近日,美国政府已经批准向印度尼西亚出售8架MV-22 Block C“鱼鹰”倾转旋翼机。美国国防安全合作局称,如果达成交易,这一笔交易将达到20亿美元,并将在美国政府的对外军售程序下进行。
MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机是V-22的衍生型号,为美国海军陆战队装备机型,可以在大型舰船与岛屿起降。V-22系列倾转旋翼机集成了直升机的起降性能与固定翼飞机的高速性能,这种设计理念是未来军用作战支援、突击运输飞行器的发展趋势。
传统直升机可以在复杂地形下起降、盘旋,但飞行速度慢、续航小;固定翼运输机虽然具有高速、远程的优势,但又不得不依赖飞机跑道起降。为满足需求,美国贝尔公司与波音公司利用倾转旋翼技术将直升机的起降性能与固定翼飞机的速度、航程优势结合,联合研发制造了V-22“鱼鹰”倾转旋翼机。
发动机处于垂直位置时,V-22可以像直升机一样垂直起降、悬停;起飞后,转动发动机角度,V-22还可以像螺旋桨飞机一样高速飞行,完成人员物资的远程快速投送。V-22长17.48米,高6.73米,连同旋翼宽度可达25.78米。使用两台Rolls-Royce AE1107C发动机,旋翼直径为11.6米,垂直起飞的最大起飞重量为23.86吨,最大巡航速度为500公里每小时。
V-22设有四名机组人员,包括正、副驾驶员与两名飞行工程师,玻璃化座舱,集成化程度高,降低了飞行员的操作难度。V-22填补了军事领域空白,飞行速度是传统直升机的两倍,可搭载24名士兵。旋翼可以折叠来减小所占用的空间,部署在两栖攻击舰与航母。能够支持舰队后勤、战斗搜索、救援与特种作战行动,也可以搭载突击队员遂行登陆作战。
V-22“鱼鹰”还有许多变种型号,可以改装为空中加油机、特种作战飞机等。此次印尼意向购买的MV-22倾转旋翼机是V-22衍生的海军陆战队使用型号,使用耐腐蚀的材料与涂装,用于支援部队两栖作战行动。考虑到印尼拥有大量的单独岛屿,MV-22能大幅度的提高印尼的两栖作战实力。
旋翼系统与飞控系统是倾转旋翼机的最大技术难点。V-22的两套旋翼系统通过机翼内的连接轴相连,耦合设计使得单台发动机发生故障后另一台发动机仍能够最终靠动力传动来带动两台发动机,确保了飞行安全性。V-22的旋翼设有三片桨叶,旋翼直径比直升机旋翼小,但刚度强于直升机旋翼,尽可能平衡垂直起降与平直飞行两种不同姿态对动力的需求。
在垂直起降或悬停状态,V-22需要控制两套旋翼系统完成直升机特有的机动动作,转换至前飞姿态时,两具发动机绕机翼轴向水平位置旋转,旋翼产生的向上升力逐渐转化为向前的拉力,直至完全进入由发动机产生推力、机翼产生升力的状态。整一个完整的过程需要在较短的时间内完成,两种飞行姿态的变换伴随着对旋翼系统、机翼系统的飞行控制,旋翼与襟副翼、尾翼协作维持飞行姿态。
由此可见,V-22倾转旋翼机相当于将直升机和固定翼螺旋桨飞机两套不同的传动与飞行控制管理系统结合起来,两者还必须在单独工作状态与协同工作状态之间平缓切换。因此,倾转旋翼机对硬件和软件水平都有着极高的要求,也是航空工业总实力的体现。
V-22“鱼鹰”是倾转旋翼机军事应用的典范,不难想象,兼具直升机与固定翼飞机的飞行器必定是军用航空的未来走向。顺应这种趋势要么赋予固定翼飞机垂直起降的能力,或是赋予直升机远程、高速的性能。
上世纪苏联、英国均研发了垂直起降战斗机,利用可旋转式发动机喷管、增设升力发动机的方式实现垂直起降,但这样的形式目前只应用在战斗机,短期内无法应用于运输机等大型飞机。相比之下,倾转旋翼技术仍是实现固定翼飞行器垂直起降的现实手段。
此外,一些国家将共轴双旋翼与推力桨技术结合应用到直升机。共轴双旋翼提供升力,两个反向转动的旋翼刚好抵消扭矩,机尾控制转向的尾桨被提供前进推力的推力桨替代,以此来实现垂直起降与高速飞行。共轴双旋翼高速直升机对刚性共轴技术与飞行控制管理系统同样有着较高要求,目前仅有少数几个国家掌握。
共轴双旋翼直升机,两具旋转方向相反的旋翼共用一轴的直升机,两具旋翼相互抵消扭矩,以省去控制飞行方向的尾桨。共轴双旋翼直升机飞行速度快、机动能力强,更不需要过多的担心尾桨故障导致的飞行事故。
近日,美国海军陆战队一架MV-22B“鱼鹰”在澳大利亚参加名为“捕食者行动”的多国联合军演中失事坠毁,机上23名乘员以及机组乘员中有3人死亡、5人重伤。
“鱼鹰”坠毁再次引发了外界对于这种全世界唯一服役的军用倾转旋翼机安全性和可靠性的担忧。那么,倾转旋翼机这种战后才出现的新兴航空器的未来发展究竟有没有前途?“鱼鹰”是否会成为这类航空器的“绝唱”?
1955年,贝尔直升机公司制造的XV-3倾转旋翼机一号原型机成功首飞。从1955年到1966年,贝尔直升机公司利用两架XV-3原型机完成了倾转旋翼机从理论到工程实践以及试飞测试的全部工作,证明了倾转旋翼机可完全走向实用化。
XV-3从一开始也是贝尔直升机公司应美国陆军要求研发的,旨在为后者提供一款融合直升机以及固定翼飞机特点的划时代航空器。不过,在11年的试飞历程中,XV-3的两架原型机(分别编号4147/4148)也多次发生意外事故,其中4147号发生硬着陆,机身以及旋翼损毁严重,不得不报废。而4148号原型机在1966年5月的风洞测试中再次发生旋翼脱落事故,最终遗憾地结束了所有测试工作。“初生”时的不顺利,似乎也预示了倾转旋翼机后来的“命运多舛”。
XV-3只是作为倾转旋翼机的技术验证机完成了自身的使命,而真正走向实用化的重任就交给了贝尔直升机公司研发的第二代,即贝尔301,美国陆军赋予其编号XV-15。除了美国陆军,美国海军、海军陆战队等军种也对XV-15倾转旋翼机产生了浓厚的兴趣,甚至美国航空航天局(NASA)也参与该机的试飞测试工作,这使得该机的研发进度大大加快。而且,相比XV-3相对简陋粗糙的总体设计以及动力系统,XV-15的气动布局进行了全面优化,采用2台功率1156千瓦的LTC1K-4K涡轴发动机以及两副三叶主旋翼,飞行性能有了质的飞跃。
当然,XV-15仍然是作为完成倾转旋翼机实用化设计的技术验证机来设计的,而真正作为服役型号研制的就是在其基础上全面升级而来的V-22“鱼鹰”。1981年,美国国防部提出了“多军种先进垂直起降飞机”项目。在那个追求以最小成本达成最大通用化的年代,美国国防部希望以此项目为美国陆军、海军、空军以及海军陆战队研发装备一款高度通用化的先进倾转旋翼机。不过,美国陆军在经历了XV-3和XV-15两代倾转旋翼机的研发之后,对于这种航空器的安全性和可靠性产生了更多的质疑,因此在1983年将项目主导权转交给了美国海军。这也在某些特定的程度上为V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的发展之路投下了“不详的阴影”。
后来,贝尔直升机公司与波音公司强强联手推进V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的研发工作,美国海军、空军以及海军陆战队为其提供支持以及采购订单,其中以海军陆战队的订单数量最多,主要用来取代CH-46“海上骑士”纵列双旋翼运输直升机。但是,V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的发展之路充满了波折,从1983年美国海军授出初步设计合同,直到1999年首批MV-22B才交付美国海军陆战队,为美国空军研发的CV-22B以及为美国海军研发的HV-22B服役时间更晚,其历程之长在美国各型军用航空器中也名列前茅。而且,V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的6架试飞原型机中就有2架失事坠毁,其中4号机上的7名机组乘员全部丧生。令人唏嘘的是,这7名“亡魂”不过是V-22“鱼鹰”坠落史的“开胃菜”。据不完全统计,从服役至本次事故发生之前,V-22“鱼鹰”已发生了15起坠毁事故,共死亡54人。
既有直升机的垂直起降能力,又有接近螺旋桨固定翼飞机的飞行速度,V-22“鱼鹰”让美国海军陆战队欲罢不能。
应该说,外界如此关注V-22“鱼鹰”的事故,还在于该机是目前唯一服役的倾转旋翼机,是名副其实的“独苗”。事实上,在冷战时期,作为美国的“死对头”,苏联也注意到了倾转旋翼机这一新机型。本着“敌人有,我也要有”的心态,1972年,苏联米里设计局向苏军高层提议研制倾转旋翼机,编号米-30。由于此前有了米-12横列双旋翼重型直升机的研发经验,米里设计局认为其已经具备了研制大型倾转旋翼运输机,可当作米-8系列运输直升机的后继者。可惜的是,随着美国陆续推出了XV-15以及V-22,苏联军方对于米-30的总体设计的基本要求也一改再改,甚至提出了最大起飞重量达到30吨的重型运输机方案,比后来的V-22“鱼鹰”还要大得多。最终,当米-30研发计划拖到1991年,随着苏联解体便无疾而终了。
此外,贝尔直升机公司还与波音公司联合研制了名为贝尔-609的民用倾转旋翼机,意图打入世界民用直升机市场。在波音公司退出后,贝尔直升机公司选择与意大利阿古斯塔-韦斯特兰公司合作,继续推进贝尔-609的研制工作。不过,由于V-22“鱼鹰”接二连三出事,贝尔直升机公司认为贝尔-609的销售前景不佳,索性在2011年将该机的全部技术专利转让给阿古斯塔-韦斯特兰公司,其编号后来也变成了AW609。可惜的是,直到目前,仍然没有一家用户大规模订购AW609。
坠入海中的V-22“鱼鹰”,该机服役以来,至少发生16起坠毁事故,共死亡57人,不少人将其称为“飞行棺材”。
综上所述,作为一款“毁誉参半”的“独苗”型号,V-22“鱼鹰”的一举一动都会引发外界的关注,而其发生的坠机事故更是被外界不断放大。考虑到目前美国海军陆战队、海军以及空军总共只装备有414架V-22“鱼鹰”,而其他各型号的直升机服役数量都在数千架以上,其事故率以及人员受伤或死亡情况确实非常可怕。美国海军陆战队甚至考虑增购300余架CH-53K重型运输直升机,以代替部分MV-22B。
但是,即便如此,V-22“鱼鹰”相对于传统直升机而言飞行速度更快、航程更远等优势还是让美国军方难以“割爱”。所以,美国海军计划以CMV-22B代替老旧的C-2“灰狗”,成为其未来主力的航母运输机。而美国陆军正在推进的“未来远程突击飞机”项目中,贝尔直升机公司的V-280“英勇”倾转旋翼机也击败了西科斯基公司与波音公司联合推出的SB>1“无畏”共轴复合推进直升机,赢得了竞标的胜利。
此外,除了美国各军种外,日本陆上自卫队也订购了17架V-22“鱼鹰”倾转旋翼机,印度以及印尼也爆出订购该机的传闻,不过目前尚未落实。而且,需要我们来关注的是,中国航空工业集团有限公司下属的中航直升机公司在此前的珠海航展以及天津直博会上也曾经展出过多种型号的倾转旋翼机模型,其中既有类似于V-280“英勇”的双旋翼型,也有类似于V-22计划中的放大版——V-44的四旋翼型。这也从一个侧面反映出中国航空工业也在进行倾转旋翼机有关技术的研发工作。而且,中国航天科技集团有限公司也推出了一款名为“彩虹”-10的倾转旋翼无人机,标志着中国倾转旋翼机时代已经来临。
从未来的发展来看,在V-22“鱼鹰”基础上进一步全面改进而来的V-280“英勇”代表着倾转旋翼机的方向之一,其发动机舱采用固定设计,只由旋翼部分进行旋翼,以实现垂直与平飞之间的转换,可靠性和安全性有了很大的提升。根据美国陆军的未来发展规划,其有意“复活”V-44四旋翼倾转旋翼机,并将其打造成为能代替C-130的未来新一代大型战术运输机。
另一方面,未来有一定的概率会出现更多的倾转旋翼无人机型号。相比于目前出现的融合垂直起降旋翼、推进螺旋桨以及固定机翼的复合推进式无人机,倾转旋翼无人机只需要两副、最多四副旋翼就能够完全满足垂直起降以及平飞要求。而且,类似于电影《流浪地球2》中采用涵道设计的倾转四旋翼无人机也具有一定的工程可行性,未来完全有可能成为实用型号。
所以,综合来说,世界倾转旋翼机的发展也并不会因为V-22“鱼鹰”的不断坠落而陷入绝境,反而会在突破新技术、创造新思路的前提下迎来“柳暗花明又一村”,而且不会像“鱼鹰”那样成为“飞行棺材”,安全性和可靠性逐步提升。从这一点上来说,我们会更加期待中国自主设计研发的先进大型倾转旋翼机早日一飞冲天。
贝尔-波音 V-22 绰号:鱼鹰,是由美国贝尔直升机公司和波音公司联合设计制造的具备垂直起降和短距起降能力的倾转旋翼机。V-22于上个世纪80年代开始研发,1989年3月19日首飞成功,2006年11月16日进入美国空军服役,2007年在美国海军陆战队服役。
美国贝尔公司的V-22B鱼鹰倾转旋翼机是世界上唯一量产大批装备的集合了直升机与螺旋桨固定翼运输机优势于一身的航空器,如今包括美国空军,美国海军陆战队都是其装备客户,而美国海军陆战队是最大的用户。
由于鱼鹰V-22B的特殊能力,除了美国装备之外,其余的国家也表现出了浓厚的兴趣,其中就包括日本陆上自卫队采购了同类的产品,而且机型与美国海军陆战队的型号是一样的。
V-22倾转旋翼机每套旋翼系统由一台艾里逊公司(Allison)制造的AE1107C涡轮轴发动机提供动力,这种发动机能生产超过6000马力的动力。每台发动机驱动其自身的旋翼,并将一些动力传递给驱动翻转机构的机翼中部变速箱。在一台发动机发生故障的情况下,剩下的一台发动机通过内部连接驱动轴将动力分配给两套旋翼系统,“鱼鹰”倾转旋翼机还能够运行。
机身有超过43%为复合材料制造,包括旋翼。为减少被运载时所需空间,整主翼可以转动90°,变成与机身平行,三叶旋翼也能转动重叠在一地。
整个收纳过程只需90秒。两具劳斯莱斯Rolls-Royce T406引擎以转轴及齿轮箱连动,因此即使其中一个失去动力,另一个也能让整架机继飞行。
由于使用军种的不同,美国贝尔公司的鱼鹰V-22B有几种型号,美国空军使用的就是属于CV-22B,美国海军陆战队使用的是MV-22B,而美国海军未来使用的则是MCV-22B,不过这些机型其实大同小异,只是在一些设备上配置不同而已。
鱼鹰V-22B的复杂在于其两台主发动机的倾转机构,这个也是让这款特种机型具备直升机和固定翼螺旋桨飞机的优点的独到之处。从照片上能够准确的看出这个倾转机构还是相当的复杂,各种液压组件和控制机构都集中在小小的空间之内。V-22B的倾转机构可以让主发动机根据自身的需求调整方向,包括垂直起飞的时候的旋翼的水平放置,以及在巡航高度飞行的时候旋翼垂直于前进方向的布置等。
V-22B为减少在地面或者在两栖攻击舰的存放空间,所以许多部件都是能够直接进行折叠,包括其主旋翼机构就能够折叠,有人就评价V-22B是地球上最接近与变形金刚的产物。
CV-22B是美国空军特种部队所装备的产品,目前在欧洲地区就有部署,这款机型能轻松实现人员的快速运输,因为V-22B具备螺旋桨固定翼运输机的特色,其发动机舱只要旋转到与飞机水平飞行方向一直就如同一架正常的螺旋桨运输机一般了。V-22B的飞行速度是一般直升机所达不到的,这个也是这款机型大行其道的一个重要的原因。
V-22B鱼鹰目前主要在美国海军陆战队服役,通常这款特种机型是与美国海军的两栖攻击舰配合使用,MV-22B可以携带美国海军陆战队执行一系列特殊的海外任务,包括一些秘密行动等,可以从舰船上起飞并能高速抵达任务区域是这个机型的一个重要的特色。
从展示的这架美国空军的CV-22B看,鱼鹰的做工相当了得,美国产品并不是想象中的那么粗犷,其实从细微之处看的话不比欧洲的产品差。美国研制的产品其实体现了更多的实用性能,这个都是在各种实战中摸索出来的经验和教训。
鱼鹰作为一款独创的产品在研制过程中出现了许多问题,包括大面积的严重事故,至今已造成了几十人因为各种事故丧生,这是鱼鹰研制成功的一个惨重的代价。虽然目前已经批量装备,但是在实际使用中仍然事故不断,这个也成为V-22B饱受争议的一个重要的原因。
从鱼鹰的主旋翼看,写部件明显就能轻松实现折叠的功能,上面已经清楚的表示了折叠的方式,鱼鹰在研制的时候就已经瞄准了美国海军的用途,由于水面舰艇空间的局限,所以包括固定翼机型都有必要进行折叠,而鱼鹰更需要了。鱼鹰为了获得水平飞行速度快的能力,所以其旋翼直径非常硕大,在地面放置状态的时候旋翼是不能与与飞行状态一样垂直与前进方向的。这个也是限制这款机型起降的一个因素之一,鱼鹰只能实现垂直起飞和降落。
从鱼鹰静态展示能够准确的看出这款机型的研制过程中非常考究,从一款除尘设施就可以看的出了。在鱼鹰机身上有一个由众多小孔组成的部件非常特别,走进一看这些小孔其实都市由一个个类似风扇的结构组成。这是一款独特的除尘设施,其原理是利用各种成型的结构让空气旋转,在这过程中起到了灰尘被清除的效果,如此以来进入机内的空气就比较清洁了。
类似鱼鹰的除尘设施还出现在了欧洲的几款直升机上,其最大的作用就是过滤发动机进气,这些细微之出可以看的出欧美的航空工业的基础的确非常扎实。
编者按:旋翼机是一种利用相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器。它的前进力由发动机带动螺旋桨直接提供。旋翼机必须滑跑加速才能起飞。与传统直升机的结构相比,“倾转旋翼”采取了以倾转式浆盘的横列式双旋翼的结构,那么这种旋翼机能否改变未来?
追溯历史,在上世纪60~80年代,美苏争霸进入了白热化,双方都在拼命发展新型武器装备。在苏联占领阿富汗的10年战争中,苏军米-24等现代战斗直升机在战场上反映出来的威猛无比的作战能力,给美国带来很强的震撼,美国提出要研制和装备更高速度和飞行能力的直升机,对抗苏联战斗直升机已占有的优势,他们选择了可以在一定程度上完成飞行速度上有更大突破的“倾转旋翼”横列双旋翼的结构设计,作为新的作战直升机的技术路线。
与传统直升机的结构相比,“倾转旋翼”采取了以倾转式浆盘的横列式双旋翼的结构,使得直升机的旋翼系统能转90°,既能够让直升机垂直向上,又有使它具有类似飞机螺旋桨的前飞能力。当这种试验机试飞成功时,立刻成为了全世界的焦点。而苏联却不以为然,他们都以为这种倾转双旋翼系统结构布局的直升机,没有新的技术优势,而且会有很大的飞行风险。所以,在苏联时期及后来的俄罗斯直升机界,很久对倾转式横列双旋翼直升机结构,基本上没有过大的兴趣。
自从日本安倍政权上台后,为了达到他对外军事扩张,重新复活军国主义、遏制中国的多重“进攻性”政治目的,拟重金大量引进美国V-22“鱼鹰”的直升机,并准备将其部署到冲绳地区的军事基地,图谋逼近我国东海海域,形成巨大的军事威胁。那么“鱼鹰”到底有哪些独特的优势呢?
首先是飞行速度快,500~550千米/小时的平飞速度,要比传统旋翼直升机快了1倍,作为战场运输直升机的优势无可比拟。
其次是机仓宽度比较大,传统直升机所设计的机仓比较窄,对运输能力有很大的限制。V-22“鱼鹰”直升机是横列双旋翼的结构布局,在机仓宽度设计时的条件,就可以宽松很多。
在运输条件宽松和装载能力的增加,为水面舰艇、登陆、岛屿作战可创造很多先机。这也是日本叫嚣敢于进行夺岛作战,有战场取胜优势的原因之一。
然后是舰载条件比较好,特别是在万吨级的两栖攻击舰、中大型登陆舰、大型补给舰、运输舰和航空母舰上,都可以停放和起降。
它对军舰的技术方面的要求和传统直升机基本相当,其水面作战飞行能力却提升了1倍多,慢慢的受到水面舰艇作战、登陆作战、海洋封锁、岛屿控制,等作战形式的青睐。
针对美国V-22直升机日益凸显的优势,俄罗斯已经在重新研究倾转式横列双旋翼直升机,很快就会有更新的同类直升机问世。我国也要针对世界未来直升机新技术的变化,尽快设立倾转式横列双旋翼直升机的装备序列。我国在这类直升机科技和装备方向上,应注意在关键科学技术和方式方法上的突破。
在珠海航展上亮相的“蓝鲸”直升机是正在研发的一款倾转旋翼机。“蓝鲸”为四倾转旋翼构型,商载达到20吨;巡航速度538千米/时;航程3106千米。在科研人员的构想中,“蓝鲸”采用可收放起落架,具备垂直起降和滑跑起降能力,配备四台发动机,余度设计确保两台发动机失效后还能安全飞行。中国人在结构设计的技巧能力方面,有很大的思维优势。我们能更巧妙地设计倾转式横列双旋翼直升机,制做出比V-22直升机性能更好、更轻巧、简捷、高效能、低成本和维修方便的直升机。
了解在复杂气流影响下,直升机从横列双旋翼转变到平飞螺旋桨状态时,或反向状态时,各种空气动力性能的变化规律是重中之重。美国人在这样一些方面的空白区也很多,我们现在起步也不会落后,也有一定可能会迎头赶上。
我们的设计不应局限于V-22直升机现在的结构布局,还可通过苏联时期已经有很多的复合式直升机科研实物,他山之石,另辟蹊径,以超过V-22直升机为目标,在设计思想和技术路线方面大胆创新,实现成果和产品的推陈出新。
我们要认线“鱼鹰”直升机真实的优缺点,继承和改进到我们研制的新型装备中,使我国这类直升机的科技成果更具实战性,尽快形成未来战场上的作战优势。
在我国,很多人对类似V-22“鱼鹰”直升机有极大的研究兴趣,这是我国在这类科学体系和装备技术上的巨大优势。虽然有些研究还有幻想和随意性,缺乏系统性和严谨的科学论证,但是能在反复学习、交流和讨论、科学试验的过程中,不断产生有益的创新思想,推进我国的直升机装备科技发展,逐步赶上世界先进水平。
2015年国际直升机博览会(Heli-Expo2015)于3月2日至5日在美国的加利福尼亚州西南部城市阿纳海姆举行。展会开幕当天,意大利阿古斯塔·韦斯特兰公司展出了最新研制的AW609倾转旋翼机,引起不小关注。
AW609目前已获得约60架订单,2003年首飞,预计于2016年获得机型认证。该机型的最大起飞全重可达到16800磅甚至18000磅。所有九个乘客座位满座的情况下,旋翼机仍能以足够的燃油飞行350海里。为使飞机可以在海上石油钻井平台上垂直起飞和着陆,可能要减少一定的重量。
H160在外形和功能上都可谓是独具一格的旋翼直升机,它整合了空中客车直升机68项专利技术。其增加的有效载荷、航程和效率使该款产品成为多用途直升机的理想选择,这中间还包括油气运营、公共服务、空中医疗、海岸警卫巡逻,以及商业运输、私人和公务航空领域等。
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