式成為V-22的首個國際用戶。
從最早的XV-3開始,到軍用的V-22服役,歷時半個多世紀,傾轉(zhuǎn)旋翼機技術趨向成熟?,F(xiàn)在在成熟技術的基礎上向民用發(fā)展,仍然不容易。AW609民用傾轉(zhuǎn)旋翼機從1996年起步,一路走來至今快20年了。進展緩慢的原因來自體制多變和技術復雜兩方面。
先說體制多變。1996年2月,貝爾和波音兩家決定在研制V-22軍用傾轉(zhuǎn)旋翼機的基礎上,聯(lián)手研制6350千克重量級的9座民用傾轉(zhuǎn)旋翼機,最初的編號為D-600,后改為貝爾-波音609。最初幾年的進展還是很快的:1997年5月,完成初始設計審查;6月在巴黎航展上展出了全尺寸模型;8月開始制造原型機零件;1998年4月完成臨界設計審查。當時預計,貝爾-波音609于1999年中首飛,生產(chǎn)4架原型機,主要用于飛行試驗和取證,預計2001年初開始交付使用。后來一系列變化使研制計劃的進度大大推遲。
首先是1998年3月波音直升機公司從合作計劃中退出;接著1998年8月意大利阿古斯塔公司愿意接手,由貝爾直升機公司和阿古斯塔/韋斯特蘭公司(2001年意大利芬梅卡尼卡公司和英國GKN集團達成協(xié)議,把各自的直升機業(yè)務合并、建立AW合資公司,各占50%股份)合作,項目名稱改為BA609;2004年,芬梅卡尼卡收購了GKN的50%的股份,AW則成為芬梅卡尼卡的全資子公司;到2008年,貝爾公司估計極輕型噴氣飛機和類似西科斯基公司S-92之類的大型沿岸直升機的發(fā)展減小了傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的潛在市場,同時貝爾和AW 兩家公司資金不足也導致BA609試飛放緩。
2009年9月21日,AW公司總裁表示,自己的母公司——意大利芬梅卡尼卡集團批準收購BA609項目中的貝爾股份,以加速計劃的實施,因為貝爾公司對BA609的商業(yè)前景感到不滿,想把資金轉(zhuǎn)到其他項目上。2011年,雙方談判的焦點集中于與V-22軍用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機共享的技術的完整轉(zhuǎn)讓方面。2011年巴黎航展期間,AW公司宣布,它將擁有BA609計劃的全部所有權,并把計劃的名稱改為AW609,而貝爾直升機公司以顧問身份繼續(xù)負責部件設計和取證。2011年11月,在獲得美、意兩國主管當局的批準后,所有權轉(zhuǎn)讓完成。至此,一度由美國、意大利、英國三方參與的項目,英、美公司先后推出后,變成意大利一家公司的計劃。2013年,AW公司估計,AW609在今后20年的市場規(guī)模將達到700架。
回顧AW609計劃近20年的變遷,展望前景,不容樂觀。對傾轉(zhuǎn)旋翼技術最有研究的貝爾直升機公司的退出,使計劃蒙上一層陰影;沒有美國公司的參與,卻要在美國取得適航證,可能會遇到的莫名其妙的困難。
有一段時間,AW609計劃曾經(jīng)稱為BA609計劃,是貝爾公司和意大利阿古斯塔公司的合資項目
傾轉(zhuǎn)旋翼飛機和“鷂”式垂直起落飛機的比較
AW609實際上是V-22的縮小版,傾轉(zhuǎn)旋翼技術的復雜程度,以及V-22開始試飛以后一段時間的表現(xiàn),都使一般商業(yè)用戶有些望而卻步。在下一節(jié)介紹AW609計劃的進展時,將較多地涉及研制過程(特別是取證試飛中)技術上遇到的困難。
AW609的外形尺寸和AW169直升機差不多,但裝兩臺加拿大普惠公司 PT6C-67A渦輪軸發(fā)動機的功率幾乎是AW169的兩倍,每臺發(fā)動機驅(qū)動一個三葉的螺槳旋翼。發(fā)動機和螺槳旋翼都裝在翼尖的一個承力、可以轉(zhuǎn)動的短艙里,使螺槳旋翼能處于不同角度。直升機飛行模式時,螺槳旋翼可以從水平方向轉(zhuǎn)到75°~95°之間,垂直懸停一般選擇87°。在飛機飛行模式時,螺槳旋翼向前處于0°位置,轉(zhuǎn)速(RPM)84%。直升機和飛機兩種飛行模式之間轉(zhuǎn)換的大部分復雜問題由飛行控制軟件處理;自動化系統(tǒng)還能幫助飛行員選取正確的傾轉(zhuǎn)角度和速度。
當采用飛機模式飛行時,大部分升力由AW609略微前掠的機翼產(chǎn)生,10米長的機翼有襟副翼控制面,通常是自動控制的;垂直飛行時,襟副翼向下偏轉(zhuǎn)66°,以減小可能遇到來自螺槳旋翼的下降氣流的翼面積。高位安裝的無舵面垂直穩(wěn)定器與機身后部連接,在以飛機飛行模式時,起穩(wěn)定飛行的作用。如果有一臺發(fā)動機發(fā)生故障,任何一臺發(fā)動機都可以通過傳動軸向兩個螺槳旋翼提供動力;AW609也可以自動轉(zhuǎn)動。AW609將安裝下沉率警告系統(tǒng)。
PT6C-67A渦輪軸發(fā)動機單臺功率為1447千瓦,裝有發(fā)動機參數(shù)指示與機組告警系統(tǒng)。雙泵燃油系統(tǒng),當旋翼機在垂直狀態(tài)飛行時能產(chǎn)生足夠的油壓。通過幾個行星齒輪,輸出轉(zhuǎn)速可達30000轉(zhuǎn)/分。所有燃油都在機翼整體油箱中,有用容量為1427升。
傾轉(zhuǎn)旋翼飛機
旋翼系統(tǒng)與V-22“魚鷹”類似,采用兩副逆時針旋轉(zhuǎn)的3片槳葉螺槳旋翼系統(tǒng)。機身系鋁機身結(jié)構外加復合材料蒙皮,復合材料機翼。機身由機頭、中機身和尾部三部分組成。尾部裝置為T形尾翼,取代了V-22上的端板式尾翼。T形尾翼使水平安定面位于旋翼尾流之上,從而能減小在傾轉(zhuǎn)旋翼飛機進行飛行轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的俯仰力矩。著陸裝置為可收放前三點輪式起落架,前起落架為雙輪,后起落架為單輪。著陸系統(tǒng)包括:支柱、輪、輪胎、剎車、剎車控制和著陸系統(tǒng)控制系統(tǒng)等。
AW609的座艙為兩名機組人員并排坐在駕駛艙內(nèi),駕駛艙中裝兩套操縱系統(tǒng)。座艙標準座位是9個。機組人員和旅客門位于右側(cè),機翼前面。座艙有增壓和空調(diào)系統(tǒng)。
AW609的航空電子設備包括:三裕度數(shù)字式電傳飛行控制系統(tǒng)、平視顯示系統(tǒng)、發(fā)動機全權數(shù)字控制系統(tǒng)(FADEC)。駕駛艙設計得能由一名飛行員按儀表飛行規(guī)則飛行。某些控制系統(tǒng),如葉片間距控制器,設計得和傳統(tǒng)的旋翼機上的差不多,以便讓一般直升機飛行員改飛傾轉(zhuǎn)旋翼飛機時比較容易。在AW公司全權接管計劃之后,2012年對AW609的設計進行過一次重要調(diào)整,改動包括選用新的發(fā)動機和重新設計駕駛艙。作為設計更新的一部分,采用了新的飛行管理系統(tǒng)、諾斯羅普·格魯門公司慣性和GPS導航系統(tǒng)、以及羅克韋爾-柯林斯公司的其他一些電子設備。其他機載設備包括雙套甚高頻電臺、應答機,雙套伏爾/儀表著陸系統(tǒng)、測距設備及無線電羅盤、帶有綜合控制的傳感器,三臺250毫米×200毫米的彩色液晶顯示器,其中包括兩臺初級飛行顯示器和一臺多功能顯示器??蛇x裝柯林斯公司的WXR-800氣象雷達及ALT-400雷達高度表。
簡明性能數(shù)據(jù)
2002年12月6日,BA609原型機開始第一次地面試驗,2003年3月6日在美國德克薩斯州阿靈頓完成首次試飛,試飛員是羅伊·霍普金斯(Roy Hopkins)和德維恩·威廉姆斯(Dwayne Williams)。在完成14小時的直升機模式試飛之后,原型機被運到地面試驗臺上研究轉(zhuǎn)換模式的操作效果。完成地面試驗之后,2005年3月原型機恢復飛行試驗,集中于擴展飛行包線。2005 年7月22日,在空中飛行中第一次完成從直升機模式向飛機模式的轉(zhuǎn)換。
到2008年10月,在兩架原型機上總共累計試飛365小時。2009年5月15日。AW609驗證了在正常巡航飛行中兩臺發(fā)動機失效時仍能保持安全飛行。2012年2月,試飛時間達到650小時,覆蓋了AW609飛行包線的85%。
2011年,AW公司開始制造第三架原型機,到2015年2月還未完成總裝。公司準備2015年夏天開始試飛,然后將它拆卸后運往美國賓夕法尼亞州費城,準備在明尼蘇達進行防冰系統(tǒng)的試驗。第四架用于開發(fā)和試驗新型航空電子設備和控制系統(tǒng)的原型機也在制造中。
試飛中的 AW609
到2015年3月,兩架原型機已經(jīng)累計試飛1200小時,到完成取證約需要飛2000小時。試飛中最大重量達到18000磅(8165千克),速度達到543千米/時,飛行高度達9100米。
2002年,當時為飛機確定的取證時間是2007年。到2007年,取證時間推遲為2011年。2012年8月,預計2016年初獲得美國聯(lián)邦航空局(FAA)和歐洲航空安全局(EASA)頒發(fā)的適航證?,F(xiàn)在,公司又預計2017年獲得FAA的適航證。據(jù)透露,多次推遲取證時間(長達10年)的原因是給美國聯(lián)邦航空局(FAA)的錢不夠,也由于V-22使用初期的困擾,而AW公司則想花些時間進一步提高性能和降低成本。
2012年,F(xiàn)AA表示,AW609的取證要滿足直升機和固定翼飛機兩套標準,此外還要開發(fā)一套涵蓋兩種模式之間轉(zhuǎn)換階段的新規(guī)范。在217項飛行員培訓任務中,有10項是專門針對傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的。FAA根據(jù)為“特別類飛機”準備的21.17(b)部條款以及適用于固定翼飛機的FAR 25部、適用于直升機和新的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機特殊部件的FAR 29部條款制定出AW609《取證基礎》,成為一個稱之為“動力-升力”的新類別。2013年1月,F(xiàn)AA明確美國傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的噪聲必須符合國際民航組織(ICAO)的規(guī)定,預計AW609在10年之內(nèi)可以適用。噪聲取證的費用為58.8萬美元,和大型直升機一樣。
2014年2月,AW609進行第一次為客戶完成表演飛行,飛機和直升機兩種模式都飛了,開始進入取證飛行階段。
2014年初夏,AW609完成了由FAA監(jiān)控的自動轉(zhuǎn)換測試,在10多個小時里完成了79次從飛機模式向直升機模式的關閉電源的轉(zhuǎn)換(power-off conversions)。測試中,最低自動轉(zhuǎn)換高度為910米,系統(tǒng)能保持旋翼轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定恢復所需的最低70%以上。執(zhí)行這次測試任務的試飛員獲得了為杰出試飛員設立的“埃文·C·金奇洛獎”(Iven C. Kincheloe Award)。
據(jù)稱,AW609給FAR 25部取證帶來了很大的挑戰(zhàn),如其單發(fā)停車(OEI)和所有發(fā)動機停車(AEI)性能表就無法適用于AW609,如何判斷在這些情況下是否能夠進行自轉(zhuǎn)下滑也是一個問題。此外,試飛員還需要檢查其渦環(huán)狀態(tài)(VRS)改出操作是否可靠。
VRS是V-22項目中的一個影響很大的問題,因此所有人都擔心它也會在AW609上發(fā)生。AW公司的工程師們在AW609上安裝了一個激光/光線大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)用于測量空氣中微粒的移動速度,并使用多普勒頻移在高空測量空速。試驗結(jié)果表明,對于AW609來說,VRS不是一個嚴重的威脅,因為在試驗中兩邊旋翼不會同時進入VRS,而一旦一邊旋翼進入,飛機將因為升力不平衡發(fā)生滾轉(zhuǎn),自動地使其改出渦環(huán)狀態(tài)。并且,試飛員還發(fā)現(xiàn)只要將短艙傾轉(zhuǎn)到75°就能夠使飛機改出渦環(huán)狀態(tài)。
運輸類試驗對于AW609來說也是一個問題,這是由于其需要證明AW609能夠在雙發(fā)同時停轉(zhuǎn)狀態(tài)下滑翔并安全著陸。盡管自轉(zhuǎn)下滑著陸測試尚未進行,但AW公司的試飛員已經(jīng)證明了自轉(zhuǎn)下滑是能夠安全進行的。
計劃進行過程中,為應對市場需求,常常提出一些新的要求,也是導致取證時間推遲的原因。例如,2012年7月在英國范堡羅航展上,AW公司宣布將推出一款重量達7900千克的AW609的增重型,它將以犧牲一部分垂直起飛能力換取提高載荷能力。AW官員認為,這種短距起飛和垂直著陸(STOVL)型號對搜索救援和海上客戶更有吸引力。據(jù)公司負責市場的高級副總裁羅伯特·嘎拉瓦李阿說,意大利政府有意購買一批AW609用于海岸巡邏,但是由于與貝爾公司有協(xié)議在先,這些飛機不能有武器裝備。
又如,2013年6月,AW公司宣布,作為重大現(xiàn)代化計劃的一部分的設計修改將使AW609取證推遲一年。設計修改主要涉及氣動力改進,以便把阻力減小10%、大大減輕總重,從而提高AW609的性能和能力;此外,在飛機的發(fā)動機和航空電子設備方面也有一些改動。2015年,AW公司宣布,將開發(fā)一種外部油箱,將能帶6名乘客飛行超過3小時,航程超過1500千米。
2015年,布里斯托直升機公司和AW公司達成協(xié)議,為AW-609開發(fā)一種專用的“近海石油和天然氣運輸及搜索救援型”。布里斯托集團和AW公司直升機展會上簽署合作發(fā)展協(xié)議,布里斯托集團可以獨家對用于近海油氣開發(fā)等任務的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機直接提出要求。這些要求的潛在影響可能超出AW609,甚至是AW公司正在考慮的本世紀20年代初會服役的新一代傾轉(zhuǎn)旋翼。采用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機可以實現(xiàn)點對點的作業(yè),把石油公司的人員從較大的居民區(qū)更加安全地空運到采油平臺上。業(yè)界媒體把兩家的協(xié)議看作是“使得傾轉(zhuǎn)旋翼技術從過去只被軍方看好到進入民用領域的一個機會”。
AW609民用傾轉(zhuǎn)旋翼機計劃目前正在按部就班推進中:全部4架原型機中,1號和2號機已經(jīng)累計試飛1200小時、地面試驗300小時;3號機目前正在意大利裝配,預計9月試飛,10月運到美國去參加在那里的進行的試飛計劃;4號機的機翼和機身今年夏天正式進入AW公司設在美國賓夕法尼亞州費城的裝配工廠。預計100人的新辦公室工作人員也已準備就緒。公司預計2017年取得認證,2018年開始向用戶交付。AW公司將于今年晚些時候公布AW609的售價。據(jù)稱,AW609為6~9座、速度達508千米/時,標準航程1390千米(750海里),帶副油箱能達到2037千米(1100海里),短距滑跑起飛時最大起飛總重超過7910千克(17500磅)。
傾轉(zhuǎn)旋翼飛機道路漫長
民用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機 AW609
試飛中的AW609
從前面看V-280樣機
目前,公司正在全力加強各個職能部門的工作。7月底,從AW公司設在得克薩斯州阿靈頓的AW609研發(fā)中心抽調(diào)了一批人,從意大利和英國也抽調(diào)了人員,各個崗位都在招募新人,包括采購、制造工程質(zhì)量管理、用戶支援和培訓部門。
1號機從2003年開始試飛以來,目前已經(jīng)進入取證試飛階段,包括氣動彈性穩(wěn)定性評價和為美國聯(lián)邦航空局(FAA)收集取證資料。參與AW 609計劃的FAA團隊也在加緊處理數(shù)據(jù)。
2號機將留在意大利,繼續(xù)用于新安裝設備的發(fā)展工作,如驗證一種新的靜壓系統(tǒng)、進行營銷飛行(包括7月份在英國約維爾開展的AW公司百周年慶典活動和英國皇家海軍飛行表演)。該機目前用作AW公司與采油服務商布里斯托集團共同為能源市場開發(fā)一種AW609專用型號的合作平臺,該機可能改裝更大的35英寸(約0.89米)寬的雙扇弧形門。AW公司降低了座艙地板,把頭頂高度增加到60英寸(約合1.52米)。
AW和布里斯托集團在2015年直升機展會(Heli-Expo)上就AW609簽署了一份廣泛的諒解備忘錄,涉及一項多年、價值數(shù)百萬美元的生意。布里斯托集團CEO喬納森·巴立夫承諾將訂購數(shù)量可觀的AW609,數(shù)量將達“兩位數(shù)”,機隊規(guī)模將和公司的西科斯基公司S-76一樣大。AW609目前的訂單數(shù)為70架。
3號機裝有全套載荷測試設備,在螺槳-旋翼、機翼、進氣道和風擋上都有新的結(jié)冰系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由不同供應商提供的多種技術的綜合體,包括Zodiac公司提供的在機翼和發(fā)動機進氣道上裝有新型調(diào)節(jié)閥門的氣動除冰靴;由Selex公司提供的裝在貝爾公司螺槳-旋翼上的用于電除冰的結(jié)冰控制器和配電器;聯(lián)合技術航空航天系統(tǒng)公司提供的結(jié)冰傳感器。旋翼葉片上的電氣系統(tǒng)包括為葉片的不同部分工作的多個系統(tǒng),有實施破損安全操作的一級和二級電力分配器。整個除冰系統(tǒng)由飛機管理計算機控制。
3號機將裝加拿大普惠公司(P&WC)被譽為“典型產(chǎn)品”的PT6-67A發(fā)動機,能使運作速度提高2%。AW公司將在11月得到P&WC公司提供的生產(chǎn)型發(fā)動機。3號機將裝新的功率和起動發(fā)電機和新的電氣硬件和組件。
4號機預計2016年年中試飛,屆時將采用生產(chǎn)型的內(nèi)部裝飾,它將用于驗證為AW609開發(fā)的各種設備,包括前視紅外(Flir)和卷揚機,它們都需要與電氣系統(tǒng)相匹配,還要安裝各種生產(chǎn)型飛機上采用的系統(tǒng),如Pro Line Fusion航空電子設備。
AW609的大部分供應商都已經(jīng)選定了,包括很早以前選定的發(fā)動機供應商P&WC 和Pro Line Fusion 航空電子系統(tǒng)的供應商羅克韋爾-柯林斯公司,以及最近新選定的環(huán)境控制系統(tǒng)和起落架供應商,但還有一些部件供應商(如機艙座椅)尚未最后選定。據(jù)計劃主任斯科特說,座椅必須滿足為直升機座椅規(guī)定的較高的載荷,還要考慮價格因素。目前正在與布里斯托集團合作,首先開發(fā)適合近海能源產(chǎn)業(yè)用的座艙,同時兼顧公務型和私人型的座艙的開發(fā),內(nèi)部團隊正在評估機上 Wi-Fi等設施的必要性。斯科特說,在公司內(nèi)部已經(jīng)與市場和銷售部門進行過很多討論。
AW公司與意大利米蘭的一家室內(nèi)設計雜志還在組織AW609商務座艙設計競賽,參與競標的來自很多國家,包括美國的Jozeph Forakis、日本的Setsu和Shinobu Ito、巴西的Ricardo Bello Dias、意大利的Delineo-Giampaolo Allocco和Matteo De Pretis以及法國的Marc Poulain 等公司,它們有些原來不是從事航空航天業(yè)的。AW公司認為,競爭將有助于創(chuàng)造出“超越通常的室內(nèi)設計工作者和時裝設計室”的新理念,競爭獲勝者將在9月份公布。
至于對AW609最終生產(chǎn)地點的安排,也多次變動。2013年,AW公司考慮把AW609總裝線放在美國,因為傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的客戶35%來自美國市場。后來有消息說,主要生產(chǎn)點在意大利,在美國建設第二條生產(chǎn)線的想法仍在考慮之中。2015年,AW公司才明確宣布,AW609將在美國費城工廠生產(chǎn),那里也生產(chǎn)AW139、AW119KXe和AW169。2017年在費城開始組裝AW609,每年2~3架,待生產(chǎn)成熟了,可以考慮在意大利建設第二條生產(chǎn)線。
當2011年貝爾直升機公司把它在BA609計劃中的股份一股腦賣給合作伙伴AW公司時,業(yè)界分析人士曾經(jīng)認為,它已經(jīng)退出這個有利可圖的市場。但情況似乎并非如此,2013年4月貝爾公司在美國陸軍航空協(xié)會在德州沃爾斯堡舉行的年會上披露,將利用在開發(fā)V-22“魚鷹”中獲取的經(jīng)驗為美國陸軍開發(fā)第三代傾轉(zhuǎn)旋翼直升機 ——貝爾280“勇氣”。
“零點計劃”的飛行效果圖
“零點計劃”的兩個旋翼最大能轉(zhuǎn)動90度
隨著V-280計劃的披露,貝爾直升機公司重新進入民用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機領域。V-280是參與競爭美國陸軍的“聯(lián)合多功能技術驗證機”(JMR-TD)的飛機,將用于取代UH-60“黑鷹”以及AH-64“阿帕奇”,新型飛機的速度將達到傳統(tǒng)設計直升機的兩倍。V-280原型機預計2017年首次試飛。
貝爾直升機公司明確表示,它將打算開發(fā)一種V-280的民用型號。公司負責未來垂直升力計劃的業(yè)務發(fā)展主任克里斯·蓋勒表示,“我們也在考慮商業(yè)方面的事。所有人都能從V-280傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的速度和航程中受益,V-280這樣的飛行器尤其適用于遠程海上開采和搜索-救援等任務”。
V-280是為載11人設計的,能以最大速度518千米/時飛行1480千米。飛機采用全復合材料制造,與正在研制中的貝爾525超中級雙發(fā)直升機分享許多系統(tǒng)架構,如電傳操縱系統(tǒng)和某些設計式樣。
作為新的、第三代傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(第一代系指具有技術驗證性質(zhì)的XV-3和XV-15,V-22被視為第二代),V-280最明顯的改變是發(fā)動機配置,發(fā)動機艙將由傾轉(zhuǎn)變?yōu)樗焦潭ǎ簿褪钦fV-280的發(fā)動機是不傾轉(zhuǎn)的,而是齒輪箱可以讓螺槳-旋翼轉(zhuǎn)動。蓋勒說,“我們開發(fā)出一個新的傳動塊和一個90°的齒輪箱,能使發(fā)動機保持在固定位置”。根據(jù)貝爾公司的說法,這種設計可以改善直升機在戰(zhàn)區(qū)著陸時炮手的火力可射擊范圍,還可以幫助降低開發(fā)風險,減少發(fā)動機在不同角度工作的認證需求。
V-280上的許多技術盡管都是基于V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機,但都進行了大幅的升級和改進。V-280在低速靈活性、高速大過載機動性能、燃油效率等各方面都大大優(yōu)于V-22,并且能飛更遠的航程。當然,這些都需要經(jīng)過實際驗證。此外,貝爾直升機公司希望通過為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。
貝爾直升機公司不愧是研究傾轉(zhuǎn)旋翼飛機的老手,積累了豐富的經(jīng)驗,擁有深厚的技術積淀。除了參與軍方計劃的競標,還推出兩項創(chuàng)新的計劃。
2011年6月,AW公司在意大利試飛過用半年時間設計和制造出來的一種電動傾轉(zhuǎn)旋翼飛機——“零點計劃”的無人駕駛技術驗證機。和其他傾轉(zhuǎn)旋翼飛機一樣,該機的兩個旋翼可以傾轉(zhuǎn)90°,使其能像直升機一樣垂直起飛、著陸或懸停,同時也能以固定翼飛機一樣的速度和效率向前飛行。每個旋翼由自己的、靠充電電池提供動力的電機驅(qū)動。當停在地面上時,旋翼對著迎面吹來的風可以傾轉(zhuǎn)一個角度,為電池充電。
該機的控制系統(tǒng)、飛行控制裝置和起落架著動器也都是全電動的,因此不需要液壓系統(tǒng),也不需要傳動裝置。
飛機整個外表面都采用碳石墨材料,以最大限度提高強度和減輕重量。巡航飛行時,機翼提供大部分升力,而升降副翼(組合的升降舵和副翼)控制俯仰和滾轉(zhuǎn),V形尾翼增加縱向安定性。
2014年,AW公司還推出一項較大的“下一代民用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機”(nextgeneration civil tiltrotor,簡稱NGCTR),預計2020年試飛。
這項計劃的目標明確指向為深水海上能源市場服務的飛機。盡管目前還處于設計階段,初步計劃要求是一種座艙增壓的飛機,最大起飛總重11噸、能帶19~22名乘客、升限7600米、航程925千米、最大速度610千米/時。作為納入歐盟“清潔天空-2”計劃的項目,該機還需要達到減少污染排放17%、降低噪聲20%的目標。
展出的V-280模型
阿古斯塔·韋斯特蘭公司準備在2020年試飛其下一代民用傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(NGCTR)
V-22“魚鷹”飛機是由美國貝爾直升機公司和波音直升機公司共同研制的,其是按照美國空、海、陸軍及海軍陸戰(zhàn)隊4個軍種的作戰(zhàn)使用要求而設計的
在美軍服役的V-22
V-22的用途廣泛,據(jù)稱可滿足32種任務的需求,并能賦予戰(zhàn)場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。V-22出動時所需的支援較少,且不需要機場和跑道,加之維修簡單,生存力強,因而特別適于進行特種作戰(zhàn)和緝毒行動
公司發(fā)布的效果圖顯示,飛機的機身與噴氣式公務機機身相似,加上機翼和帶機動小翼的水平安定面。設計與計劃于2017年取證的較小的AW609、已經(jīng)在美軍服役的V-22和新近推出的參與美國陸軍“聯(lián)合多功能技術驗證機(JMR-TD)”競爭的V-280“勇氣”都不一樣。
“魚鷹”自從投入作戰(zhàn)行動以來,執(zhí)行了一系列充分展示其多用途能力的任務