于 琦

（中國直升機設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

21 世紀(jì)初，真正實現(xiàn)了工程上的應(yīng)用，研制出具有里程碑意義的剛性共軸直升機。1971 年，制造出1 架ABC 旋翼原理驗證機。2005 年，西斯基飛機公司啟動X2技術(shù)驗證機研制計劃，助力XH-59A 直升機技術(shù)，對1 架施韋策333 直升機進行改裝，于2008 年完成首飛。2015年，西科斯基公司在X2 技術(shù)驗證機的高速旋翼基礎(chǔ)上研制了一種新型高速直升機，并完成首飛。在X2 和S-97 的基礎(chǔ)上又成功研制了SB-1 共軸直升機，于2019 年完成首飛。為滿足未來直升機的發(fā)展要求，采用已成熟的技術(shù)，發(fā)展了未來偵察攻擊和未來遠程攻擊直升機。2020 年，西科斯基公司在第一階段競中標(biāo)獲勝。西科斯基公司共軸直升機的演進路線如圖1 所示。

圖1 西科斯基公司共軸直升機的演進路線

1 X2 驗證了美國共軸直升機的研發(fā)能力

1.1 研制歷程

X2 是美國西科斯基飛機公司研制的一種前行槳葉概念（ABC）旋翼技術(shù)驗證機。在X2 基礎(chǔ)上，西科斯基研制了S-97 掠奪者（定位為未來武裝偵察/攻擊直升機）以及SB-1（西科斯基-波音聯(lián)合研制，參與了美國陸軍聯(lián)合多任務(wù)計劃/未來垂直升力計劃競標(biāo)）兩型復(fù)合式直升機。兩型機技術(shù)具有一定的繼承性，代表了世界的領(lǐng)先水平，也驗證了美國共軸直升機的研發(fā)能力[1]。

2005 年6 月，西科斯基飛機公司宣布啟動X2 技術(shù)驗證機研制計劃。與常規(guī)直升機相比，X2 的飛行速度可提高60%。2006 年11 月，X2 開始進行地面試驗，并于2008 年8 月完成首飛。尾部帶有推進螺旋槳的X2 于2009 年6 月實現(xiàn)首飛。2010 年9 月15 日，X2 飛行速度達到了預(yù)定的462.5km/h。X2 直升機如圖2 所示。

圖2 X2直升機

1.2 技術(shù)特點

X2 直升機廣泛采用復(fù)合材料，為使槳葉重量更輕，強度更高，機身作了優(yōu)化處理，外形采用低阻設(shè)計。此外，還特別設(shè)計了流線型的槳軸整流罩。X2 采用“前行槳葉概念”，無需轉(zhuǎn)變到飛行狀態(tài)，只需加大推進螺旋槳的功率，便可實現(xiàn)高速前飛。X2 直升機結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 X2結(jié)構(gòu)圖

2 S-69 奠定了美國共軸直升機的技術(shù)基礎(chǔ)

S-69 是美國西科斯基飛機公司負責(zé)研制和試飛的前行槳葉概念（Advancing Blade Concept，簡稱ABC）旋翼研究直升機。該機的公司編號為S-69，后續(xù)的X2、S-97、SB-1 等均以S-69 的技術(shù)作為基礎(chǔ)進行研發(fā)[2]。

1971 年12 月，美國陸軍與西科斯基飛機公司簽訂研制合同。1973 年7 月26 日，原理驗證機進行了首次飛行。在1975 年7 月21 日以后的試飛中，經(jīng)過大量設(shè)計改進的XH-59A 飛出了487km/h 的速度和7770m 的升限。XH-59A ABC 旋翼系統(tǒng)驗證機上采用的一些技術(shù)對美國陸軍要求的LHX 輕型攻擊、偵察和通用直升機提供了解決辦法。因此，美國陸軍進一步投資用于該驗證機的發(fā)展。1982 年，西科斯基飛機公司對XH-59 驗證機進行了新的設(shè)計更改，并在XH-59A 的基礎(chǔ)上發(fā)展了新的ABC 旋翼系統(tǒng)研究機，這種新研究機的編號為XH-59B。S-69 直升機如圖4 所示[3]。

圖4 S-69 直升機

3 S-9 7 實現(xiàn)了美國共軸直升機的華麗轉(zhuǎn)身

3.1 研制歷程

S-97 是美國西科斯基公司在X2 技術(shù)驗證機的基礎(chǔ)上，研制的一種新型高速直升機。S-97 突破了前行槳葉概念技術(shù)，實現(xiàn)了從技術(shù)驗證到工程應(yīng)用的華麗轉(zhuǎn)身，是該項技術(shù)在型號上的首次嘗試。2010 年10 月，項目正式啟動。2011 年，開始研制。2013 年，S-97 項目完成了關(guān)鍵設(shè)計評審，項目所有合作廠家開始進行部件制造。2013年9 月，公司開始S-97 原型機的總裝工作。2014 年6 月，西科斯基飛機公司成功完成S-97 高速旋翼機原型機的啟動工作，其新型垂直起降設(shè)計大大改變了直升機的作戰(zhàn)方式，有望掀起新一輪直升機技術(shù)革命。2014 年，制成首飛原型機。S-97 高速直升機于2015 年5 月22 日進行了里程碑性首飛，西科斯基飛機公司稱這種直升機可滿足美陸軍航空兵下一代輕型偵察/攻擊直升機的要求。S-97 直升機如圖5 所示[4]。

圖5 S-97直升機

3.2 技術(shù)特點

采用兩副反向旋轉(zhuǎn)的共軸旋翼，與單旋翼布局式直升機相比，其控制系統(tǒng)簡單，外形尺寸緊湊。同時，大量采用復(fù)合材料，突出了高效、敏捷和精確的操作品質(zhì)，采用電傳操縱。槳葉重量更輕，強度更高，機身也作了減重優(yōu)化處理，外形采用低阻設(shè)計。此外，還特別設(shè)計了流線型的槳軸整流罩。采用“前行槳葉概念A(yù)BC”，無需轉(zhuǎn)變到飛行狀態(tài)，只需加大推進螺旋槳的功率，便可實現(xiàn)高速前飛。這種旋翼不但省去了旋翼系統(tǒng)的許多傳動和平衡機構(gòu)，更加重要的是，它在飛行過程中，上下兩副旋翼的空氣動力作用能夠相互平衡和補充，保持總的飛行升力不變。即使高速飛行過程中，也不用提高旋翼的轉(zhuǎn)速，只需要增大槳葉角提高旋轉(zhuǎn)的升力，可以有效避免飛行速度增大后，后行槳葉失速帶來的一系列性能、機動能力和載荷等問題。采用現(xiàn)代先進技術(shù)，將旋翼、推進尾槳和發(fā)動機進行綜合一體化設(shè)計，使新型共軸雙旋翼直升機的性能水平達到傳統(tǒng)設(shè)計的兩倍。

4 SB-1 完成了美國共軸直升機的跨越發(fā)展

4.1 研制歷程

SB-1“無畏”復(fù)合式共軸直升機是西科斯基-波音團隊為美國國防部“未來垂直起降”FVL 項目打造的競標(biāo)機型。西科斯基和波音于2013 年1 月組建SB-1 研制團隊。2016 年3 月，西科斯基-波音團隊聯(lián)合開發(fā)的高速直升機SB-1 原型機完成了最終設(shè)計評審。2018 年10 月8日，西科斯基SB-1“無畏”原型機的裝配工作基本完成。2018 年12 月底，西科斯基公司公開了SB-1 的真機照片。2019 年3 月21 日，在美國佛羅里達州西棕櫚海岸的飛行試驗場上，SB-1“無畏”復(fù)合式共軸直升機完成首飛。其采用共軸雙旋翼，兩副剛性旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反。為了提升前飛推力，安裝了1 個8 片槳葉的推進螺旋槳， SB-1 的飛行速度和航程都能達到傳統(tǒng)直升機的兩倍。此外，周期變距的調(diào)整能實現(xiàn)推力最大化，即使在高速飛行狀態(tài)下，產(chǎn)生的噪聲也很小。與S-97 直升機相比，在繼承關(guān)鍵技術(shù)的同時，又實現(xiàn)了一次跨越。SB-1 直升機如圖6 所示[5]。

圖6 SB-1直升機

4.2 作戰(zhàn)能力

隨著武器攻擊能力的不斷上升，在戰(zhàn)場中面臨的生存考驗日益嚴(yán)峻，直升機依靠低空飛行和被動式防御裝甲也愈發(fā)困難，提升了飛行速度、強化隱身性能是未來戰(zhàn)爭中武裝直升機的發(fā)展方向，同時還需提升航程以應(yīng)對更復(fù)雜的作戰(zhàn)需要，SB-1 正是按此思路研發(fā)的高性能直升機。

SB-1 直升機的最大特點是速度快、航程遠、作戰(zhàn)半徑大，列裝后可進一步提升陸軍的攻擊能力、運載能力和戰(zhàn)場機動能力，充分體現(xiàn)了直升機靈活和迅捷的反應(yīng)能力。由于行動范圍大大擴大，轉(zhuǎn)移的速度就會更快，傳統(tǒng)直升機的速度一般在200 ～300km/h，而SB-1 已達到400 ～500km/h，轉(zhuǎn)移速度增加一倍，在加之作戰(zhàn)半徑增加一倍，加起來就會提高4 ～5 倍的作戰(zhàn)效能。此外，還具備非常出色的隱身能力，采用流線型的機身可以更好地折射雷達波，再對外表噴覆隱身涂料，雷達波對其掃描能力大幅度減弱，能夠很好完成“發(fā)現(xiàn)敵人而不被敵人發(fā)現(xiàn)”的偵察和作戰(zhàn)任務(wù)。SB-1 在海軍的艦載反潛和陸戰(zhàn)隊的兩棲登陸中，起到了不可替代的作用[6]。

4.3 技術(shù)特點

西科斯基和波音根據(jù)美國陸軍需求，研發(fā)出擁有多項技術(shù)創(chuàng)新和歷史性突破的SB-1 直升機，在速度、航程、推進螺旋槳、剛性旋翼、流線型機身等方面具有諸多亮點，西科斯基-波音的13.6 噸級SB-1 融合了共軸式剛性旋翼、集成推進器、電傳操縱系統(tǒng)和主動振動抑制技術(shù)，是3 噸級X2 技術(shù)驗證機和5 噸級S-97“突襲者”的衍生產(chǎn)品。SB-1 采用全復(fù)合材料機身，可在高溫-高原環(huán)境下搭載4 名機組成員和12 名全副武裝的士兵。

5 Raider X 延續(xù)了美國共軸直升的未來構(gòu)想

美國陸軍于2018 年10 月啟動了“未來攻擊偵察飛行器（FARA）”的競標(biāo)，Raider X 作為項目之一參加了競標(biāo)。2019 年航展上，西科斯基公司展示了“RaiderX”共軸直升機。“RaiderX”融合了多年來在X2 直升機技術(shù)的開發(fā)、測試和升級中所吸收到的經(jīng)驗，并為作戰(zhàn)人員提供了攻擊能力強的智能裝備，該直升機在未來戰(zhàn)場上具有出色的表現(xiàn)，尤其是空戰(zhàn)。2020 年3 月25 日，美國國防部宣布選擇西科斯基公司和貝爾公司的競標(biāo)方案進入“未來攻擊偵察直升機”計劃的第二階段。在此階段，兩個入圍的競標(biāo)公司必須研制出原型機。按照計劃，美軍將選擇其中一方，在2028 年投入批量生產(chǎn)。Raider X 是一款共軸旋翼飛行器，具有共軸反向旋轉(zhuǎn)雙旋翼和1 個尾部推進螺旋槳。如果其性能與X2 相似，則Raider X 的速度將超過250 節(jié)（463km/h），并能在9000 英呎（2743m）高空上運行。它具有低速和高速機動能力，擁有超過60°的傾斜角，并具有增強的低速懸停和加速功能。Raider X直升機如圖7 所示[7]。

圖7 RaiderX直升機

2017 年4 月10 日，西科斯基和波音公司公開了其FVL中型機競標(biāo)項目（FVL-M）的“攻擊型”。陸軍用FVL-M同時替代UH-60“黑鷹”運輸直升機和AH-64“阿帕奇”武裝直升機?！肮粜汀迸cSB-1 共享發(fā)動機、傳動、推進器和操縱系統(tǒng)、燃油箱、航電設(shè)備和電子設(shè)備等，增加了武器裝置。FVL-M 直升機概念圖如圖8 所示。

圖8 FVL-M直升機概念圖

6 結(jié)語

西科斯基于20 世紀(jì)50 年代最先開始ABC 旋翼的研制，并于1972 年制造出XH-59A 驗證機，正式開始ABC旋翼的驗證工作。經(jīng)過不斷的改進實驗，XH-59A 驗證機創(chuàng)造了488km/h 的速度和7770m 升限的直升機飛行速度記錄，驗證了ABC 旋翼的可行性。進入21 世紀(jì)，世界各大直升機公司均開始共軸剛性ABC 旋翼的研制工作，西科斯基依然走在這項技術(shù)的最前沿。