高速旋转的主旋翼瞬间锁死,尖端航空技术停转旋翼了解一下

高速旋转的主旋翼瞬间锁死,尖端航空技术停转旋翼了解一下

# 前言

全球军事大国都在尽可能地提高直升机地速度,其主要目的就是希望直升机能够更快到达任务地点。这一点无论是在战略上还是在战术上都有重要意义。因而,高速性能是下一代军用直升机的必要条件。“停转旋翼飞行器”就是在这样的大环境下发展出来的新概念技术。


# 停转旋翼惊艳亮相

1990年初,McDonnell Douglas 研发了一种垂直起降飞行器,在这种飞行器的概念设计中,他被称为鸭翼式旋翼/机翼组合飞行器(CRW; Canard Rotor/Wing),在维基百科的分类中,归为“停转旋翼”类别。

一台CRW飞行器一般都会采用两片宽度相当大的桨叶来组成旋翼系统,该旋翼将提供垂直起飞和降落能力,同时,在高速前飞的时候,该旋翼能够固定住,从而变成了常规飞机一样的机翼,使该飞行器同时具备了高速前飞的能力,这也是该飞行器被称为“停转旋翼”的原因。

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由于美国海军及海军陆战队对于此类同时具备垂直起降和高速飞行能力的飞行器需求迫切,因而他们为该项目提供了部分资金资助。到1998年的时候,美国DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency;国防部先进项目研究局)与波音公司(当时波音已经收购了McDonnell Douglas)签订了一项合同,该合同希望波音能够开发一架CRW构型的无人机验证机,波音将该验证机命名为“蜻蜓”(Dragonfly)。在2002年的时候,这架飞行器的官方代号确定为“X-50A”。

有趣的是,在当时如果按照美军的官方顺序,该机的型号应该是X-49,但是由于该机50%算是旋翼飞行器,50%算是固定翼飞行器,因而DARPA特意将X-50这一顺序提前分派给波音,作为蜻蜓的代号。

# 为什么需要停转旋翼?

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其实这个问题可以分拆成两个小问题来说。

  • 为什么需要高速直升机?
  • 为什么高速直升机重要选择停转旋翼布局?

首先是为什么需要高速直升机的问题。这个问题往小了说就是一句话——“兵贵神速”,这时候有的读者就会说了,既然要快,为什么非得用直升机?随便来一架运输机都要快很多吧。问题是,从目前来说,仅有直升机具备优秀的垂直起降和悬停能力,这种能力就可以实现定点投放和精准撤离,这是战略级的能力。而一旦直升机具备了高速能力,就能够实现快速定点地大批量投放和撤离,想象一下,两国交战,一方五分钟实现投放,一方要十分钟,胜负已分。而一旦处于劣势,十分钟的撤离时间和五分钟的撤离时间就更是天壤之别了!

再就是为什么需要停转旋翼布局。关注我号的读者朋友应该都已经清楚常规直升机受限于其设计理念,前飞速度无法太高了。为了进一步提升直升机前飞速度,最好的选择就是从构型上动刀子(当然,战斗民族还想着从旋翼系统和发动机上想办法,可以参阅我前面发的文章)。从目前来看,直升机构型的变化主要还是:

  • 加装推进装置
  • 刚性共轴双旋翼
  • 倾转旋翼

从目前来说,加装推进装置之后,如果仍是单旋翼,那么还有许多问题需要解决;刚性共轴双旋翼挺好,但是提升速度能力有限;倾转旋翼在一步一步完善中,但是V-22事故多发,还有许多问题需要解决,尤其是复杂的空中变形带来的问题。

基于上述几点考虑,停转旋翼涉及的问题就少了很多,目前来说最难的就是如何在旋翼高速旋转的时候将其固定的问题,这个问题不少公司都声称已经有了解决方案,并在缩比样机中实现验证,但是在大型机中的验证仍然很少。无论如何,停转旋翼作为一种未来高速型垂直起降飞行器的发展方向,还是具备很大的潜力的。

# 停转旋翼在中国

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停转旋翼在中国并没有大型项目牵引,但是西工大在这方面做了一些开创性的工作,他们开发了一款名为“灵龙”的停转旋翼飞行器。

西北工业大学“灵龙”新概念可垂直起降高速飞行器创新设计团队由航空学院多位教师和研究生组成,其中教授2人、副教授1人、博士生2人、硕士研究生6人,团队负责人为高正红教授。

在2011年举办的中航工业杯国际无人飞行器创新大奖赛上,“灵龙”样机进行了完美的演示飞行,高速旋转的旋翼瞬间锁死而转换为固定翼模式飞行,获得了专家组的一致认可,夺得了国际特等奖创意大奖。

“灵龙”飞行器是一种旋翼/机翼转换式飞行器,其最大特征就是有一副既可以高速旋转作为旋翼,又可以锁定作为固定翼的主机翼。飞机以旋翼模式飞行时,主机翼高速旋转作为旋翼使得飞机能够像普通直升机一样垂直起降和低速飞行,但是由于机身前方有着较大的水平机翼,对直升机模式的悬停性能有着显著的影响,所以“灵龙”的悬停性能还是无法和传统直升机相比的;当主机翼锁定作为固定翼时,飞机以固定翼模式飞行,彻底解除了旋翼旋转引起的气流不对称对直升机飞行速度的限制,从而使飞机能够进行高速飞行,这时候,前后双平尾的就能提供可观的升力,对前飞性能的提升有着显著的作用,由此来看,“灵龙”的设计更偏向于前飞能力,这也是高速旋翼飞行器与传统直升机的区别点所在。

因为其特殊的垂直起降能力,“灵龙”飞机可以在舰船甲板和山区狭窄地域起飞,为用户提供了极大的使用弹性,可广泛应用于地质勘探,水电建设,渔汛侦察,交通管理,抢险救灾,灾情监控、新闻采集,影视制作,环境监测等。


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