蔡汝鴻

在過去幾十年的作戰(zhàn)行動中，美軍雖已證明了直升機的價值，但卻是花費了高昂的代價，以重大的作戰(zhàn)損失取得的。在“伊拉克自由行動”和“持久自由行動”后，美國防部發(fā)現(xiàn)美國陸軍直升機機群消耗嚴重。在作戰(zhàn)期間，直升機的飛行時間常常是和平時期的5倍之多。由于作戰(zhàn)環(huán)境極端惡劣和作戰(zhàn)地域?qū)掗?，美國陸軍不得不使用昂貴的CH-47直升機來執(zhí)行UH-60的支援任務，并增加醫(yī)療后送直升機的數(shù)量，以便達到美國防部長1小時內(nèi)完成傷病員緊急后送命令的要求。另外，現(xiàn)代戰(zhàn)爭節(jié)奏的大大加快也使得直升機機群損耗比預計的要快。由于在作戰(zhàn)期間直升機加速老化和暴露出的性能缺陷，美國防部制定了“未來垂直起落飛機”（FVL）計劃，以文件的形式表述了更換部隊直升機機群所需的垂直起落飛機的關鍵性，以向聯(lián)合部隊提供必要的垂直起落飛機。

項目概述

2009年，美國防部長領導制定的FVL計劃是要集中力量提升垂直起落飛機的能力、技術研制力量以及保持長期的工程能力。2010年，美國國會對垂直起落飛機的未來計劃產(chǎn)生了興趣，進行了垂直起落飛機“聯(lián)合能力基礎評估”（CBA）。這項工作在2012年取得了結(jié)果，即產(chǎn)生了由美國防部副部長簽字的關于美國防部垂直起落飛機的FVL戰(zhàn)略計劃。該計劃為在今后50多年中更換美國防部6100架老舊直升機提供了必要的基礎。

V-280向山頂突擊運兵

FVL計劃有4個主要目的：向多軍種提供性能有極大提高的垂直起落飛機;使美國防部內(nèi)可用資源效果最大化，以保證及時部署必要的作戰(zhàn)力量;驗證關鍵的最新技術;保證儲備和不斷發(fā)展壯大政府和工業(yè)部門的裝備科學與技術制造者隊伍，同時保持與所有利益相關者不間斷的工作協(xié)調(diào)。

在FVL計劃下，美軍將研制4種不同尺寸的垂直起落飛機。它們將使用共同的硬件，如傳感器、航空電子設備、發(fā)動機和電子對抗設備。FVL計劃意味著將研制替代美陸軍UH-60“黑鷹”、AH-64“阿帕奇”、CH-47“支奴干”和OH-58“基爾瓦”直升機的垂直起落飛機。

FVL“聯(lián)合能力基礎評估”確認了在美軍直升機中必須克服的55項不同的性能缺陷，要求大大增加航程、速度、有效載荷、生存性、可靠性和減少后勤支援工作量，這些只有通過研制新飛機的FVL方法才能達到。美國直升機制造者一直在改進和提升現(xiàn)有直升機的等級，但沒有研發(fā)全新的獨創(chuàng)型號。FVL新飛機將以適當協(xié)調(diào)折中，整合先進技術和設計構型，以保證軍費負擔得起。在以FVL戰(zhàn)略為基礎做出決定之前，計劃將通過前期研究與發(fā)展工作以及政府與工業(yè)部門的投資來減小風險。

FVL計劃以美陸軍“聯(lián)合多用途技術驗證機”（JMR TD）項目為先導實施，擬通過該項目了解更多的技術知識并為實現(xiàn)預期的FVL計劃減少風險。預計JMR TD在2017財政年度飛行2架驗證機以驗證所采用的技術。FVL將最大限度地使用共同技術和部件，以減少訓練、后勤支援和采購費用。FVL還將利用“聯(lián)合共同結(jié)構”以及即插即用組件式任務設備，以減少與改進、新技術導入和部隊專用型別有關的時間和費用。

波音-西科斯基團隊提出的SB-1“挑戰(zhàn)”

雖然FVL計劃對飛機設計要求還在精確細化之中，但對新飛機設想的方案要求是：速度達430千米/時、運載12名士兵、能在1800米高空和35℃高溫條件下飛行、作戰(zhàn)半徑為424千米、中途不加油航程為848千米。執(zhí)行的任務有：貨運、通用、武裝偵察、攻擊、人道主義援助、醫(yī)療后運、反潛、反水面艦艇、陸/海搜索與救援、垂直補給、空中掃雷等等。FVL系列飛機要求具有有人駕駛或自主飛行能力。

JMR競爭的產(chǎn)物

2013年6月5日，美國貝爾直升機公司宣布該公司的第3代傾轉(zhuǎn)旋翼機V-280“英勇”（Valor）設計方案已被美陸軍選中參與JMR TD項目競爭。美陸軍把這種方案看作是第1類提案。這意味著它是一個與上述項目目標有關的構思優(yōu)良、科學技術基礎可靠的提案，可以滿足美陸軍的任務要求。

2013年9月9日，貝爾直升機公司宣布與洛克希德·馬丁公司組隊研制V-280。洛克希德公司負責提供航空電子設備、傳感器和武器，并把它們集成到機體中去。穆格公司提供飛行控制系統(tǒng)，通用電氣公司提供發(fā)動機，吉凱恩集團設計制造尾部結(jié)構，勢必銳航空系統(tǒng)公司設計制造復合材料機身。以色列航宇工業(yè)公司是V-280項目的首個國際合作伙伴，提供發(fā)動機短艙。

2013年10月2日，美陸軍在JMR項目下授予貝爾直升機公司V-280“英勇”傾轉(zhuǎn)旋翼機一項技術投資合同（TIA），同時授予該項合同的有AVX飛機公司、卡萊姆飛機公司和西科斯基-波音競爭團隊。TIA要求這4個競爭團隊用9個月時間完成其旋翼機的初步設計，美陸軍將對初步設計進行評定并授權制造2架競爭驗證機，于2017年試飛。4個競爭團隊都得到了美陸軍給予該項目第1階段的研制經(jīng)費650萬美元，不過貝爾直升機公司自己還投入了數(shù)目不詳?shù)慕?jīng)費。2013年10月21日，貝爾直升機公司在美陸軍協(xié)會會議上展示了V-280“英勇”的全尺寸實體模型。

V-22的美國海軍陸戰(zhàn)隊型號MV-22

2014年8月11日，美陸軍通知貝爾-洛克希德競爭團隊，V-280“英勇”已被選中繼續(xù)進行JMR驗證項目，波音-西科斯基團隊提出的SB-1“挑戰(zhàn)”（Defiant）也被選中。2014年10月3日正式發(fā)布了公告，上述2個競爭團隊將開始制造技術驗證機以用于2017年開始的飛行試驗。V-280主要用于運輸步兵班，其低速靈活性很像直升機，具有空前高的俯仰、橫滾和偏航響應。該機外形尺寸與目前的中型直升機差不多，但是速度和航程卻是它們的兩倍。貝爾直升機公司為V-280所定的航程目標是能在像太平洋這樣廣闊的區(qū)域上空飛行。該機不需要前線裝彈與加油點，有一個國家（如阿富汗）中部的前進作戰(zhàn)基地就能覆蓋整個國家。V-280還是一種自部署平臺，其戰(zhàn)略自部署航程達3889千米。

與V-22“魚鷹”的不同

貝爾直升機公司的新一代V-280“英勇”傾轉(zhuǎn)旋翼機是在V-22“魚鷹”的基礎上研制的，其外形與V-22十分相像。但它不是V-22的簡單改進升級，而是該公司在幾十年傾轉(zhuǎn)旋翼機研制經(jīng)驗基礎上進行全新設計的成果。它比V-22小很多，只能運載11～14名士兵，而V-22能運載24名。V-280的巡航速度為280海里/時（520千米/時），因此命名為V-280，比V-22快60千米/時。其最大速度560千米/時，有效作戰(zhàn)航程為930～1480千米，預計最大起飛重量約13608千克，能在35℃的高溫和1829米的高度上飛行。

V-280在其他方面與V-22也有很大的差別。首先，V-280的2臺發(fā)動機以水平姿態(tài)固定在兩機翼翼尖，而V-22的2臺發(fā)動機是和旋翼螺槳一起可傾轉(zhuǎn)地安裝在機翼翼尖的發(fā)動機短艙內(nèi)。因此，士兵能通過V-280的機艙側(cè)門進出飛機，而不是像V-22那樣從機艙后跳板門進出。

V-280旋翼螺槳的直徑為10.7米，這與V-22的11.6米差不了多少。但是，V-280最大滑跑起飛重量為17200千克，比V-22的23600千克小很多。因此，V-280的槳盤載荷（槳盤單位面積上的拉力）約是V-22的2/3。V-280的機翼是水平直線的，其展弦比大于V-22，而V-22的機翼有前掠角并有上反角。

V-280起落架采用后三點可收放式布局，即兩主起落架在前，一對小機輪的尾起落架在尾部;而V-22的起落架是前三點式的，兩對主機輪在后機艙下，一對前機輪在機頭下。另外，V-280采用向上的V形尾翼，V-22是H形尾翼。

貝爾直升機公司負責先進傾轉(zhuǎn)旋翼機系統(tǒng)的副董事長兼V-280設計團隊領導文斯·托賓（Vince Tobin）說，與V-22比較，V-280的主要設計變化來自兩方面的要求：一是來自V-22研制與使用經(jīng)驗和幾十年來的技術進步，二是來自美陸軍JMR項目的要求。

V-22是在上世紀80年代初由貝爾直升機公司與波音飛機公司聯(lián)合設計制造的，于2007年投入使用。早在上世紀40年代末期，貝爾直升機公司就開始了對傾轉(zhuǎn)旋翼機技術進行研究，并于上世紀50年代研制出XV-3傾轉(zhuǎn)旋翼機，該機采用活塞式發(fā)動機。70年代，貝爾公司參與美國航空航天局和陸軍開展的全新的以渦輪軸發(fā)動機驅(qū)動的傾轉(zhuǎn)旋翼機計劃，研制出兩架XV-15技術驗證機，并成功進行了飛行測試。而XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機便是V-22“魚鷹”的雛形。V-22是世界上第一種投入生產(chǎn)的傾轉(zhuǎn)旋翼機。美海軍陸戰(zhàn)隊使用V-22已有8年之久，美空軍特種作戰(zhàn)司令部已使用了6年，取得了豐富的作戰(zhàn)使用和維護經(jīng)驗。

下面具體介紹V-280與V-22差別的設計考慮和優(yōu)勢。

不傾轉(zhuǎn)的固定發(fā)動機 在V-22以直升機方式垂直降落后，其飛行員必須記住要時不時地斷續(xù)改變發(fā)動機短艙朝向，以防止發(fā)動機熱排氣燒傷艦船甲板或引起草地火災。在V-22作戰(zhàn)使用的最初幾年里，發(fā)動機熱排氣引起的草地火災至少造成3架V-22損壞。就因為這個原因，美國海軍被迫對所有計劃裝備“魚鷹”的兩棲攻擊艦的飛行甲板進行特別加固，在沒有加固前則使用特制防熱毯保護。這對野戰(zhàn)機場高強度反復出動是一個很大的限制。而且，發(fā)動機熱排氣會使得沙石樹枝雜物高速飛揚，容易造成人員傷害。“魚鷹”在紐約公眾演示時，就出現(xiàn)過樹枝沙石雜物飛揚傷人的問題。

還有一個問題是，V-22在起飛與著陸時發(fā)動機向上傾轉(zhuǎn)會吸入大量的灰塵、泥沙與雜物，這既會降低發(fā)動機壽命又會造成發(fā)動機損壞。另外，V-22發(fā)動機短艙在向上轉(zhuǎn)動時由于其空氣顆粒分離器的液壓油滴入發(fā)動機中，也容易引起發(fā)動機自身著火。

對絕大多數(shù)的肩扛式紅外制導地空導彈來說，V-22兩臺發(fā)動機艙的排氣口如同絕佳的靶子。雖然理論上旋翼螺槳的下洗氣流可以冷卻燃氣熱量，但是對于新一代肩扛式導彈來說，發(fā)動機艙仍是非常明顯的熱源信號，而且偏偏因為結(jié)構限制，V-22機組也很難通過調(diào)整飛行動作來遮蔽排氣口。

相比之下，V-280的發(fā)動機艙因為不隨旋翼螺槳角度調(diào)整，就算在直升機飛行模式下，發(fā)動機艙的排氣也不是直接朝下。這樣，發(fā)動機的燃氣能夠迅速被旋翼螺槳下洗氣流打散冷卻，減少了熱源信號特征，大幅降低發(fā)動機艙遭到肩扛式導彈直接鎖定命中的可能性，避免了上述問題。

其實，貝爾直升機公司把V-280發(fā)動機采用固定位置設計，最初并不是為了避免上述這些問題，而是考慮到美陸軍進出機艙的習慣。美陸軍從1965年起就習慣于從中型直升機的機艙側(cè)門進出。貝爾直升機公司在顧問們的幫助下對此進行了評估，認為美陸軍可能還想這樣進出飛機。而V-22在以直升機方式起飛與著陸時發(fā)動機短艙傾轉(zhuǎn)處于向上位置，短艙離地只有0.3～0.6米，士兵不可能從機艙側(cè)門進出，因為發(fā)動機短艙堵住了進出機艙的路徑。為了解決這個問題，貝爾公司不得不提出固定發(fā)動機而只傾轉(zhuǎn)旋翼螺槳的方法。

將發(fā)動機固定在一個位置上對于貝爾直升機公司的工程師來說是一個挑戰(zhàn)。最初，有些工程師反對這樣做，因為V-22旋翼螺槳減速器和傾轉(zhuǎn)軸減速器之間的連接必須要用完全不同的組件來代替。另外，在V-280機翼之下設置機艙側(cè)門也不容易，因為側(cè)艙門會降低機翼下機身的強度，那兒卻正是需要高強度的地方。但是，發(fā)動機固定不傾轉(zhuǎn)帶來的好處是，在機翼下有2.4米高的凈空讓士兵無阻礙地從1.8米寬的兩側(cè)艙門進出，并有良好的射擊范圍，大大減少V-22傾轉(zhuǎn)發(fā)動機所引起的危險。

V-280的JMR驗證機將采用西科斯基CH-53E直升機所用的通用電氣公司T64-GE-419發(fā)動機。該發(fā)動機固定在機翼翼尖發(fā)動機短艙中，旋翼螺槳朝上傾轉(zhuǎn)時，發(fā)動機短艙前上部原旋翼螺槳槳轂的位置上留下了一個槳轂承窩缺口。由于V-280在做直升機方式起飛降落時才出現(xiàn)這個缺口，所以造成的阻力不大。不過，貝爾直升機公司的工程師們試圖蓋住這個缺口以防沙塵進入發(fā)動機短艙。公司高層認為這是難以解決而又難以避免的問題，決定讓缺口留在那兒，認為這沒有什么風險。缺口周圍的氣流會防止它吸入過多的沙塵。人們經(jīng)過V-280發(fā)動機短艙附近進入飛機時肯定會發(fā)現(xiàn)，那里的旋翼下洗流很小。發(fā)動機短艙附近的氣流速度比旋翼螺槳外側(cè)氣流速度小很多，因為旋翼螺槳下洗流的速度是旋翼半徑的函數(shù)。在旋翼螺槳內(nèi)側(cè)，其下洗流速度就變小。

小直徑旋翼螺槳和平直機翼 V-280所用旋翼螺槳的直徑與V-22的差不多，但是飛機重量只有后者的一半。這項要求是由使用部隊提出的，而不是來自V-22的經(jīng)驗教訓。

V-22的主要用戶是美海軍陸戰(zhàn)隊。美海軍陸戰(zhàn)隊要求V-22的機艙與CH-46“海上騎士”運兵直升機的機艙一樣大以便運輸24名全副武裝的士兵，并要求飛機能由“塔拉瓦”級兩棲攻擊艦搭載，在其上能起飛降落。具體包括，V-22在該型艦上滑行經(jīng)過其上層建筑時旋翼螺槳相距上層建筑的距離不得小于3.9米，外側(cè)機輪的輪胎距離甲板邊緣至少1.5米。按照要求，V-22的旋翼螺槳直徑不能超過12米，比理想所需的直徑約小1.5米。這種情況使得V-22槳盤載荷很高，旋翼螺槳的下洗流十分強烈，簡直像臺風一樣。V-280采用與V-22幾乎同樣大小的旋翼螺槳，槳盤載荷約為73～78千克/米2，比V-22的槳盤載荷約少1/3，因此下洗流速度至少低20%。這意味著V-280在快速下降時不易出現(xiàn)損失升力引起嚴重事故的渦環(huán)狀態(tài)。

V-280與V-22的另一個明顯不同在于前者采用水平無掠角的平直機翼，與后者上反角的前掠機翼比較有很大的好處。首先，平直機翼可以有較大的展弦比，提高了機翼的升阻比和氣動效率。另外，平直機翼又能大大簡化旋翼螺槳與傳動軸的連接，易于它們協(xié)調(diào)工作;在一臺發(fā)動機失效時兩副旋翼螺槳還能同時旋轉(zhuǎn)，又不需要像V-22那樣的機翼中間減速器，該減速器使V-22重量增加132千克而且制造成本增加。

V-22采用前掠式機翼是基于對傾轉(zhuǎn)旋翼機復雜空氣動力學的謹慎考慮。當時，貝爾公司的工程師們完全沒有把握確信了解在飛機前飛時旋翼螺槳的揮舞情況。為了保險起見，他們把機翼設計成前掠式，以保證槳葉在飛機內(nèi)側(cè)位置向后揮舞時不會撞擊到機翼。

采用平直機翼是貝爾直升機公司的工程師們努力降低V-280成本和復雜性的一個明顯例子。V-22的昂貴成本和高復雜性一直飽受批評，也是V-22擁躉們的心痛之處。采用上反角前掠式機翼時會引起結(jié)構復雜化，設計人員必須在兩旋翼螺槳之間采用適應的傳動軸來連接它們。而平直機翼則沒有這方面的問題，可以大大簡化制造工藝。

與V-22比較，V-280特別強調(diào)減少飛機重量，在機翼、機身和尾翼上廣泛采用復合材料。機翼蒙皮和翼肋采用蜂窩增強夾層結(jié)構，強度大、重量輕，蒙皮和翼肋是粘結(jié)在一起的，不用緊固件。由于采取了這些措施，與成比例的V-22機翼比較，V-280成本減少了30%。

后三點式起落架和V形尾翼 V-280改用可收放后三點式起落架布局，兩副主起落架在機頭下，一副尾起落架在尾翼下，與V-22的前三點式起落架完全相反。美陸軍UH-60“黑鷹”通用運輸直升機和A-64“阿帕奇”武裝直升機采用的就是后三點式起落架。由于V-280沒有妨礙使用這種起落架的后跳板艙門，為了順從美陸軍使用習慣貝爾直升機公司決定采用后三點式起落架。

后三點式起落架布局非常適合陸軍在無準備、坡地和崎嶇地形進行的典型作戰(zhàn)，同時從安全角度考慮也是最佳的。機頭上揚著陸，特別是在下坡著陸的情況下，由于后三點式起落架能夠保護尾翼，因此安全性比前三點式高。后三點式起落架抗墜毀性能更好，因為它排除了前三點式的前起落架刺入座艙的危險，以及主起落架刺入機身油箱區(qū)域的可能性。V-22在不平整的野戰(zhàn)場地著陸時，前起落架經(jīng)常出現(xiàn)折斷等故障。因此，美海軍陸戰(zhàn)隊規(guī)定V-22在不平整的地面著陸時，前飛速度不得超過5千米/時。而采用后三點式起落架的V-280將能在這種地面上以較快的前飛速度著陸。

V-280的另一個設計改進是選用V形尾翼，而不是V-22那樣的H形尾翼。V-22之所以采用H形尾翼，是因為如果用V形尾翼將超出兩棲攻擊艦甲板機庫的高度。對于V-280，美陸軍沒有提出艦上收藏要求，于是不需要考慮V形尾翼高度的問題。V形尾翼上的兩個舵面同時向上或向下，能起升降舵的作用。如果兩個舵面一上一下，則產(chǎn)生側(cè)向力使飛機向左或向右轉(zhuǎn)彎，與方向舵所起的作用一樣。這種尾翼易于避開機翼的下洗流和旋渦，而且其面積和重量也比平常尾翼小。與H形尾翼相比，V形尾翼還緩解了與天線爭用共同位置的問題。另外，由于V-280采用了先進的電傳飛行控制系統(tǒng)，V形尾翼的使用讓設計師們有機會研制改進的操縱舵面，這能提高飛機操縱性和減少重量。

V-280的未來

勢必銳航空系統(tǒng)公司在2015年10月初已向貝爾直升機公司德克薩斯州阿馬里洛工廠交付了2架V-280驗證機中第1架的機身，目前裝配工作正在進行之中。2015年12月初，貝爾直升機公司JMR團隊已完成了機翼盒的制造，把機翼上下復合材料蒙皮粘貼在機翼盒上。這是非常重要的一步，因為機翼是復合材料膠接的，只用極少的緊固件。而且，機翼蒙皮的膠接是在室溫下壓接的而不是在高壓釜中進行的。貝爾直升機公司系統(tǒng)綜合實驗室正在整合使機上3臺計算機能互相通訊的飛行控制系統(tǒng)交叉通道數(shù)據(jù)鏈，這是V-280飛機三余度飛控系統(tǒng)結(jié)構的關鍵功能。

第1架V-280驗證機很快將完成，目前在做風洞試驗，飛行控制系統(tǒng)硬件與軟件在聯(lián)合調(diào)試，預計于2017年9月進行首飛。托賓和他的團隊確信V-280的未來前景將大大超過該機在JMR技術驗證機階段的要求。貝爾直升機公司已經(jīng)在設計V-280的美海軍和海軍陸戰(zhàn)隊用改型，將采用旋翼螺槳折疊與機翼收藏機構。雖然這些機構會增加V-280的重量和成本，但這使V-280既能在陸地上又能在比導彈驅(qū)逐艦大的戰(zhàn)艦上起飛降落。

不管是用不同型別的V-280執(zhí)行通用和攻擊任務，還是利用同一機體掛載可互換的有效載荷執(zhí)行上述兩種任務，貝爾直升機公司相信V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機都能滿足任務要求。美海軍陸戰(zhàn)隊對用一種型號飛機取代通用和攻擊兩類直升機感興趣，但負責V-280項目的美陸軍對此并不贊同，陸軍認為用不同型別飛機執(zhí)行不同任務較好。貝爾-洛克希德團隊聲稱，V-280的派生型AV-280傾轉(zhuǎn)旋翼攻擊機能向前或向后發(fā)射火箭、導彈甚至投放小型無人駕駛飛機，且不會受到旋翼螺槳的干擾，甚至在旋翼螺槳朝前的前飛巡航模式中也不會受到干擾。

2016年5月4日，美國貝爾直升機公司宣布，第3代傾轉(zhuǎn)旋翼機V-280“英勇”的機身已裝配上機翼和發(fā)動機短艙。這是V-280研制工作中的一個重要里程碑。該公司計劃在2016年11月安裝通用電氣公司T64-GE-419發(fā)動機和減速器。2017年，貝爾直升機公司V-280的研制工作將集中于機上的電傳操縱系統(tǒng)。這套系統(tǒng)目前在得州沃思堡的實驗室進行研制，閉環(huán)地面試驗臺把液壓控制翼面與控制計算機和飛行員操縱桿輸入綜合起來。2017年上半年，貝爾公司計劃開始V-280的系留飛行試驗，于2017年9月進行自由飛行試驗。

這種革命性的飛機利用了V-22機隊30萬飛行小時的實際經(jīng)驗和貝爾直升機公司在傾轉(zhuǎn)旋翼機設計研制方面幾十年的豐富經(jīng)驗。一旦該機首飛成功， FVL計劃領導者將相信貝爾直升機公司具有進入FVL飛機全尺寸工程制造與研制階段所需要的基礎。

（編輯/王路）