高速、高性能、模塊化即插即用—垂直起降飛行器的未來了解一下

> 前言

> 許多年來,垂直起降飛行器的世界幾乎都被直升機佔領,但隨著任務需求越發多樣化,速度較低的直升機已然不能滿足市場、時代的需求,同時兼具高速前飛能力和垂直起降及懸停性能的新一代複合式飛行器才是未來。


高速、高性能、模塊化即插即用—垂直起降飛行器的未來了解一下

美軍的未來垂直升力計劃(FVL)旨在用新型的垂直起降飛行器代替傳統的直升機,以此來使得美軍能夠實現超遠距快速投放和作戰任務。當你在閱讀本篇文章的時候,世界上的頂級國防裝備製造商——貝爾、波音、洛克希德·馬丁、西科斯基,以及大大小小數百家的裝備製造商和供應商,正在加速打造這一類先進飛行器的驗證機。

FVL項目提出了一系列新的標準,這些標準必須得通過新的技術或者製造工藝才能實現。為了製造這些高度現代化的垂直起降飛行器,裝備製造商們因而不得不開發出一系列新的技術手段以滿足實際需求,這些需求包括:更高的飛行速度、更大的航程。此外,可靠性、可維護性、對後勤支持的需求更低以及一系列其他的關鍵因素都在FVL項目的計劃中出現。

另一個要求是可擴展性,這意味著在型號基礎上,直升機可以發展出輕型、中型、重型等多種型號系列,以此來滿足不同的特殊任務需求。目前來說,新型飛行器的機身、旋翼系統、發動機、傳感系統、支承系統相比於就型號都進行了徹底的改變,這也是美國軍隊能夠始終保持制空權的保障之一。

貝爾的 V-280勇氣 傾轉旋翼飛行器

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貝爾直升機一直在使用”數字線“的概念來簡化Bell V-280 勇氣的整個製造過程,包括機身、機翼、旋翼及各種零配件。貝爾直升機的先進傾轉系統全球業務開發總監Chris Gehler 表示:”我們已經能夠在設計飛行器的過程中於供應商、工程師和信息技術團隊協同並進,從而準確掌握市場的變化和需求。所有的零件都應用恰到好處的技術並被恰到好處地應用在需要他們的地方,返工這種問題已經顯著減低。“

使用”數字線“的流程同樣也降低了成本。Bell表示,當年為V-22魚鷹製作設計圖的時候花費了700~800個消失,大師設計V-280僅僅花費了40個小時左右,降低了將近20倍。

V-280的設計最高速度為520公里每小時,大約為當前直升機的兩倍多,航程為500~800海里,也是目前直升機任務半徑的兩倍左右,其負載重量高達6噸。可以同時搭載4名機組成員及14名裝備齊全的突擊小組、醫護人員或者是任何其他成員。

SB>1 挑釁者

波音公司和西科斯基公司合作生產的SB>1挑釁者中型直升機。這種新型號的高速型直升機採用了ABC旋翼(前行槳葉概念旋翼),又叫升力偏置剛性共軸雙旋翼技術,在這種旋翼構型中,兩副剛性旋翼加裝在同一根軸上,尺寸一致,方向相反,兩者反扭矩直接抵消,因而不需要其他的反扭矩系統,並可顯著減輕旋翼系統的重量。共軸系統還可以降低升力不對稱的現象,因為上下兩旋翼可以分別在兩側產生相同的升力,從物理描述上可以說兩側都是前行側,因而被叫做前行槳葉概念(ABC,Advanced Blade Concept)。

挑釁者配備了先進的驅動系統、新型的剛性旋翼系統,帶有離合器的推進螺旋槳系統以及主動振動控制系統。在高速飛行時,推進裝置將提供主要的推力,使得該飛行器具備更高的前飛速度。挑釁者的最高飛行速度預計超過460公里每小時(一般認為SB>1的出現是為了代替UH-60黑鷹,而黑鷹的最高時速只有約300千米每小時)。

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改進發動機以延長壽命

”改進渦輪發動機計劃“(ITEP)被稱為美國陸航的”超級現代化優先計劃“構成了FVL的第二個主要組成部分。ITEP將為美國軍方最新的飛行器提供最新的公里裝置,以改善陸軍現有的西科斯基UH-60M黑鷹和阿帕奇編隊的性能和作戰能力。

在阿富汗和伊拉克炎熱的高溫和高海拔地區的行動顯示,目前安裝在這兩種飛機上的GE航空T700發動機的能力嚴重不足。此外,隨著技術的進步和任務要求的改變,這些年來這些飛行器的負載和外掛都增加了不少,這些都增大了起飛重量和前飛阻力。

ITEP計劃的目的在於:

  • 在相同重量的情況下,能夠提供額外的50%功率裕度;
  • 發動機的壽命得以增長20%;
  • 特定的燃油轉化比得以提升25%;
  • 降低全壽命週期的使用和維護成本。

未來垂直升降機的未來

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據美國國防高級研究計劃局(DARPA)稱,戰區前哨平均每週需要100,000磅的物資才能維持運作。然而由於前哨的地理位置一般都不會特別有利,簡易爆炸裝置和敵方的隱蔽威脅都能對物資運送形成較大威脅。因此,垂直升降飛行器的首要作用就是補給、進行戰術介入以及救援和疏散傷員。

2013年的時候,DARPA 就曾提出了空中可重構嵌入式系統(ARES)的概念設計,該概念實則就是一種新型的垂直起降飛行器。

ARES從構型上來說可以算是一類大型的傾轉旋翼式無人飛行器,與常規傾轉旋翼飛行器不同的是,他的兩側機翼上加裝的是兩副傾轉涵道旋翼。這架飛行器是沒有機身的,他可以快速與一臺貨艙聯接到一起,然後將其轉運投放到需要的地方,這種”即插即用“的方式將大大提升運輸的效率並減少返程的燃油損耗。ARES目前處於第三個開發階段,即將進行首次試飛。

未來一片光明

垂直起降飛行器的未來是一片光明——新構型的飛行器將能夠適用於以往認為不可能勝任的任務。而關於新型垂直起降飛行器的研究越來越多,並且,隨著技術的發展,未來飛行器的速度將更快、噪音將更小、航程將更遠、航時將更長,運行效率將更高,FVL的計劃不僅僅將為美國軍事帶來巨大的好處,也將大大促進民用領域的發展。


對中國而言,他山之石,雖未必能直接拿來攻玉,借鑑之外,獨立創新才是前行之道,加油!


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