空客最新的RACER高速验证机——于细微之处见匠心

空客最新的RACER高速验证机——于细微之处见匠心

> 前言

> 高速,是下一代直升机(或者说旋翼飞行器)的基本特点之一,也是传统直升机拓宽任务剖面,提升应用场景的必经之路,空客自收购欧洲直升机公司之后,也接收了其名动一时的X3高速复合直升机技术,在此基础上,空客联合众多合作伙伴,在欧洲洁净天空Ⅱ(Clear Sky 2)的计划下,发展出了面向未来的新一代高速型复合直升机演示验证机,其名为Racer,或者译为“竞速者”,这架验证机到底强在哪里?比之传统直升机或者X-3,它提升了哪些?一言以蔽之——于细微之处见精神,细节决定成败,详情请继续阅读下文。


空客最新的RACER高速验证机——于细微之处见匠心

对空客直升机而言,目前RACER 验证机的设计工作已经进入最后的阶段。该机的研发乃是空客与全球13个国家40多位合作伙伴共同参与的欧洲洁净天空计划第二阶段的重头戏,近期,空客已经提交了该机的关键系统的初步设计报告,并且已经准备着手开启该机的工程制造。空客预计将会在2019年完成对RACER原型机的装配工作。

为何是RACER呢?

众所周知,传统直升机具备的垂直起降以及悬停能力能够胜任大部分低空救援、投放、警戒、侦察任务,但是其较低的前飞速度限制了其进一步扩大任务半径的可能,使得直升机的优势无法更好地发挥出来。

为了解决这一问题,一系列垂直起降飞行器被研制出来,比如说西科斯基的刚性共轴旋翼+尾推螺旋桨的S97掠夺者、贝尔的V-22鱼鹰及V-280勇气倾转旋翼机。

相比之下,空客直升机的RACER更像是一种折衷的方案,它既保留了大尺寸的单旋翼,来实现几乎可与常规直升机媲美的悬停性能,同时又加装了机翼和推进螺旋桨,使得该飞行器在前飞的时候,几乎就像一架固定翼飞机。

直升机速度的限制来自何处?

这个问题关注我号的读者肯定看到我说过很多次,当然这也确实是常规直升机的基础问题之一。

感兴趣的读者可以翻翻我之前的文章,我这里就不细说了,简略概括一下。

第一点:所有飞行器都有的,发动机功率限制;

第二点,直升机特有的,旋翼前行侧桨尖速度由旋翼旋转速度和来流速度叠加,很容易接近声速,导致出现激波阻力;

第三点,直升机特有的,旋翼后行侧桨根速度由旋翼转速和来流速度之差,易出现失速。

由上文可以看出,大尺寸的直升机旋翼虽然给直升机带来了优秀的悬停性能,但却直接影响了其前飞速度,为了解决这个问题,RACER 在高速前飞状态下,将会降低旋翼转速,这就推迟了前行桨尖的激波阻力问题,使得直升机能够达到更高的速度。读者可能会比较好奇,这时候,旋翼转速降低了,升力岂不是也变小了,确实,旋翼升力变小了,但是RACER还有机翼呢,机翼在高速飞行状态下能提供足够的升力来使得旋翼足以卸载部分升力,这也是RACER的特点之一。

细节决定成败?

空客最新的RACER高速验证机——于细微之处见匠心

如果说单旋翼带双螺旋桨的布局仍然是当年X-3留下的技术财富,那么RACER真正夺人眼球之处,就在于设计师为其带来的一系列极具创造性的细节:

  1. Fully faired main rotor head:全流线型主旋翼头,大大减小了阻力以及产生的尾流,从而减小了其对旋翼性能的影响;
  2. Outstanding acceleration deceleration:螺旋桨分布式驱动,配备了高效的减速器;
  3. Simple and robust architecture:简洁却又可靠的结构设计;
  4. Optimised cabin:出色的机舱设计,使得操纵效率大大提升;
  5. Low-drag fuselage:低阻机身设计,使其能够游刃有余于种种速度优先的任务中;
  6. High efficient lateral rotor:后装的高效推进桨,性能好且安全;
  7. Double wing concept:双翼概念设计,可以带来更优的气动性能、更高的系统刚度以及重量的降低和乘客的安全性;
  8. Asymmetric tail boom:非对称尾梁设计。对于悬停性能有着较大提升(其原理类似于边条翼,可以参考我上一篇文章)。

高速型旋翼飞行器将是下一代的国之重器,无论在军用领域——侦察、投放、警戒、作战,还是在民用领域——医疗、搜救、运输、勘测方面都将发挥出巨大的作用,现在美国有S97、V-280,欧洲有RACER,俄罗斯也在高速型直升机方面取得了巨大进展。

中国需要加油了!


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