美軍未來直升機太快了:幾乎和固定翼飛機差不多 一次就推出兩款

2020-12-05 利刃號

(波音和西科斯基的SB1直升機正在競標美軍下一代聯合多用途直升機項目)

作為世界上直升機技術最發達的國家,美國早在很多年前就開始探索下一代直升機的技術思路,到了本世紀,在幾十年的技術預研和儲備基礎上,美國正式開啟下一代聯合多用途直升機項目,也就是美國最成熟的黑鷹直升機的替代機型。在隨後,經過多輪競爭之後,美國波音和西科斯基聯合研發的SB1型直升機,美國貝爾直升機公司的V280傾轉旋翼機進入最後階段。目前為止,美國方面雖然還沒有最終宣布獲勝方,但是,SB1型高速直升機和V280傾轉旋翼機無論哪一個獲勝,該機的設計方案在未來都有可能引領潮流。

下一代直升機技術,高速已經是確定性能指標

在下一代直升機技術指標方面,根據美國方面曝光的消息,高速指標已經被優先確定。眾所周知,受傳統布局直升機設計理論影響,現役的傳統構型直升機的飛行速度和航程性能都非常有限。一般的現役傳統布局直升機飛行速度都只有300-400公裡/小時,目前世界最成熟的通用直升機,即美國黑鷹直升機的飛行時速就只有357公裡。在航程性能方面,現役傳統直升機一般的飛行半徑,也就是作業半徑也只有500多公裡,比如黑鷹直升機的作戰半徑就只有592公裡。

(SB1採用了旋翼加尾部推進的高速直升機設計)

而且,以現役直升機的傳統設計,想要再提升速度性能和航程性能已經不太可能,即便能夠提升,幅度也會非常有限。但是,作為軍事領域重要裝備,世界各國軍隊明顯都希望擁有飛行速度更快、飛的更遠的直升機。受此影響,從上世紀六七十年代開始,世界直升機技術強國就開始研發新構型的、未來型直升機技術,而此類研究的最基本要求就是提高直升機的飛行速度。在其後,經過幾十年的技術發展,傾轉旋翼思路和旋翼加尾部推進的思路脫穎而出,這兩種思路已經成為目前下一代高速直升機的最主要思路,美國的SB1型直升機和V280傾轉旋翼直升機就分別採用上述兩種思路。

而根據目前公開的數據,和現役傳統布局直升機相比,下一代直升機的飛行速度都將提升到400公裡/小時以上的水平,超過500公裡/小時的想法也大量存在。美軍現役的V22魚鷹傾轉旋翼機的飛行速度就高達509公裡/小時,而傳統直升機技術強國俄羅斯和歐洲的概念型高速直升機速度也都達到或者接近500公裡/小時的速度,歐洲X3高速直升機平飛最大速度就已經達到472公裡/小時。

(SB1的最大對手就是傾轉旋翼的V280)

美國著名的直升機製造企業西科斯基公司的S97高速直升機的飛行速度也達到482公裡/小時,俄羅斯概念型的高速直升機卡102的飛行速度據稱竟可達到600公裡/小時。而美國正在選型階段的SB1型直升機和V280傾轉旋翼機的飛行速度也都在400公裡/小時以上。而由此也可以看出,下一代直升機產品,高速已經成為最基本的特徵。

旋翼加尾部推進和傾轉旋翼兩個方案將會有一個代表未來

在高速性能已經成為下一代直升機最基本指標的情況下,傳統旋翼加尾部推進設計方案和傾轉旋翼設計方案已經成為目前最成熟的兩套高速直升機方案。俄羅斯和歐洲的高速直升機方案都採用傳統旋翼加尾部推進,或者雙側推進設計,歐洲的X3型高速直升機方案和俄羅斯的卡102高速直升機就是在傳統旋翼的基礎上,再在直升機兩側各安裝一個固定方向推進旋翼。而美國的類似高速直升機方案,比如波音和西科斯基公司的SB1高速直升機、西科斯基的S97高速直升機則是在傳統直升機尾槳的位置加裝一個推進旋翼,在實現新型直升機高速要求的同時,技術難度也降低了很多。只是,即便是這種技術難度相對較低的高速直升機方案,也需要更加先進的直升機航電系統和傳動系統,技術難度實際上也不小。

(V280是貝爾直升機公司研發的,SB1是波音和西科斯基聯合研發的,而美軍第一種傾轉旋翼機V22卻是波音和貝爾聯合研發的)

只是,在很多人看來,傳統旋翼加尾部推進的高速直升機方案可靠性可能要好一些,也可以最大限度的應用現有的一些技術,比如旋翼技術,進而降低研發難度和成本。而和傳統旋翼加尾部推進的高速直升機方案相比,傾轉旋翼的高速直升機方案技術難度明顯更大,可靠性也有待提高。

作為一種新構型高速直升機,美軍現役的全球第一款傾轉旋翼機V22魚鷹就輕鬆的達到較高的飛行速度,在航程性能方面,V22魚鷹也比現役傳統直升機有很大優勢。根據公開的信息,美軍V22魚鷹傾轉旋翼機最大飛行速度509公裡/小時,大幅超越現役所有的傳統布局直升機飛行時速。在航程性能方面,V22魚鷹也有很大優勢,雖然受各種原因影響,V22傾轉旋翼機的真實航程和作戰半徑公開的數據並不一致,但是從多方公開的消息來看,V22魚鷹的航程性能和作戰半徑也明顯超過現役傳統布局直升機,有分析就認為V22魚鷹的作戰半徑高達1000公裡,而這個航程性能實際上已經接近或者達到傳統布局直升機的兩倍。

(波音和西科斯基的SB1方案和西科斯基的S97高速直升機最類似,圖為西科斯基的S97高速直升機)

但是,作為一種特殊構型高速直升機設計,V22魚鷹和美軍正在參與競標的V280代表的傾轉旋翼直升機設計方案的研發、製造難度還是非常大的。美軍的V22魚鷹傾轉旋翼高速直升機應用的傾轉旋翼技術最早甚至可以追溯到上世紀四十年代末,"20世紀40年代末期,美國貝爾直升機公司就開始對傾轉旋翼機技術進行研究,1951年,貝爾直升機公司在軍方的支持下開始研製 XV-3傾轉旋翼機,1955年8月第一架XV-3傾轉旋翼試驗機以直升機模式進行了首次垂直起降飛行試驗"。到了上世紀七十年代初,經過幾十年的技術摸索之後,貝爾直升機公司才獲得美軍的一份傾轉旋翼直升機研發合同,並推出了X15型傾轉旋翼機,也就是V22魚鷹傾轉旋翼機的雛形。

1989年4月,在經歷了幾十年的摸索之後,V22魚鷹傾轉旋翼機首飛,1999年5月,V22傾轉旋翼機開始交付。但是,從試飛階段到列裝階段,可靠性的問題就一直伴隨著V22魚鷹傾轉旋翼機,該機的事故率也明顯較高。而且,傾轉旋翼機所需的新技術也相對較多,比如解決控制問題的航電系統、解決旋翼承載力問題的新型旋翼材料技術等等。

(旋翼加尾部推進是增加直升機速度的最簡單方案,技術難度相對較小,歐洲的X3高速直升機也採用類似方案,但是,傾轉旋翼方案似乎更有前景)

受此影響,目前世界所有正在研發下一代高速直升機的國家,包括俄羅斯和歐洲都把重點放在了傳統旋翼加推進的思路,也很少有國家敢嘗試傾轉旋翼的技術思路,除了美國。

在這樣的背景下,在傳統旋翼加推進的思路和傾轉旋翼的思路尚難分出勝負的情況下,美國V280傾轉旋翼機和SB1型直升機的競爭將會起到很大的作用,未來高速直升機設計哪個方案更好也將會藉助美國下一代聯合多用途直升機的選型分出勝負,而勝利者也將會引領下一代、未來型直升機的設計潮流。

傾轉旋翼方案前景更好,傳統旋翼加推進的思路有可能會最終落敗

如果論高速性能,傳統旋翼加推進的高速直升機設計方案和傾轉旋翼設計方案都能滿足需求,而在可靠性方面,傳統旋翼加推進的設計可靠性也似乎更高一些。同時,傾轉旋翼的研發技術難度明顯較大,不要說一般的國家,一般的直升機技術強國都很難做到。但是,論未來的應用前景,傾轉旋翼方案似乎前景更加光明。

從V22到V280,美國的傾轉旋翼機技術也在快速發展和進步,可靠性的問題也會隨著科技發展而逐步解決,而在未來,解決了可靠性問題的傾轉旋翼思路也明顯會更具應用價值。

而且,現今的傾轉旋翼機還都是採用的螺旋槳設計,在未來,傾轉旋翼動力能不能像影視作品中那樣使用噴氣式動力,其實也是可以期待的。(利刃/CX)

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