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速度制胜——美俄竞争21世纪高速直升机
速度制胜——美俄竞争21世纪高速直升机
[前言]
在1980年的伊朗人质救援行动中,美国直升机速度与航程不足的问题充分暴露出来。人质营救本来就是十分复杂的作战,如果当年使用的是MV-22,从阿拉伯海的航母到德黑兰的美国大使馆来回飞行就不需要落地加油,至少减少了行动中的最大变数。
1981年,美国国防部指令启动JVX计划,研究远程、高速直升机技术,美国海军陆战队对JVX的热情最高。直升机一出现,美国海军陆战队就是热情的追随者,这是因为二战式的密集船队集群抢滩在核战争条件下已经不可行,拥挤在滩头的密集船队和车辆、人员是战术核打击的最好目标。直升机的垂直登陆不仅速度快,不受水际滩头障碍和滩岸条件影响,而且容许在宽广战线上从地平线以外的远海直接到浅近内陆进行快速输送,是两栖作战的理想运输工具。多年来,串列双旋翼的CH-46是美国海军陆战队的运兵主力,MV-22具有更高的速度和航程,计划用来替换CH-46。
(作者:盘欣)
据媒体报道,5月4日,美国西科尔斯基公司和波音公司公布了FVL-M系列未来直升机的视频。先前洛克希德·马丁公司设计的S-97高速直升机也进行了试飞。与此同时,俄罗斯的米尔设计局和卡莫夫设计局也推出了宏大的高速直升机项目。
从公布的资料来看,尽管新一代直升机各方面性能都有很大提高,但最关键的性能指示都集中在提高飞行速度上。在研发新一代直升机的竞争中,美俄都把目光瞄准了高速直升机,并试图以速度制胜,来夺取21世纪高速直升机的制高点,其目的是为未来战场需要和国际市需求争得先机。
FVL-M系列未来直升机想象图。
现代军用直升机可广泛应用于各种军事行动,执行各种战术任务。包括:军用物资/兵员运输、战斗搜索与救援、伤病员后送、通信联络、战斗指挥/控制、侦察、目标指引、反舰/反潜、布雷/扫雷、护航、对地火力支援/攻击、电子战、战斗损伤评估等,可以说几乎涵盖了军事作战行动的各个方面。
由于军用直升机在战场上占据举足轻重的地位,并已成为现代战争的空中利器。因此,进入新世纪后,世界各国都高度重视发展新一代军用直升机。
尽管军用直升机,特别是武装直升机被公认为是现代战争的空中利器,但由于传统直升机速度低、机动性差、生存能力弱等缺陷,严重限制和制约其作战效能的发挥。这也是美俄等航空大国,致力于解决发展新一代直升机的难点问题。
怎样寻求突破?首要的提高速度。由于传统直升机受其自身气动布局的限制,飞行速度一般在200至300公里之间。从飞行原理上看,直升机是由发动机驱动旋翼作为主要升力来源,旋翼受自动倾斜器操纵又可产生向前、向后、向左或向右的水平分力。直升机的前飞主要靠自动倾斜器操纵旋翼前倾进行,此时旋翼产生的大部分力仍然要作为升力来抵消重力。相比固定翼飞机,这种结构特性严重制约了直升机的飞行效率,飞行速度和载重量远远低于固定翼飞机。因此在很长的时间里,速度问题一直是制约直升机发展的瓶颈。
如何才能突破直升机的速度极限?西科斯基公司致力于通过附加推力的研制,以大幅提升直升机的飞行速度。附加推力型直升机,主要是通过去除尾桨及其传动装置并加装水平推力装置和操控系统,来增加直升机前飞时的推力,提升飞行速度。
造型科幻的S-97高速直升机,是西科斯基X2的直系后代。
2008年,西科斯基公司推出了新一代高速直升机验证机X2,并于8月27日成功首飞。随后,经过4个阶段的分期测试,最终在9月15日的测试中达到了460千米/时的设计时速。这种新型高速直升机仍旧保持传统直升机所有主要的技术性能——空中悬停、高速机动和垂直起降。
资料显示,X2以共轴原理制造,拥有上下排列的两副旋翼,桨叶轻微弯曲,可降低其空气动力阻力并提高桨叶转速。重要的是,采用附加推进技术,在尾梁上安装的不是舵桨,而是6叶空气反推旋翼,从而使水平飞行速得以大幅提高。这一设计与流线型机身一道让该机达到了前所未有的高速。
美国新近公布的FVL-M系列未来直升机,是吸取X2技术成果的后继项目。视频资料中的直升机为电脑制作,并非实体样机,分运输型及攻击型两种,两个版本的直升机,使用相同的发动机、旋翼、反推尾部旋翼、机载雷达和动力系统,做到了最大化通用,从而节约成本和简化生产过程。
而早些时候洛马公司研制的S-97高速直升机也是X2的直系后代。S-97被命名为“突袭者”,于2015年5月完成首飞,达到了407公里的巡航时速。S-97机身全由复合材料制成,以减轻自重,提升速度,以及提高隐身能力。
由于采用了独特的共轴双旋翼加后机身推进式螺旋桨复合动力布局,S-97的最高飞行速度超过每小时480千米,相当于美军现役“黑鹰”运输直升机的2倍,“阿帕奇”攻击直升机的1.5倍。有关专家认为,该型机代表了未来直升机的发展方向。
米-24 PSV先进高速直升机。
面对高速直升机的快速发展,俄罗斯不甘落后。2015年在第十二届莫斯科航展上,俄罗斯直升机公司米里设计局公开展示了新一代高速直升机验证样机。该机在米-24“雌鹿”武装直升机基础上采用新的机体和旋翼设计设计而成,被称为米-24 PSV先进高速直升机。
俄媒体称,米-24 PSV采用诸多不同于传统“雌鹿”直升机的新技术,比如风阻较小的高速气动外形,新型克里莫夫VK2500涡轴发动机等,其最关键的技术却是外形独特的宽弦旋翼桨叶,而高气动效率、高机动能力的旋翼,既是新一代直升机发展的必备技术,也是一个必然趋势。这也证明了俄罗斯下一代高速直升机研制已进入关键技术研究阶段。
RAH-66“科曼奇”直升机早已下马。
从技术层面讲,美国早就研制成功了RAH-66“科曼奇”直升机,该项目于1983年立项,五角大楼曾经为“科曼奇”项目作出了高达390亿美元的预算。“科曼奇”兼具速度和隐身。其最大特点是采用了直升机中前所未有的全面隐身设计,包括对声音和雷达隐身,以及红外隐身都达到极致;同时最大飞行速度达到328千米/小时,飞行性能优异,曾一度被列为美陆军航空兵未来的主力作战机型。
但由于“科曼奇”造价太高,研制周期过长,再加上冷战结束后美军作战任务和对象都发生了变化,在砸进69亿美元、耗费21年的宝贵时间后,美国陆军最终还是宣布,取消“科曼奇”新型直升机的研发计划。
然而,随着新的战略需求及装备的更新换代,美俄都迫切需要新一代军用直升机,以替代日渐老旧的现用装备。因此,在研制新一代直升机时,为了降低成本及加快研制周期,只能把诸多理想化的指标加以简化,并把速度作为最核心的竞争力。从美俄竞相公布和展示各自的高速直升机的情况来看,意味着美俄在这一领域的竞争将更加激烈。
解放军陆航严重缺乏高性能的重型和中型通用直升机,直20有望缓解这一状况,但仍无法彻底改变中国追赶美俄的态势,直升机仍是军事技术发展上的短板。
从未来直升机的发展趋势来看,高速特性必然是一个关键性指标。随着技术的突破,以速度制胜的高速直升机必然是发展的主流。此外,隐型化、智能化、模块化、无人化等,将是新一代直升机发展的基本趋势。
常探机器人-模块化高速高安全垂直起降固定翼飞行器
模块化高安全高速固定翼(无人)直升机
模块化飞行器——未来的飞行器将不再根据特定任务来设计和构建,新飞行器系统最终有望推动生产可以适应不同任务要求的飞行器
常探机器人-模块化高速高安全垂直起降固定翼飞行器,每一个机翼包含两个以上相对较大的风扇,同时中间通过水平舵翼,将机翼分割成前后两部分,实现串列翼的前后都能提供升力的性能。并可以在两侧模块化增加复合型垂直升降机翼,在不重新购买新的大型号飞机前提下,实现载荷性能的倍增,满足各种应急需求。推力风扇排列在前面(核心机在后方),这形成了一个特殊的复合直升机、多旋翼、固定翼、滑翔机、串列翼长航时飞机这五大类飞行器所有优点的新一代飞行器机翼和低机翼负荷。
垂直起降状态:当垂直起降后,飞机高度达到足够高时,前部的两个推进螺旋桨将加大马力,从而加速飞机水平飞行。一旦机翼完全支撑住飞机,我们就会完全关闭垂直升力风扇,然后自封闭涵道挡板在弹簧的弹力下马上实现自动闭合,变成水平机翼的一部分,最后像传统飞机一样高效飞行。
水平飞行是像传统固定飞机一样,并通过水平舵翼和垂直尾翼来控制航向。避免飞行中的横风对航向的干扰,有效提高抗风能力。
临近指定降落区降落时,水平翼面的垂直升力风扇重新打开,气流冲开底部的自封闭挡板,然后飞机缓缓下降。遇到较强横风时(如海面的7级大风),水平推力风扇辅助飞机进行空间定位,有效提高起降期间的抗风能力,实现恶劣天气的海上起降。
水平滑翔起降状态:重载时,垂直升力风扇关闭,飞机像传统飞机一样,滑翔起飞。依托传统飞机双倍以上的翼面面积,可以轻松实现短距离起飞,同时依托大面积的机翼,可以有效提高载荷或节省油耗。
飞行速度由推进器决定,
设计螺旋桨推进器飞行速度范围在200到600km/H左右(预估值)支持低速滑翔姿态。
设计喷气推进器飞行速度范围在200到900km/H左右(预估值)支持低速滑翔姿态。
常探机器人-高安全垂直起降固定翼飞行器在控制、安全、经济和性能方面有了进一步的改进。
【黑科技】炸机、坠机时,能滑翔自救:
工业无人机和直升机出现炸机事故是很常见的,往往带来几十万、上百万甚至千万、上亿的损失,并造成高价值载荷和机组人员的伤亡,还对地面设施和人员有着致命危害。原因有旋翼遇到障碍物损坏、发动机损坏、电池突然掉电等等。
传统的无人机和直升机遇到此类情况束手无策,往往只能眼睁睁的从工业无人机和直升机,从高空坠落摔得粉身碎骨、机毁人亡。
垂直悬停时,靠多旋翼保持稳定
发动机损坏、电池掉电或旋翼损坏,引起炸机即将坠机时,改为向前滑翔飞行
我司发明的新型飞行器可以从结构上完美的改善这个痛点。因为坠机时下坠速度飞快,空气阻力会自动把涵道风扇的下挡板封闭。一旦封闭涵道,整架飞机就从多旋翼和直升机结构,变成了固定翼结构,可以依靠滑翔方式,缓慢降低坠机加速度。保护飞机和昂贵的机载装备以及机组人员。
通过从多旋翼直升机模式,变成固定翼滑翔机模式缓慢降落,挽救飞机和机组人员的生命。
【模块化高安全高速固定翼(无人)直升机】是一种复合直升机、多旋翼、固定翼、滑翔机、串列翼长航时飞机这五大类飞行器所有优点的新一代飞行器!具有起降距离短,飞行速度快、机动灵活、避障能力强、机翼结构强度高、飞行能耗低等特点。
由于直升机在沙漠