王 豪 ，楊昌發(fā) ，江 維

（1.海裝駐長(zhǎng)沙地區(qū)軍事代表室，湖南 株洲，412000；2.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

為了探尋一種既具備直升機(jī)垂直起降，又具備固定翼飛機(jī)高速飛行能力的飛行器，在20世紀(jì)50年代，國(guó)外主要研究探索了復(fù)合式旋翼、共軸式旋翼、傾轉(zhuǎn)類等高速直升機(jī)。1980年美軍“鷹爪行動(dòng)”的兵力投放與戰(zhàn)場(chǎng)營(yíng)救行動(dòng)中，直接暴露了直升機(jī)平臺(tái)速度低、航程短，根本不適合執(zhí)行深入陸地縱深的兵力投放任務(wù)，該教訓(xùn)直接催化美國(guó)國(guó)防部提出JVX計(jì)劃(多用途垂直起降飛機(jī)研制計(jì)劃)，加速了傾轉(zhuǎn)類飛行器的發(fā)展研究。

傾轉(zhuǎn)類飛行器主要包括傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器、傾轉(zhuǎn)涵道飛行器以及傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器共三大類。傾轉(zhuǎn)類飛行器是一種性能獨(dú)特的飛行器，通過機(jī)身兩側(cè)可在水平位置與垂直位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)的傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)組件，實(shí)現(xiàn)傾轉(zhuǎn)旋翼、涵道或是機(jī)翼動(dòng)力的水平和垂直輸出方向[1]。當(dāng)在起降時(shí)，可在空中懸停、前后飛行和側(cè)飛；在起飛達(dá)到一定速度后，旋翼軸可向前傾轉(zhuǎn)90°，呈水平狀態(tài)，并且能像固定翼飛機(jī)那樣以較高的速度作遠(yuǎn)程飛行。傾轉(zhuǎn)類飛行器融合了直升機(jī)與固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，即可垂直起降、空中懸停，又可高速巡航飛行，具有較高的軍事實(shí)用價(jià)值。

1 發(fā)展歷程

傾轉(zhuǎn)類飛行器的發(fā)展主要有三條主線。傾轉(zhuǎn)旋翼類飛行器經(jīng)歷了漫長(zhǎng)曲折的發(fā)展過程，在過去半個(gè)多世紀(jì)，共研發(fā)了XV-3、XC-124A、“伏托爾”76等40多種不同的型號(hào)，但多數(shù)以失敗而告終[2]。只有美國(guó)貝爾直升機(jī)公司成功研制出了XV-3，XV-15，并在XV-15的基礎(chǔ)上成功研制出軍用型MV-22“魚鷹”、V-280及民用型AW-609傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)（見圖1）。經(jīng)過漫長(zhǎng)的探索研究之后，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)終于真正投入了實(shí)際應(yīng)用。傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的研制成功,不僅證明了傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)概念的可行性，而且也顯示了這一新型飛行器軍民用的廣闊前景。當(dāng)需要垂直起降性能時(shí),傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)可以替代直升機(jī),實(shí)現(xiàn)垂直飛行。長(zhǎng)距離飛行時(shí),速度將變得非常重要,傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)顯得異常優(yōu)越。傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)未來將得到更廣泛的應(yīng)用,包括緊急醫(yī)療救護(hù)、野外搜救,以及在有限面積上(如屋頂和海上石油平臺(tái))的運(yùn)輸?shù)取?/p>

圖1 傾轉(zhuǎn)旋翼類飛行器

圖2 傾轉(zhuǎn)涵道類飛行器

傾轉(zhuǎn)涵道類飛行器的發(fā)展共經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是20世紀(jì)50年代的初步探索階段，主要是由院校及設(shè)計(jì)研究院開展了涵道設(shè)計(jì)技術(shù)，包括槳葉與涵道的匹配性等相關(guān)理論研究，飛行器主要局限于單涵道飛行器技術(shù)研究。第二階段是20世紀(jì)60年代至80年代的飛行器技術(shù)研究階段，法國(guó)的Nord500涵道旋翼飛行器及美國(guó)海軍的X-22A等均開展了驗(yàn)證飛行，解決了復(fù)合升力飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)、傾轉(zhuǎn)涵道設(shè)計(jì)技術(shù)、傾轉(zhuǎn)涵道轉(zhuǎn)換技術(shù)、傾轉(zhuǎn)涵道飛行器控制技術(shù)[4]。第三階段是21世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展期，出現(xiàn)多種傾轉(zhuǎn)涵道型式，涵道個(gè)數(shù)采用多種類型，如雙涵道傾轉(zhuǎn)、三涵道傾轉(zhuǎn)、四涵道傾轉(zhuǎn)等，涵道與固定翼多種組合方式，如固定翼布局與傾轉(zhuǎn)涵道組合，飛翼布局與傾轉(zhuǎn)涵道組合，涵道安放位置多種形式，如在機(jī)翼內(nèi)部，機(jī)翼梢部等。此階段控制技術(shù)更成熟，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量更輕，空機(jī)重量占比更小，主要有美國(guó)的Tyrannos AT-TV、Moller M400 Skycar、Transformer TX和以色列的X-Hawk等（見圖2）。

對(duì)于傾轉(zhuǎn)機(jī)翼類飛行器，相對(duì)于另外兩條主線，傾轉(zhuǎn)機(jī)翼類飛行器發(fā)展基本終止于19世紀(jì)70年代[3]。最早為二戰(zhàn)時(shí)期的P1003傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器，隨后在60、70年代發(fā)展了NASA的XC-142以及Canadair的CL-84（見圖3）。傾轉(zhuǎn)翼飛機(jī)的機(jī)翼可以整體傾轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)艙固定在機(jī)翼上,它的機(jī)翼始終同螺旋槳的拉力方向一致,發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)翼一同傾轉(zhuǎn)。由于傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶來的不利代價(jià)遠(yuǎn)大于收益，操作靈敏度差、轉(zhuǎn)換通道小等而未有后續(xù)的相關(guān)機(jī)型研究。

結(jié)合傾轉(zhuǎn)類飛行器的發(fā)展歷程和相關(guān)技術(shù)資料，繪制了飛行器的發(fā)展歷程圖（見圖4），從圖中可以看出，在“傾轉(zhuǎn)旋翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼和傾轉(zhuǎn)涵道”三條主線中，傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器，發(fā)展較成熟，如美軍的MV-22飛機(jī)，已形成裝備能力；傾轉(zhuǎn)機(jī)翼由于發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)翼一同傾轉(zhuǎn)而帶來了操作靈敏度差、轉(zhuǎn)換通道小等影響，其不利代價(jià)遠(yuǎn)大于收益，發(fā)展較不完備；傾轉(zhuǎn)涵道飛行器多數(shù)以驗(yàn)證機(jī)、概念機(jī)為主，尚未形成裝備。

圖3 傾轉(zhuǎn)機(jī)翼類飛行器

2 傾轉(zhuǎn)類飛行器的技術(shù)特征及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 技術(shù)特征

在傾轉(zhuǎn)類飛行器當(dāng)中，傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器相對(duì)于傾轉(zhuǎn)涵道和傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器，發(fā)展持續(xù)時(shí)間最久，是技術(shù)最成熟的一類飛行器。但是各類飛行器具有其技術(shù)特征及優(yōu)劣勢(shì)，在裝備的設(shè)計(jì)之初，應(yīng)明確裝備的需求，結(jié)合使命任務(wù)選取優(yōu)勢(shì)突出的飛行器。

傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器利用翼稍旋翼傾轉(zhuǎn)達(dá)到飛機(jī)垂直起降和高速飛行的目的，最大速度550km/h以上，作戰(zhàn)半徑500km以上，垂直起降階段采用周期變距對(duì)飛機(jī)三軸進(jìn)行控制，技術(shù)成熟度高[5]。但是此類型飛行器為了追求大的懸停效率，旋翼直徑很大，導(dǎo)致前飛氣動(dòng)效率差，巡航階段升阻比小于11，同時(shí)垂直起降以及過渡階段旋翼洗流對(duì)固定翼影響大的問題（降低全機(jī)升力，影響裝載，升力降低10%左右），作為艦載飛機(jī)，旋翼暴露于艦尾流動(dòng)和復(fù)雜氣象環(huán)境中，氣動(dòng)效率變差。如果裝備突出懸停性能，追求一定快速抵達(dá)和遠(yuǎn)距離輸送能力，傾轉(zhuǎn)旋翼為最佳選擇。

傾轉(zhuǎn)涵道飛行器利用涵道傾轉(zhuǎn)達(dá)到飛行器垂直起降高速飛行的目的，最大飛行速度600km/h以上，作戰(zhàn)半徑大于600km，垂直起降利用涵道尾部輔助舵面對(duì)飛行器三軸進(jìn)行控制，飛機(jī)能源利用率高?；诤缆菪龖彝Ｐ矢?、力效大的特點(diǎn)，涵道直徑可以降低，減小前飛阻力，提高前飛性能。但涵道直徑達(dá)到一定程度，涵道阻力嚴(yán)重影響飛行器前飛性能，因此涵道類飛行器重量不能太重，適用于輕型突擊運(yùn)輸裝備，如果裝備追求快速抵達(dá)、遠(yuǎn)距離輸送以及高懸停性能，裝備噸位小于10t，傾轉(zhuǎn)涵道則是最佳選擇。

圖4 傾轉(zhuǎn)類飛行器發(fā)展歷程

傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器利用機(jī)翼與螺旋槳一起傾轉(zhuǎn)達(dá)到垂直起降高速飛行的目的,該飛行器具有大的巡航效率和作戰(zhàn)半徑，但飛行器過渡階段轉(zhuǎn)換效率差，同時(shí)轉(zhuǎn)換過渡階段機(jī)翼處于大迎角分離狀態(tài)，直接影響尾翼氣動(dòng)特性，給飛機(jī)操縱特性帶來很大困難，存在垂直起降階段穩(wěn)定性和可靠性的問題。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器將直升機(jī)垂直起降的優(yōu)點(diǎn)和固定翼巡航效率、飛行速度高的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。正是這種結(jié)合，極大地提升了飛行器的平飛速度和巡航效率，V-22傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)是相同動(dòng)力下直升機(jī)航程的1.8倍?？傊?，對(duì)于需要保證垂直起降能力，同時(shí)追求高平飛速度、高巡航效率的長(zhǎng)航程飛機(jī)而言，傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

傾轉(zhuǎn)涵道類飛行器與傾轉(zhuǎn)旋翼或螺旋槳?jiǎng)恿Φ娘w行器相比，設(shè)計(jì)得更加靈活，因?yàn)楹里L(fēng)扇可以設(shè)置在機(jī)身或機(jī)翼上從而提供直接的升力。從實(shí)際應(yīng)用角度講，涵道風(fēng)扇由于涵道對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片的保護(hù)作用，它允許飛行器與周圍物體有輕度的碰撞，并且涵道結(jié)構(gòu)對(duì)槳葉氣動(dòng)噪聲也有一定的屏蔽作用，因此特別適用于城市等復(fù)雜狹隘環(huán)境下的垂直起降飛行器方案。

傾轉(zhuǎn)機(jī)翼類飛行器是傾轉(zhuǎn)類飛行器技術(shù)研究探索中必不可少的階段。動(dòng)力與機(jī)翼一起傾轉(zhuǎn)的方案中，垂直起降時(shí)旋翼產(chǎn)生的向下氣流順利通過機(jī)翼剖面，對(duì)提高旋翼氣動(dòng)效率很有利，但是，豎起來的機(jī)翼如果處在地面風(fēng)場(chǎng)中，會(huì)產(chǎn)生很大的水平方向氣動(dòng)力，給起降過程帶來很大的麻煩。在飛行器過渡階段轉(zhuǎn)換效率、飛機(jī)操縱特性穩(wěn)定性和可靠性的問題解決之后，也是一個(gè)不錯(cuò)的發(fā)展方向。

3 啟示及建議

1）“垂直起降、遠(yuǎn)程、快速”的空中突擊運(yùn)輸需求緊迫。

目前空中突擊運(yùn)輸力量為直升機(jī)，具有垂直起降、快速機(jī)動(dòng)、遠(yuǎn)距投送等能力的裝備捉襟見肘?？紤]現(xiàn)有空中突擊運(yùn)輸力量的不足，要應(yīng)對(duì)不同規(guī)模和對(duì)抗強(qiáng)度下小規(guī)模地區(qū)性快速干預(yù)作戰(zhàn)，迫切需要發(fā)展更高效能的空中突擊運(yùn)輸力量[6]。在2019年美陸軍、特種作戰(zhàn)司令部和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布了“未來遠(yuǎn)程突擊飛機(jī)”（FLRAA）的信息征詢書中特別強(qiáng)調(diào)了飛行器航程和速度等方面的性能。在美軍《2025：美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)愿景和戰(zhàn)略》報(bào)告中，特別提出艦載航空裝備在復(fù)雜地形中直接向腹地作戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行力量投送的能力。

2）傾轉(zhuǎn)涵道飛行器是構(gòu)建未來空中突擊運(yùn)輸能力的重點(diǎn)手段。

對(duì)于發(fā)展更高效能的空中突擊運(yùn)輸力量，美軍面向未來正在同步推進(jìn)“傾轉(zhuǎn)涵道飛機(jī)”和“傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)”的技術(shù)發(fā)展，傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)技術(shù)相對(duì)成熟，但傾轉(zhuǎn)涵道飛機(jī)懸停效率、有效載荷占比方面優(yōu)勢(shì)明顯。DARPA資助的空中可重構(gòu)傾轉(zhuǎn)涵道飛機(jī)研究項(xiàng)目，其旨在為發(fā)展性能更好的垂直起降高速飛機(jī)進(jìn)行概念探索和技術(shù)儲(chǔ)備。應(yīng)該說，發(fā)展傾轉(zhuǎn)涵道飛行器既是技術(shù)進(jìn)步使然，也是滿足遠(yuǎn)程、快速的空中突擊運(yùn)輸需求使然。在美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)《2030年保持優(yōu)勢(shì)的技術(shù)與創(chuàng)新》中，“性能提高的垂直升降飛機(jī)”已將涵道風(fēng)扇飛行器列入2030年發(fā)展目標(biāo)。

3）盡早啟動(dòng)研究，加強(qiáng)技術(shù)積累，奠定研制基礎(chǔ)。

美國(guó)貝爾直升機(jī)公司早在20世紀(jì)60年代，就研制了四傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇X-22A驗(yàn)證機(jī)，直到1988年，累積飛行時(shí)間約200小時(shí)，約500架次。由于涵道旋翼飛行器的多方面技術(shù)尚未研究成熟，涵道傾轉(zhuǎn)控制技術(shù)、槳葉與涵道的匹配性等關(guān)鍵技術(shù)尚未有效突破，研究進(jìn)展止步于試飛驗(yàn)證階段。雖然X-22A未走上型號(hào)研制，但是其傾轉(zhuǎn)技術(shù)，飛行控制技術(shù)等均為后續(xù)的MV-22傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于傾轉(zhuǎn)涵道飛行器技術(shù)研究積累少，技術(shù)難等原因，應(yīng)盡早開展傾轉(zhuǎn)涵道飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)研究，解決技術(shù)難題和關(guān)鍵技術(shù)，為傾轉(zhuǎn)涵道類飛行器系統(tǒng)的研制提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了傾轉(zhuǎn)類飛行器中傾轉(zhuǎn)旋翼、傾轉(zhuǎn)涵道及傾轉(zhuǎn)機(jī)翼三類飛行器的發(fā)展歷程，并對(duì)傾轉(zhuǎn)類飛行器中的典型代表進(jìn)行了介紹，通過歸納傾轉(zhuǎn)類飛行器的技術(shù)特征、優(yōu)劣勢(shì)以及啟示和建議，為后續(xù)設(shè)計(jì)出滿足在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下執(zhí)行特種作戰(zhàn)、城市反恐、特種運(yùn)輸、戰(zhàn)地救護(hù)等任務(wù)需求的飛行器提供參考。