追风挚电的高速升机

打开文本图片集

直升机主要由机体和升力（含旋翼和尾桨）、动力、传动以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。目前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机，其中又以单旋翼直升机数量最多。直升机的最大速度可达300千米／小时以上，俯冲极限速度近400千米／小时。受传统旋翼系统基本原理的限制，从20世纪60年代开始，传统直升机的最大前飞速度一直难以逾越340千米／小时的极限。高速直升机就旨在打破这一速度障碍，对传统的直升机速度极限发起了挑战。

影响直升机速度的因素

一般的直升机旋翼，其桨叶通过水平铰、垂直铰和轴向铰（也称变距铰）与桨毂柔性连接组成。直升机在做悬停，垂直起降时，桨叶表面任意一点的相对气流速度就是这点的周向速度,并且在旋转平面内左右两边桨叶对称点的相对气流速度是相同的。但直升机在前飞时，桨叶表面任意一点在旋转一周中，其相对气流速度的大小和方向都是不一样的。在旋转方向和气流方向相反的半周，相对气流速度等于周向速度与飞行速度的矢量和，此时的桨叶称为前行桨叶；当桨叶旋转到旋转方向和气流方向相同的半周，相对气流速度等于周向速度与飞行速度的矢量差，此时的桨叶称为后行桨叶。

直升机要开始前飞，就前推驾驶杆，自动倾斜器向前倾斜，旋翼也就向前倾斜，旋翼产生的升力有了一个水平方向的分量，就可以前飞了。要想增加直升机飞行速度，就必须增加旋翼的旋转速度，以增加更多的水平拉力。但是，随着旋翼的旋转速度不断增大，前行桨叶的桨尖速度接近甚至超过声速时，该桨尖处的空气被压缩，堆积在桨叶前面，人们称之为激波，这种激波会产生极大的阻力，这就是所谓激波失速。同样，在后行桨叶的桨根部分还会出现气流从桨叶的后缘向前缘的反流区。由于后行桨叶气流相对速度减小，为保持升力与前行桨叶相同，就必须增加后行桨叶偏转角度（桨距），但是与固定翼飞机的机翼仰角一样，桨距过大，气流就会从桨叶前缘开始分离，在桨叶后缘形成一个很大的涡流区，产生很大的阻力，导致桨叶升力突然巨幅下降，这称之为气流分离失速。因此，旋翼的前行桨叶的激波失速和后行桨叶的气流分离失速，就是直升机平飞速度落后于固定翼飞机的主要症结。

提高直升机速度的措施

提高直升机的飞行速度是直升机界一直关注的问题，传统方法有降低直升机的阻力——改善直升机外形（流线型，表面光洁度），降低桨阻力，适当提高发动机喷口速度；增加发动机的功率——增加发动机数量或改进发动机的性能，提高减速器的传动能力；推迟前行桨叶激波——有利于噪声水平的降低和激波阻力的减少。在现有技术的条件下提高直升机速度已可能，用直升机和固定翼飞机组合这一思想在直升机的发展进程中早已出现。纵观各种高速直升机的方案,大多数方案采取了从直升机模式过渡到飞机模式的方法。从升力部件的结构上来说，就是机翼加桨叶的形式，二者相互协调，相互配合，充分发挥各自优势。高速直升机可分为复合式、倾转旋翼/机翼式、旋翼/机翼转换式。复合式高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后旋翼进入自转状态，速度再提高时旋翼转速降低并逐渐卸载，机翼逐步承载，当转速降至一半时，旋翼只承担升力很小部分。这样，桨叶剖面迎角的减少和旋翼转速的下降分别推迟了后行桨叶的分流分离和前行桨叶的激波失速。让机翼为旋翼卸载，这就是复式直升机的核心思想。倾斜旋翼/机翼式高速直升机是在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后倾斜旋翼/机翼成为螺旋桨，直升机模式成为固定翼飞机模式，这是倾斜旋翼/机翼式高速直升机的核心思想。旋翼/机翼转换式高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作，速度提高到一定程度后旋翼由机翼替代，成为固定翼飞机，这是旋翼/机翼转换式直升机的核心思想。

现阶段各国都在利用最新技术研制新型高速直升机，意欲竞争世界速度最快直升机的名号。主要有美国西科斯基飞机公司的X2，俄罗斯卡莫夫直升机公司的卡-92，欧洲直升机公司的X3。

美国西科斯基飞机公司X2

2008年8月，美国西科斯基飞机公司宣布他们完成了对X2高速验证机的飞机测试，在纽约进行了30分钟的首次飞行。X2验证机由小型直升机发动机公司(LHTEC)的T800发动机驱动，这款发动机原本是为已经被取消了的西科斯基/波音RAH-66阿帕奇直升机而设计开发的。西科斯基飞机公司宣布X2是20世纪70年代XH-59A先进旋翼概念的现代版，其显著特点是采用被命名为XH-59的电传操作系统来应对较高的振动水平。X2技术验证机包含了一系列新技术，如一套共轴反转式双旋翼，以获得更高的平飞速度，同时不牺牲其低速飞行性能、有效悬停和自转下滑安全性。除此之外，该验证机加入了电传控制系统，减小桨毂阻力的装置、主动振动控制和综合辅助推进系统。西科斯基称其为在一系列使用任务“使技术成熟”，如高速空中医疗急救响应，侦察、观测和其他特殊军事行动。

由西科斯基飞机公司提出的X2技术验证机，由于采用了新的旋翼桨叶设计、先进的飞行控制律、主动振动控制技术，并具有更大的单位重量飞行功率传输能力和从主旋翼向推进尾桨平稳输送动力的能力，从而实现了共轴旋翼直升机在速度和飞行性能上的新突破。西科斯基飞机公司之所以将这款技术验证机定名为X2,主要想表达一个含义，即希望通过采用上述各项现代先进技术的集成，使这种基于共轴双旋翼直升机设计的新型共轴双旋翼直升机的性能水平达到传统设计的“双倍”（2X）。像X2技术验证机这种将共轴双旋翼和推进尾桨技术合二为一的设计方案，迄今还是首次。其关键技术在于X2采用的具有先进控制律的电传系统，实现了对该机的主旋翼、推进尾桨和发动机的综合一体化控制，从而使X2在具有高速性能的前提下，保持了直升机悬停飞行、垂直起降和低速机动性能，并可以平稳地从悬停飞行状态进入高速向前平飞状态。作为综合辅助推进系统的一部分，该机上的一个或多个推进尾桨可以使飞机获得远高于传统直升机的平飞速度。

最近公开的2406千克重X2验证机持续速度可以达到460千米／小时。X2直升机拥有两个重叠的、质量轻的复合材料叶片，1400马力的发动机和一个推进螺旋桨，它在飞机后方为飞机提供推动力。按照设计，如果X2的速度可以达到460千米／小时，并能保持这一速度，那么它将比现在的“阿帕奇”武装直升机快180千米／小时。X2验证机在制造过程中使用了线控飞行技术，可以在飞行员受伤时自动飞行。X2飞机按照要求的速度时，可以执行一些特定任务。它可以以460千米／小时的速度飞入作战区域，然后执行直升机的操作任务。然后，再以这一速度飞到下一个任务区。

俄罗斯卡莫夫直升机公司卡-92

俄罗斯于2008年5月15日至17日在莫斯科举办了首届“HeliR8”国际直升机展览会。在这届展会上，俄罗斯各直升机研发单位在会上展出了三类外形比较“独特”的直升机模型，其中之一即为卡-92新概念直升机。第一眼看到卡-92，大家也许觉得有些眼熟。它与美国西科斯基公司的X2验证机的构型如出一辙。只不过美国西科斯基的X-2还是双座的技术验证机，而俄罗斯卡莫夫展出的卡-92已经是可载数十人的大型运输直升机的模型了。

这种复合式新概念直升机的主要特点就是采用了西科斯基研究的所谓ABC（AdvBladeept前行桨叶概念）刚性旋翼技术。所谓ABC刚性旋翼，就是采用两副尺寸完全相同，但旋转方向相反的共轴式刚性旋翼，它取消了普通旋翼中桨叶用来柔性连接桨毂的水平铰、垂直铰，只保留变距铰。在飞行过程中，共轴式刚性旋翼只负责产生升力无须产生前飞拉力，前飞拉力由辅助推进装置产生（X2和卡-92都是尾部螺旋桨），因而也无须复杂的自动倾斜器。当直升机前飞速度不断增大时，后行桨叶进行卸载，升力逐渐转移到前行桨叶上，使前行桨叶处于高动压流场中，能很好地发挥作用。后行桨叶卸载后，桨距不用很大，故不易产生气流分离失速。另外，前行桨叶和后行桨叶升力不对称的翻转力矩，正好由上下两副旋转方向相反的旋翼相互抵消，保持升力平衡。这样旋翼的气动效率大大提高。由于刚性桨叶没有挥舞，上下旋翼可以离得很近，而没有碰撞的危险。差动式地加减上下旋翼的桨距以形成扭力差不仅形成水平方向上的转向，还由于刚性旋翼非对称升力造成横滚，进一步加速转弯过程，所以采用的ABC刚性旋翼的直升机具有异乎寻常的机动性，大大超过常规直升机。

俄罗斯的卡莫夫设计局已经成功研制和投产了一系列采用共轴双旋翼设计的直升机，并广泛应用于军民用领域。从1966年卡-25直升机开始批量生产迄今，卡莫夫的共轴双旋翼直升机已在苏联/俄罗斯服役了近40年。而推进尾桨技术一般使用在复合式直升机上，用来提高直升机的平飞速度。美国20世纪60年代研制的YAH-56武装直升原型机上便采用了这种设计，该机在试飞中达到了400千米／小时的前飞速度。

还要提到的是，西科斯基的X2采用了为RAH-66"科曼奇"直升机项目研制的复合材料旋翼系统和先进传动设计，以及原来Cypher无人机项目的电传操纵技术。目前还不清楚卡莫夫的卡-92是否采用复合材料旋翼和电传操纵技术。但是和X2一样，卡-92也还必须解决减速器和离合器的设计难点。因为在平飞时，发动机的部分动力将通过减速器减速后用离合器接通尾传动轴传递给尾部的螺旋桨，在进行悬停和垂直飞行时，离合器就要断开尾传动轴使尾部的螺旋桨失去动力从而停止转动。而尾部螺旋桨所需的减速比与旋翼所需的减速比是不一样的。并且在这个过程中，功率损失要尽可能的少，离合器损耗要尽可能的低。美国在CypherII“龙武士”的试验飞行中，就出现了离合器损耗过高的问题。

欧洲直升机公司的X3

2010年9月，欧洲直升机公司计划利用最新技术研制一款X3型高速直升机，意欲竞争世界速度最快直升机的名号。欧直公司宣布，该公司已完成了X3型直升机原型机的首次试飞，该直升机的最高设计巡航速度将达到407千米／小时。欧直公司正式加入制造世界速度最快直升机的竞赛。

欧直公司的X3型直升机原型机，兼具了涡轮螺旋桨飞机的速度和直升机的盘旋飞行能力。欧直公司的竞争对手美国西科斯基飞机公司的X2型直升机此前已进行了为期两年的试飞。欧直公司X3型直升机和西科斯基X2型直升机采用完全不同的技术实现高速飞行。西科斯基的X2型直升机采用的是一对反向旋转的主旋翼以及尾部的一个推进螺旋桨，而欧直公司的X3型直升机则是采用一对涡轮发动机为主旋翼提供动力，在机身两侧两个小机翼上还装配有一对前向螺旋推进器。很明显，这种高速直升机主要是根据军事方面的需求而研制。不过，两家公司均声明，高速直升机也将满足民用需求，如地面搜救、医疗救护飞行等。与美国V-22倾转旋翼机等竞争者相比，X3型直升机原型机的设计概念经济性更好，适用于重型直升机。所有主要直升机制造商都希望飞机飞得更远、更快。相比普通直升机，新机通常能节约费用20%至25%，速度快50%。X3是欧洲直升机公司H3高速远程混合直升机的验证机。后者可用于远程搜索和救援、边境巡逻、城际客运以及军事目的。

2010年9月6日，欧直公司X3型直升机原型机正式对公众展示，并完成了首次试飞。不过，该飞机向公众开放时间仅有一周。欧直公司表示，他们的测试工作将继续进行直到年底。他们的计划是到12月时，X3型直升机的速度将逐步提高到333千米／小时。此后，经过冬季三个月的升级，X3型直升机将于2011年3月恢复试飞。欧直公司希望，该型直升机将能够达到407千米／小时的巡航速度。拥有两个座位的西科斯基X2型直升机机型细长，看起来很像是一架攻击直升机。与西科斯基X2型直升机不同的是，X3型直升机拥有更大的座舱，可以搭载更多的货物和数名乘员。两家公司均声称，这种技术可以用于不同大小的机身上，既可以应用于军事用途，也适宜民用。经过两年多的试飞，西科斯基公司似乎已经在这一竞赛中取得了领先优势。但是，由于两家公司采用了完全不同的技术，因此这一竞赛远没有结束。

责任编辑：伟翼

推荐访问:追风