為了打造一種同時具備直升機懸停性能和固定翼飛機高速飛行性能的先進飛行器，多年以來，世界各國的航空公司提出了各種各樣的腦洞大開的概念設計方案，其中就包括直升機行業的執牛耳者——西科斯基——曾參與的新穎概念設計方案：X-Wing（國內一般讀作“叉翼”）。
X翼飛行器的顯著特點就是配備了一副直徑很大的剛性旋翼系統，該系統能夠在飛行過程中“鎖死”，從而使得旋翼變成“X”型機翼。在當時的直升機理論界，常規想法就是：直升機若要獲得更高的前飛速度，其旋翼必須能提供更大得拉力，而旋翼的尺寸不可能無限制擴大，相比之下，直升機的槳盤載荷就必須要增大（所謂槳盤載荷也就是旋翼拉力與旋翼槳盤面積的比值，單位為“牛/平方米”），但是大槳盤載荷的直升機懸停性能又會較差，X翼的提出，首先就解決了這一讓設計師難以抉擇的重大難題。
除此之外，一般複合式直升機若要實現高速前飛，勢必要加裝獨立的機翼使其在高速飛行時侯能夠分擔主旋翼所需提供的升力，這樣一來，空機重量勢必要增大，空重比（空機重量與起飛總重的比值）顯然就要增大，負載能力勢必降低，X翼則不需要加裝額外的機翼，因此可以獲得更優的空重比。兼具低槳盤載荷和高亞音速飛行能力，一架雙發的X翼飛行器僅憑單發就能夠執行覆蓋大部分飛行包線的飛行任務。
圖——不同類型飛行器懸停槳盤載荷vs最大飛行速度對比圖，黑色條帶中左起：常規直升機、傾轉旋翼機、Direct Lift是指具備垂直起降能力的固定翼飛機
早期概念的形成——從學術派到實用派
X翼的概念最早並非是西科斯基提出來的，而是由英國南安普頓大學的伊恩·奇斯曼教授在進行其“衝壓發動機”試驗時候提出的。奇斯曼教授將科恩達效應（又稱射流附壁效應）應用到柱形旋翼槳葉的升力控制上。科恩達效應的原理就是當氣流沿著物體表面切線運動的時候，它將傾向於黏附在物體表面流動，直到物面曲率極大之時，才會分離出去。
圖——科恩達效應示意圖
這種流動效應就像是為旋翼增加了一段“虛擬襟翼”，奇斯曼教授確信可以在固定翼飛行器上加裝一副這種設計的旋翼，該旋翼僅需在起飛和著陸時轉動，且能夠在飛行中實現停轉/啟動等操縱。也就是說一旦該飛行器意圖加速飛行，將可停轉旋翼並將其摺疊收起以增大巡航效率；若要垂直下降，只需展開旋翼，並啟動旋轉即可。
奇斯曼教授作為學術派科研大家，雖然提出了一系列構想，但是並未落到工程實際上去，其所採用的“柱形槳葉”也並不適用於常規飛行器。在此基礎上，美國海軍艦船研究和發展中心（Naval Ship Research and Development Center；DTNSRDC）的工程師大衛·泰勒進行了進一步的研究和修正，使其更貼合工程實際。大衛將常見翼型的尖銳後緣改為鈍頭後緣（又稱橢圓後緣），併成功應用了這一原理。
圖——雙鈍頭翼型和常規翼型的對比，上方為常規翼型，下方為雙鈍頭翼型
大衛的工作最後演變成了X翼的初始概念，通過對翼型繞流環量的控制來實現“任意方向”升力的控制，以此使得旋翼能夠在空中實現“停轉”和“啟動轉動”。1976年，美國國防部先進項目研究局（Defense Advanced Research Projects Agency；DARPA）也參與到了海軍的X翼項目中。
從概念到實際——洛克希德/美國海軍/DARPA/NASA的鼎力合作
隨後，來自當時的洛克希德的一小隊精英工程師接受了這一概念飛行器的論證工作。他們按照美國海軍和DARPA的設想，完成了首型X翼飛行器的初步設計方案，製造出一架重約1噸、旋翼長度25英尺的縮比樣機並進行了飛行測試。該部分工作的主要目的是為了對旋翼/槳轂/控制系統的設計、佈局進行正確評估。如果配備一臺適當的小型渦軸發動機的話，該機能夠輕易實現0.7馬赫數的前飛速度和2萬英尺的飛行高度。
圖——洛克希德研製團隊打造的25英尺風洞試驗模型
在完成可行性評估之後，研製團隊的工程師在1977年中完成了一副完整旋翼系統的設計並於1978年末在旋翼試驗塔上完成了測試。在1979年春，測試模型被運送到NASA的埃姆斯風洞中進行了為期7周的吹風試驗。這期間，旋翼系統完成了直升機模式、固定翼模式、轉換模式的試驗，並針對開環和閉環的控制模式進行了對比測試。在測試中，該系統完成了30多次的自動停轉和啟轉指令，測試對應的前飛速度大都數都在180節（333千米/時左右）。
測試成功之後，DARPA和美國海軍在NASA的支持下決定進一步推進這一概念走向實際——他們要打造一副尺寸更大的旋翼系統。1982年，西科斯基正式加入該項目，並被要求在近期交付的NASA/美國陸軍/西科斯基聯合推動的旋翼系統研究飛行器（Rotor Systems Research Aircraft；RSRA）上測試X翼的概念。
西科斯基的加入——有史以來最大的技術挑戰
旋翼系統研究飛行器，即“西科斯基S-72試驗機”，是專門製造出來測試先進直升機旋翼系統的一架旋翼飛行器。它加裝了兩副可變迎角的機翼，以便在恰當的時候能夠為主旋翼卸載升力或者加載升力。它還加裝了輔助推進裝置和氣動剎車裝置來為主旋翼卸載前飛拉力或者加載前飛拉力。正是因為該飛行器具備如此“神奇”的能力，才被選中來進行X翼的測試——畢竟這樣一來，即便X翼在“停轉”或者“啟轉”中碰上什麼問題，還可以通過輔助推進裝置和兩側機翼來脫離險境。
圖——西科斯基的傑作，貢獻卓著的S-72旋翼系統研究飛行器
X翼的研製大概是西科斯基公司自創辦以來碰上的最具挑戰性的技術難題。對於常規直升機而言，高速旋轉的旋翼會產生巨大的離心力，巨大的離心力會拉直槳葉，為其產生升力提供足夠的剛度。然而X翼則不一樣，當它停轉後，它根本沒有任何離心力，因而必須依靠自身的剛度來承擔所產生的升力。尤其是X翼停轉，靠前的兩片槳葉將會變成“前掠翼”，這對剛度要求更高。
除此之外，X翼的槳葉翼型必須是所謂的“雙頭”槳葉，因為旋翼停轉之後，勢必有兩片槳葉是前緣朝前，兩片槳葉是後緣朝前的，如果還按照常規翼型來設計，從尖銳後緣吹向前緣的氣流勢必產生不利的氣動影響。由於X翼是通過科恩達效應來控制槳葉升力的，所以它的操縱系統也沒有采用常規直升機必用的自動傾斜器，而是配備了給旋翼槳葉吹氣的管控閥門系統。飛行中“啟轉”和“停轉”要求管控閥門系統進行復雜的高頻率操縱以保證轉換過渡期間為主旋翼提供可控制的力和力矩。這就需要當時最先進、最尖端的計算機技術來完成之一自動控制的過程。
其他的技術挑戰還包括:
- 用於提供環量控制氣流的超大型氣動壓縮機的研製；
- 用於實現啟轉/停轉旋翼的高能離合器和空氣動力剎車裝置；
- 為了在轉換過渡階段能夠完全控制旋翼系統，還必須研製槳轂力矩反饋裝置；
即便對於西科斯基/洛克希德馬丁/DARPA/NASA 這種堪稱史詩級的豪華陣容而言，X翼計劃仍然是一個標準的“高風險/高收益”項目，在項目推進之前，沒有誰知道這事兒能不能成。其技術難題的解決及飛行器全包線能力的實現都可算是觸及當時尖端技術的巔峰了。在下一篇我將繼續介紹西科斯基如何推進項目發展，並對該機的設計特點進行細說，歡迎持續關注。
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