波音公司的黑科技,直升機與固定翼飛機的結合體,卻因缺錢而下馬

2020-12-22 軍武次位面

【軍武次位面】:路芷

自從直升機誕生以來,各個國家都希望有一種可以垂直起降、飛行速度快而且機動性能更高的新類型飛機。當無人機開始流行之後,這種新飛機無疑會成為現代戰場上一種神出鬼沒的飛機。波音是全世界實力最強大的航空公司之一,在本世紀初期就研製過一種結構非常獨特的垂直起降新飛機,這就是被稱作X50A蜻蜓的停轉旋翼機。

在上世紀90年代的時候,美國三軍需要一種成本低廉的新型垂直起降飛機,既有比直升機更好的生存能力,也要實現更快的飛行速度。速度快的垂直起降飛機一直航空強國最看重的機型之一,在上個世紀六七十年代的時候,很多國家都研製過各種奇形怪狀的垂直起降飛機。然而除了直升機之外,最終問世且服役的垂直起降飛機基本只有兩種,一種是鷂式飛機和雅克38那樣的垂直起降戰鬥機,另一種則是MV22這種傾轉翼飛機。

麥道公司原本是一個自研能力非常強的超級航空公司,但是因為經營不善和多種原因被波音吞併,而麥道原來的很多飛機以及實驗計劃也就成了波音的財產,比如著名的F15戰鬥機以及C17運輸機。在1998年的時候,美國國防部和波音籤署了一項2400萬美元的協議,用於研製新的垂直起降飛機,這就是前面說到的X50A蜻蜓驗證機。

蜻蜓驗證機的構型非常獨特,首先在機頭安裝了類似於鴨翼的大面積控制翼面,尾部則是平尾和雙垂尾,機身中部安裝了一個尺寸和體積比較大的旋翼。波音的想法非常奇妙,在起飛和降落的時候,X50A和直升機非常類似,通過主旋翼的旋轉讓飛機起飛,平飛的時候旋翼停轉當做固定翼機翼飛行。可以說這種設計和傾轉翼飛機有異曲同工之妙,但是整體的效率更高,如果能夠解決全部的技術問題,將會成為一種非常出色的新飛機構型。

其實美國軍方當時覺得這種全新的構型不那麼可靠,直白點說就是風險比較大。因此這2400萬美元其實是雙方都要承擔的,一人一半都是1200萬美元。波音的鬼怪工廠負責這個新項目,在2002年的時候,這種新的構型被正式稱作X50A,這個50並不是按順序來的,而是一半的意思,意思它是一半的直升機一半的固定翼飛機。

X50A作為一種驗證機,它的體型和重量比較小,長度為5.38米,主旋翼的翼展為2.69米,前置鴨翼的翼展為2.47米,總高度為1.98米,空重為574千克,最大燃油裝載量66千克,這種狀態其實已經可以當做一種無人機使用了。飛機的發動機為一臺小型噴氣式發動機,最高飛行速度約為700千米每小時,這要比一般的直升機快得多,甚至比傾轉翼飛機還要快。不過飛機的動力有限,所以巡航速度比較慢,只有278千米每小時,如果飛機真的研製成功之後變成一種最大起飛重量在十幾噸左右的大型飛機,相信它的速度會和今天的大部分固定翼飛機沒有什麼區別,前景是非常好的。

整架飛機的升力布局非常奇特,從圖中可以看出來它的主旋翼前置壓力以及尾翼都是水平結構的,都可以在平飛的時候提供升力。飛機的主翼也就是主旋翼設計非常巧妙,並沒有像一般直升機那樣設計複雜的驅動軸和控制機構,而是在翼尖設計了噴氣口,用噴氣口高速噴出氣體來讓旋翼旋轉,從而產生升力。

由於這個主翼既要當做直升機類似的旋翼,還要當做固定翼飛行時的機翼,因此機翼的設計和一般的直升機旋翼不太一樣,最大的特徵就是非常厚而且面積很大。按照設定,飛機在起飛之後慢慢增加速度,飛機的速度如果超過110公裡每小時,前置鴨翼和後置尾翼產生的升力會明顯增加,這時候旋翼的轉速就會慢慢降低,最終轉到和飛機機身垂直的位置並且鎖止。這個時候通過噴氣式發動機向後噴氣產生推進力飛行,和一般的固定翼飛機幾乎沒有什麼區別。

這樣的想法是非常好的,但是中間這個轉換狀態非常難實現。其實歷史上研製垂直起降戰鬥機的過程當中難點都不是設計垂直起降模式或者是平飛模式,而是中間的轉換階段。像現在比較流行的F35就是一種比較成熟的設計,因此在兩者之間的轉換過程當中不會出現什麼明顯的問題。而傾轉翼飛機研發的時間也非常長,加上這種構型本身就比較安全,所以MV22雖然在很多文章中被稱作墜毀率相當高的飛機,但是實際上在美國海軍陸戰隊所有的飛機當中,它屬於安全性比較高的一種。

波音認為這種新構型非常有前景,甚至還想像了很多尺寸更大的飛機,有運輸型號的也有攻擊型號,認為這種飛機能在未來取代直升機和傾轉翼飛機。然而問題在於前面說到的傾轉翼飛機和直升機都是比較成熟的飛機,而X50A的這種構型十分新穎,存在著很多難以解決的技術問題。

2004年3月23日,X50A在第3次試飛當中就因為氣動面之間耦合幹擾問題而墜毀。不過厄運沒有終止,那個時候的飛機控制系統也不夠先進,兩架原型機都沒法在兩個模式間進行安全過渡,紛紛墜毀。波音和美國軍方後來也都認為這種新穎的結構有本質的設計缺陷,便取消了計劃並且撤回資金,這項十分新奇的技術也就沒有繼續下去。

▲波音網站的X50A,構型很奇特

其實這項技術失敗的真正原因並不是這種結構的問題,只要是理論上可行的構型,都可以通過非常優秀的基礎設計和飛控系統得以實現。然而問題就在於,波音並沒有完美的解決所出現的問題,加上資金有限,這項十分有潛力的新飛機構型就這樣被美國扔進了檔案之中。現在所使用的直升機以及傾轉翼飛機甚至F35B型垂直起降戰鬥機都有非常不錯的安全性,儘管結構更加複雜,維護保養成本更高,但是在新技術沒有成熟之前,還是最可靠的戰爭機器。

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