五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】像鸟儿一样腾飞(一) -- 晨枫

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家园 【原创】像鸟儿一样腾飞(十二)

贝尔在V-22的成功之后,向两条战线出击,一是将倾转旋翼技术用于无人机,以最大限度地利用其垂直起落和速度、航程上的优势,二是将倾转旋翼技术推向民航市场。早先雄心勃勃的中短程支线客机看来一时还难以实现,但小型公务机已经开始了,贝尔和意大利的Agusta合作,正在研制BA-609,其垂直起落的能力和速度、航程将对大公司、政府机构的要员从城市中心到城市中心的空中旅行有很大的诱惑力。欧洲从80-90年代开始,也展开了倾转旋翼的研究。法、德合作的Eurotilt和英、意合作的Eurofar最后合并成一个计划,但在V-22和BA-609面临一系列技术困难后,速度放慢,估计现在处于观望状态,在等待倾转旋翼的技术进一步成熟、技术风险进一步降低后再行动。

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BA-609的BA代表Bell Agusta,将成为倾转旋翼在民用领域里“吃螃蟹的人”

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BA-609是面对有钱的阔佬的

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BA-609在警方和海岸警卫队中也有望得到青睐

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BA-609已经试飞,正在欧洲大力推销,力图抢在欧洲公司的前面霸占市场

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法国主导的Eurotilt倾转旋翼飞机方案

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Eurotilt的倾转和V-22稍有不同,只有发动机前半部分倾转,介于tilt rotor和tilt shaft之间

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贝尔当然不会把倾转旋翼的概念只用在载人飞机上,在如火如荼的无人机领域,贝尔也推出了采用倾转旋翼的“鹰眼”(Eagle Eye)

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“鹰眼”预计要和海军或海岸警卫队的舰船配合行动,所以有很高的上舰要求

尽管V-22在研制过程中遇到严重的问题,美国军方对用具有垂直/短距起落能力的运输机作为战术空运主力的概念依然不肯放弃,在V-22尚未大规模服役时,已经开始对更大型垂直/短距起落运输机的研制,贝尔的方案自然是V-22的延伸:采用四旋翼的倾转旋翼方案,即所谓quad tilt rotor。值得注意的是,倾转旋翼的发动机通常都是成双布置的。除非在机顶重心处安装一根很高的桅杆,倾转旋翼基本不可能是单旋翼的。

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贝尔提出的四旋翼倾转旋翼(Quad Tilt Rotor,简称QTR)方案,用于担当美军战场空运的主力

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媒体为新飞机的名字都想好了:V-44,尽管军方并没有这样的命名

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四旋翼尽管顺理成章,但平飞时前后旋翼之间相互之间的气动干扰可能会很严重,尤其是机动飞行的时候,后发动机也要避开前发动机的尾流

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QTR可以用于在城市中心机降“重型部队”(相对空降兵来说)

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QTR的结构想象图,传动轴不仅要左右同步,前后也要同步,复杂性和重量肯定要增加

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QTR是和Groen Brothers的Gyrolifter竞争,当然也不会忘了海军型

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四旋翼倾转旋翼运输机的另一个方案

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NASA还在研究更大型的QTR,用于民航

螺旋桨可以看成小直径、宽弦、大弯度的刚性旋翼,除了桨距以外,没有挥舞铰、摆振铰之类的,只是螺旋桨一般比刚性旋翼的直径小一点就是了。不过直径小,对减小前飞阻力具有不可置疑的好处。只要能够满足垂直起落要求,用螺旋桨代替旋翼是倾转旋翼的一个自然的延伸,Curtis-Wright就是这方面的先驱。Curtiss-Wright是航空先驱Glenn Curtiss和Wright兄弟的公司合并的结果,50年代时已经落后于喷气时代,但在螺旋桨领域还是一方好汉。倾转的螺旋桨称为tilt prop。螺旋桨需要较高的转速才能产生足够的推力,这对小直径刚性的桨叶不成问题。不过Curtiss-Wright的研究机没有发展到V-22的阶段,估计快速下降时,会有更严重的“涡流环”问题。但是Curtiss-Wright的螺旋桨还有玄机在里面。普通螺旋桨是针对迎面气流的,如果把螺旋桨略微向上倾斜一点,下行的桨叶相对迎面气流的迎角增加,上行桨叶的迎角减小,这样下行桨叶产生向下的划动大于上行桨叶产生向上的划动,产生所谓“轴向升力”(radial lift),可以减小机翼面积,有螺旋桨产生部分升力。这里要注意的是,螺旋桨抬起来一点,倾泻的推理矢量本身就产生一点向下的升力分量,但轴向升力比这点升力分量要大很多。为了最大限度地实现轴向升力,螺旋桨的桨叶应该是宽弦、大弯度的。Curtiss-Wright先研制X-100研究机,特意设计了出奇地小的机翼,以证明轴向升力的概念。不过要是现垂直起落,还是要老老实实把发动机竖起来,推力朝下。在向军方游说假如下面还要提到的三军联合直升机计划后,空军同意投资,这以后Curtiss-Wright在已经部分完成的M-200试验机基础上,大规模展开四发动机的X-19的研制,采用四个角落的四台发动机的差动升力控制横滚和俯仰姿态,螺旋桨的差动扭力控制偏航。试飞中,控制反应不够灵敏,控制力矩不足,但机械可靠性是最大的问题,主齿轮箱的寿命只有50小时,发动机的倾转机构只有15小时的寿命。在50个起落的试飞中,留空时间一共只有4小时,计划在4个月后放弃了。

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Curtiss Wright X-100是X-19的先驱,只有两台发动机,采用导至机尾的发动机废气喷管提供姿态控制,效果不好

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Curtiss Wright X-19,预计用作小型公务机或短程客机,但飞行控制问题没法很好地解决

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Curtiss Wright X-19在悬停中,前后左右的四台发动机用于悬停中的姿态控制。为了避免陀螺力矩,左前、右后和左后、右前的发动机交联

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由于螺旋桨比直升机旋翼简单、可靠,平飞速度高,美国军方对X-19寄予很大的希望,空军、海军、陆军三军联合研制,这是“三军攻击运输机计划”(Tri-Service Assault Transport)的一部分

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