追求速度的世界各國雜交直升機

美國萊特兄弟獲得有動力的、重於空氣的、固定機翼的飛行方式不到24年，德國在1936年試驗具有垂直飛行能力的並列旋翼Focke Fw 61，讓全世界大吃一驚，並使得以前所有受限的垂直領域的飛行嘗試逐漸衰落。

然而，它整體性能是適度的，特別備受關注的是前飛速度。甚至在艾戈爾.西科斯基公司將現在這種一個單個巨大主旋翼帶一個小的反扭距尾槳的構造完美化後，同固定翼飛機對照直升機的速度仍然有限。儘管西科斯基的基本設計經歷了時間的考驗，並成為世界範圍內的佔統治地位的直升機（如今將近95％的直升機是這種結構），普遍使用的所有在役直升機經受著一個最主要的局限性：前飛速度未能超過200節（230英裡/小時）。儘管直升機的影響巨大，西科斯基認識到這是直升機從開始就固有的速度限制，並預言直升機的速度永遠無法與飛機相匹配。對大多數過去的事例來說他無疑是對的，特別是在一個如此稱謂的術語——「純」直升機領域。然而旋翼機飛行的速度追求驅使設計者考慮另外一種選項：複合直升機。

「複合直升機」的定義還處在公開討論階段（見工具條）。雖然許多人主張增加推進力最必要，此舉將直升機置於「複合」範疇，其他人堅持認為僅僅需要增加升力，或是必須同時進行兩樣。焦點集中在如何稱謂「推進複合」上，下面的章節提供有關不同的直升機一種寬泛的觀點，這些帶有某種輔助的推進裝置（一個或更多個推進螺旋槳或是噴氣引擎）的直升機曾飛過數年，這項調查也給出一個簡要的回顧：不同的製造商選擇不同的方法在保留直升機無以倫比的垂直飛行的優勢同時解決增加前飛速度的問題。

「複合」並不意味著重複以前的歷史，過去的70年中已經看到過超過兩打不同的旋翼同螺旋槳或噴氣發動機的組合方式。如今我們見到眾多「複合直升機」的新概念，既能懸停又具有高速前飛能力。幾年以後，我們將見到增加推進螺旋槳的西科斯基X2，帶有尾噴管的匹而斯凱X-49A，還有噴氣發動機的格隆兄弟「亞當」直升直降飛機，這些飛行器全部開始了飛行測試。此外，貝爾公司成功完成推進式反扭距系統（Propulsive Anti-Torque System，PATS）的地面測試，計劃用於現已取消的「無人作戰武裝旋翼飛行器」（Unmanned Combat Armed Rotorcraft，UCAR）項目或是其他領域。加之，「複合浪潮」持續不斷在高速旋翼飛機研究領域出現，不管是發起單位——美國陸軍、國家航空航天管理局（NASA），或是國內資金支持，自然會因為增加機翼、推進螺旋槳或噴氣發動機，在自重、載重和燃料消耗方面額外付出。因此設計者必須小心謹慎地考慮任務需求，決定最佳地設計解決方案。所以沒有一架複合直升機曾達到量產規模，而將來也絕不會看到光明前景。

雜交機型浮現

人類的飛行追求導致多數飛行器的結構久經時間考驗，每種結構與其他設計方法相比較都有它自身的優勢和不利的地方，既要克服重力的「下拉」，又要「戰勝」空氣動力學阻力。飛行器展覽有時也很難將他們安排在一個特殊的類別裡。這一種類裡一個很恰當的例子就是傾轉旋翼機，它具有明顯的常規固定翼飛機和直升機的雙重特徵。這種飛行器是無法簡單的分類為「飛機」或是「直升機」的，它可能日益成為突出新技術顯現或是作為一種飛行器繼續發展。工具條顯示，複合直升機可能包括也可能不包括某種增加載重的樣式，比如固定機翼，這依賴於設計者希望達到的效果。當合身的機翼設計用來卸載主旋翼的高速飛行時大部分提供升力作用，同樣，增加的推進裝置也減輕主旋翼的大部分前飛負荷。不管包不包括機翼，複合直升機設計為了一個主要目的：使前飛速度高於那些常規旋翼機成為可能。「純粹」的直升機有兩個特別因素限制了前飛速度。一個是後行槳葉延遲效應，另一個是前行槳葉壓縮效應。複合直升機能夠減小或推遲關聯這兩個問題的消極因素髮作，通過限制甚至降低主旋翼的轉速，依靠輔助推進的方法使得飛機獲得前飛速度。這種方式已通過減小供給給主旋翼的動力達到，度數由推進裝置導致的前傾總量決定。同時，通過轉移動力回饋給主旋翼使得垂直飛行性能被保留，可以像航空器一樣減速或者進入盤旋。同時在增加前飛速度允許範圍內，當對照它各自的固定翼與旋翼對照版本時，發現固有的設計結構通常使得帶翼的複合直升機飛行性能效率低下。

儘管複合直升機需固有的額外付出，比如增加了重量和複雜性，設計者在試圖應對速度方面的苛刻要求而又數次回歸這種雜交結構。當某些實例通常是出於實驗目的，這些努力多數是直接回應軍事需求的。另外一些是受到創造一種城市間高速運輸有效方法的指引。

大多數曾經飛行過的複合直升機起源於美國，但也有其他一些在法國、德國、俄羅斯和英國經過試驗。第一架複合直升機建造於奧地利（當時是德國的一部分）。很快發生了第二次世界大戰，德國航空工程師和科學家們熱切地同其他世界各地的人分享他們的知識、專家技術和經驗。結果很快隨著戰爭，複合直升機成就出現在三個主要的同盟每個國家。雖然許多設計僅僅是紙上的構思，唯一比較小數量甚至製造出的來自飛行航線圖畫板，我們先簡要的討論一些他們中的每一類，以及設計他們的原國家。

德國

弗蘭特納（Flettner）

上世紀三十年代後期，全世界完全對航空著了迷，許多國家捲入努力設計全新的和創新性飛行器的浪潮之中，德國當然也不例外。特別是一個設計者——安東.弗蘭特納，將他的心血從造船轉向航空，特別是旋翼飛行技術。自從1927年，他的公司－弗蘭特納股份有限公司，已經成為潛心開發了不少於四架飛行器，並設計了其中的兩架。弗蘭特納試飛了這些與眾不同的旋翼飛行器，其中的一架可能被認為是複合直升機的早期版本。這種飛行器，號稱Fl 185，1936年飛向空中開始它的「處女航行」。（一種前述的設計，根據現存的有限信息推斷：Fl 184也可以作為一種複合機型，但不清楚它是否具有懸停性能，或者僅僅是有動力的旋翼飛機）

不像同時代裝有推進螺旋槳的自轉旋翼飛機，這是一款真正的直升機，具有垂直起飛、降落和懸停性能。Fl 185最不同尋常的特徵是克服三片39.3英尺長的主旋翼扭距的方法。它不使用尾槳，該機每一邊安裝了突出的側梁，上面安裝有可變傾角的推進螺旋槳。左舷的螺旋槳推力向後而右舷的螺旋槳推力向前，兩個側螺旋槳協調一致起對抗扭距的作用，並提供方向控制。在巡航飛行期間這兩個螺旋槳同旋翼一起也提供一部分向前的推進力。機身類似旋翼飛機，前緣裝有冷卻風扇，為一臺140馬力的布蘭莫Sh-14A放射狀活塞發動機降溫。發動機用來為旋翼提供動力，並通過一系列傳動系統、離合器和驅動軸也給螺旋槳提供動力。

旋槳的葉片角度自動調節。這有效地保證了在所有飛行期間用來克服扭距正確的推力，而不需要飛行員的輸入。Fl 185飛行中超常的穩定性極大地允許它不受陣風的影響。儘管Fl 185有許多積極的貢獻，弗蘭特納卻在1938年拋棄了這個設計，為了未來飛行器開發轉而支持互相結合雙旋翼，這種機型完全拋棄了克服扭距的設計方案。雖然二次世界大戰期間缺乏德國人的航空記錄，已有的大量數據也僅限制在弗蘭特納的設計內，特別是尊重他們實際的飛行性能，我們所得到的信息顯示，Fl 185是存在爭議的世界上第一架可以飛行的「複合」直升機。

弗蘭特納 Fl 185.使用在突出的梁上安裝的兩個推進螺旋槳飛行，它們用於克服扭距和獲得前飛的動力。

Weiner Neustadt Flugzeugwerke，WNF

二次世界大戰爆發，德國將每一盎司工業力量和優秀的工程技術用於設計高性能武器，特別是飛行器，下蛋一樣出現了一些最新型的以前世界上從未見過的創新設計。韋納.紐斯坦德.弗拉哥祖格沃克（Weiner Neustadt Flugzeugwerke，WNF）設計的Wn 342， 滿足了空中偵察平臺需要，並具有從德國海軍U型潛艇和水面艦艇上起飛作戰能力。雖然它的基本構造很簡單，該機以新穎的帶有三片槳葉的旋翼驅動，並在尾部裝有小的噴氣發動機。這些被稱為「尾噴」的裝置依靠一臺阿古斯.阿斯411離心增壓發動機驅動，通過中空的旋翼槳葉抽吸燃料－空氣混合物，在槳葉末端點火，並排出熱空氣導致旋翼旋轉。結果，此舉使得Wn 342成為世界上第一架使用噴氣推進裝置的直升機。這是幾名設計者的巨大成就，弗裡德裡希.沃.杜伯霍夫，是全面的信用保證。該機另一個獨特的特徵是：從壓縮機排出高壓空氣也用來控制全部槳葉傾角。當壓力不被應用的時候，旋翼槳葉保持自轉角度。

在原型機建造之前，先建造了一系列用於驗證概念的測試平臺。多次成功的測試後，四架原型機建造出來了。1942年10月Wn 342 V1（沃沙奇－弗拉哥祖格用「V」表示「試驗機」）在維也納首次飛行。有了V1的示範，第二架原型機——V2也建造出來，試飛中發現 「尾噴」的燃料消耗非常高。這個發現導致了在V3中作出如此改變：限定僅在起飛、懸停和降落中使用「尾噴」。起飛後，Wn 342 V3通過兩片槳葉的推進螺旋槳獲得向前推力，這兩臺螺旋槳由安裝在飛行員身後的140馬力的Sh-14A放射狀槳葉的活塞發動機驅動。在飛行員通過轉換離合器將發動機功率供給推進器後，燃料流動停止，旋翼開始自轉。在測試期間，V3產生了厲害的振動，並最終墜毀。毀壞的飛機被作為V4的機體重新建造，並改裝了尾部部件。該機原定設計用來海上著艦限定了它必須設計簡單並重量輕便。缺少尾槳或傳動裝置使得重量下降。一個固有的缺憾是尾噴產生的噪聲，折衷方案的特性是它的作為觀測平臺的任務，並已開始服役。

在WNF Wn 342 V4使用的旋翼「尾噴」技術是當時非常先進的，二次世界大戰後在美國進行了徹底試驗。

上面提到的Wn 342的四個版本在開發過程中一共完成了測試飛行25小時。然而，在開發停止前這四架原型機沒有一架前飛速度超過25～30英裡/小時。因第二次世界大戰臨近，美國軍隊獲得了Wn 342 V4並把它運回了美國，在俄亥俄州懷特.菲爾德進行了廣泛測試。測試顯示：飛行器的最大持久飛行時限僅有15分鐘，這是尾噴的極高的燃料消耗率導致的，這被證實近似9倍於懸停時的常規動力直升機。這就是發生在1946年這架飛行器在懷特.菲爾德最後的記錄。然後通用電器（General Electric，GE）把它改裝為一個測試臺，隨後不久認為它無用而被拆毀。

韋納.紐斯坦德.弗拉哥祖格沃克WNF 342的三個主要設計者每個人戰後都遷離了居住地到其他國家。沃.杜伯霍夫，WNF 34首要的設計者，移民美國並為麥克唐納飛行器有限公司開始工作。這個團隊的另一名成員，阿古斯特.斯坦派重新回到英國，並在那裡開始為菲爾利航空公司效力。這個團隊的第三名成員，瑟朵爾.勞芬，前往法國並受僱於Sud-Ouest。數年後，這些公司都致力於更先進的尾噴推進和螺旋槳複合機型研究。

Vereinigte Flugtechnische Werke，VFW

Wn 342問世20多年後，德國再次試驗複合直升機方案，這一次起初是為了民用和商業市場設計的。1963/54年一個福克-沃夫，威希和海因科的合併版本在佛瑞內特.佛拉格泰克尼斯奇.沃克（Vereinigte Flugtechnische Werke，VFW）公司誕生。該公司對各種各樣的旋翼機進行了研究，包括複合直升機，早在1963年就開始了研究工作。他們的第一架試驗設計是VFW H2。看上去很像典型的旋翼飛機，但H2實際上是直升機，因為它能垂直起飛和降落，並能夠保持懸停。這架單座的飛行器計劃是用來嚴格測試兩片槳葉的旋翼和推進系統組成部分的。旋翼的推進力主要產生於一臺鮑斯格空氣壓縮機，通過葉片輸送壓縮空氣（涼的）並從葉片頂端噴出，以此迫使葉片旋轉。然而，旋翼也安裝了燃燒型的頂端噴氣裝置（類似以前曾在Wn 342上使用過的裝置），這樣旋翼可在懸停和垂直起飛時獲得額外動力。一個推進螺旋槳裝在飛行員身後，用一臺72馬力的麥考輪奇四缸兩衝程水平推進引擎驅動。該引擎也驅使空氣壓縮，因此帶動旋翼旋轉。

在H2真正飛行測試之前，旋翼和控制系統已經過開始於1964年3月廣泛實驗評估。僅僅20小時的測試後，發現在高速旋轉時槳葉出現振動，因此有必要並同其他修正一道增加槳葉的剛性。1965年早期測試結束時共運轉了110小時。同年4月30日，H2首次飛向空中。而燃燒型的尖端噴氣設計第一次飛行中並為使用，於是對H2來說起飛時必然滾轉。H2成為空降型飛行器，並達到22英裡/小時的時速。這次測試產生了尖端點火技術；然而，發現滾燙的尖端噴氣裝置產生了額外的噪聲，於是放棄使用該裝置，特別是自從證實旋翼就是一個相當大的噪聲源，甚至在僅僅使用冷的噴氣時。於是在飛行了36小時之後，測試項目在1966年9月完成。

儘管VFW H2類似典型的旋翼飛機，但它仍能夠垂直起飛、降落，也可以懸停。

憑著H2研製過程中獲得的大量數據，公司在1966年開始開發VFW H3。與H2不同，H3原計劃成為一個帶有附加座艙的複合直升機產品，主要用於行政運輸。座艙裡有單個飛行員座位和兩個乘客座位。首次飛行計劃在1968年，但開發遇到了暫停，一直到VFW從德國國防部得到資金支持重又繼續，作為有可能成功為航空航天高海拔通用直升機。加下來這一年，VFW與荷蘭佛科（Fokker）公司結合，一道進行行政運輸用途開發，VFW-Fokker H3預想在幾個其他用途產品，如農業飛行器或兩座的雙控制訓練機（作為軍備供應）研製後實現。H3另一個潛在的角色是空中救護直升機或搜索救援（Search and Rescue，SAR）直升機，安裝擴大的座艙後用來運送醫療組和必需的設備，並附加一個救援絞盤。沿用H2技術，VFW-Fokker H3的旋翼採用壓縮空氣動力驅動，壓縮空氣順著槳葉流經頂端時再噴出來，推動槳葉旋轉。在H3上沒有採用燃燒型的頂端噴氣方式；僅僅是冷空氣在壓縮機作用下產生流動。垂直起飛後，H3靠兩臺七片扇葉的管裝推進裝置獲得前飛，在機身後面左右兩側每側裝有一個。推動這些推進器的動力來自壓縮空氣，它逐漸增加從旋翼到推進器轉移氣體，使得前飛速度提高，在前飛中旋翼進入自轉狀態。整個系統設計減輕領航，低維護，有成本效益並減低噪聲。沒有傳動系統、驅動軸、壓力儀表、離合器和尾槳，當與同檔次的傳統直升機比較時期望這些使得這架飛行器更簡潔並成本更低。

H3造了兩架原型機，並且第三架已開始建造。每架機都裝有370馬力的艾利森C250-C18發動機。首架原型機－H3 E1（E代表埃特威克朗斯，意為「開發」或「研究」型）最初的飛行發生在1970年5月，在德國布蘭蒙的VFW製造廠裡。第二架原型機——H3 E2的首次飛行發生於8個月以後，換裝一臺470馬力的大功率引擎。這架飛機也用於靜態的振動試驗。驅使旋翼以非常低的傾角到最大旋翼轉速旋轉起來後，大量的旋轉能量儲藏在旋轉的槳葉裡。飛行員逐漸增加槳葉傾角隨後作出動態起飛動作，其時存藏在槳葉裡的全部能量可用來提供最大比例的突破每分鐘1,600英尺爬升。雖然儲藏的能量在280英尺高度已完全被消耗，但最初從起飛開始的爬升率還是效果驚人。離開地面如此之快的能力為H3贏得了綽號——「賽跑者」。

兩架原型機總共75％的飛行時間被記錄下來。工藝部門講，H3決不是真正的複合直升機，因為管型推進器以前從來沒有安裝到已取消的項目上。他們做了，然而，在地面進行十分徹底的試驗卻被停止了，起因是這些試驗給「賽跑者」定了一個最大速度約186英裡/小時的計劃。 「賽跑者」大量並更有能力的版本設計方案研究在繼續，直到VFW公司和Fokker公司在1980年相互承認取消分歧，並隨後將VFW的設計吸收進梅塞斯米特-鮑爾考夫-布朗霍姆（MBB）中。

VFW H3為獲得高速飛行使用一套管道噴氣推進方式，它的跳躍起飛能力掙得「賽跑者」綽號。