五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】老骥也得折腾 -- 晨枫

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  • 家园 【原创】老骥也得折腾

    对驻阿富汗的英军来说,过去两个星期很是郁闷。先是一架CH-47在起飞时遇到地面的塔利班火力袭击,一台发动机被击中着火。飞行员只得紧急迫降,幸好机上人员都没有受伤。再火力压制住塔利班之后,另一架CH-47把幸存者接走,一架战斗机用制导炸弹把动弹不了的CH-47炸毁,以免机上的敏感设备落入塔利班之手。不到两个星期,又一架CH-47直升机在战斗中粗暴降落,损坏了一个旋翼,同样只好炸毁。损失直升机是惨痛的,但并不新鲜,可损失CH-47是特别惨痛的,英军对此深有体会。在马岛战争期间,“大西洋运输者”号集装箱船被阿根廷空军的“飞鱼”导弹击沉,英军损失了所有6架CH-47,只好用海军的“海王”直升机代替,极大地减慢了上陆的速度,使得防空导弹阵地来不及部署,间接导致了“羚羊”号、“加拉哈德爵士”号等军舰在阿根廷飞机的拼死轰炸中被击沉。

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    串列双桨的CH-47是直升机世界里一个熟悉的身影了

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    越南战争期间,CH-47就是美军的空中机动主力

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    在阿富汗战争中,CH-47再次老将出马

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    CH-47也是英军的空中机动主力

    CH-47“奇努干”是美国波音公司制造的大型直升机,1962年投入使用。在越南战争期间,750多架CH-47投入使用,损失了200多架。除了西科斯基公司的CH-53,这是西方最重型的直升机,不光可以运兵,还可以运输物资、车辆、装备,甚至可以作为空中吊车吊运受伤的直升机,在美国和盟国陆军中得到广泛的使用。CH-47采用不多见的串列双桨,两副旋翼一前一后,不但同时提供升力,还自然地抵消了旋翼的反扭力,省却了直升机上常见的尾桨和尾撑。但为了保证前后旋翼的同步,串列双桨需要又长又重的同步传动轴,而不能简单地由前发动机驱动前旋翼,后发动机驱动后旋翼。高大的旋翼塔也引起不小的阻力。不过串列双桨有一些普通单桨直升机所不具备的特点,双桨同时产生升力,所以在旋翼总面积相同的情况下,旋翼直径较小。另外,前后旋翼通过各自的周期距控制,可以使得前后旋翼的旋转平面反向侧倾,在产生升力的同时,同时产生侧向的水平推力分量,前后一“夹攻”,飞机就可以迅速绕机身中点偏转。反之,如果光倾斜前旋翼,就可以绕后机身打转转;光倾斜后旋翼,当然也就可以绕前机身打转转。这在不平的山地很有用,可以在特别窄小的山顶或岩石上作单点接地的半悬停,供部队上下,用另一头的旋翼抵抗侧风的影响。

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    Ch-47很大的运载能力可以用来吊运重炮

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    也可以用来吊运车辆

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    甚至可以用来吊运飞机

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    吊运物资更是不在话下

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    CH-47独特的机动性使庞大的直升机也可以在狭小的平台上降落

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    这个角度看起来更加清楚些

    由于CH-47的运载能力和独特的机动性,CH-47是美国和盟国陆军空中机动力量的大力士。阿富汗炎热的高原上,直升机的发动机出力大大下降,旋翼升力也大打折扣,经常需要用CH-47才能完成本来UH-60就能完成的任务,所以CH-47更加吃重。

    空中机动能力对现代战争至关重要,在强调快速反应和远程机动的阿富汗尤其如此。美军大约是每200人可以摊上一架直升机,但穷酸一点的英军就要每700人才能摊上一架。英国政府信誓旦旦要增加直升机的采购,但口惠而实不至,阿富汗英军只有12架CH-47,现在又损失了两架,更加捉襟见肘了。

    CH-47的基本技术以经快50年了,机械复杂,使用和维修的成本很高。在冷战刚结束的时候,欧洲(如荷兰)和加拿大军方对未来空中机动要求估计不足,纷纷将在役的CH-47退役。阿富汗战争改变了这一切。现在新造的CH-47F单价3500万美元,早期CH-47改装也是供不应求,估计CH-47及其变型还将服役至少20-30年,人们可以在博物馆和战场上看到同样的飞机,蔚为奇观。

    人生70古来稀,直升机70那简直就是恐龙级的古物了。美国军方当然不是没有注意到Ch-47的年纪,在20年前就开始研制V-22直升机了。这是和常规直升机绝然不同的倾转旋翼飞机,半大不小的旋翼在垂直起落或悬停时竖立起来,当直升机的旋翼使用;在平飞时“躺”下来,当推进的螺旋桨用。这样,V-22既有直升机垂直起落的能力,又有螺旋桨飞机的速度,鱼与熊掌兼得。但这个革命性的概念也需到了革命级的技术困难,使V-22成为难产儿,也几次几乎丧命于削减开支的大铡刀下。

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    V-22是一种革命性的新型直升机

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    旋翼可以在水平和垂直之间倾转

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    在垂直状态可以像直升机一样垂直起落

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    在水平状态,就可以像螺旋桨飞机一样高速飞行

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    V-22的奥妙和问题都出在这半刚性的旋翼上

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    但在战斗中高速垂直降落时,容易进入“涡流环”状态而导致失事

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    这个状态肯定不是设计中考虑的

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    V-22已经在美国海军陆战队中使用,但在伊拉克和阿富汗还只是有限使用

    直升机的旋翼和飞机的螺旋桨初看起来很相似,但两者有一个根本的不同:前者是柔性的,后者是刚性的。由于直升机本身具有前进速度,旋翼在前行和后行过程中对空气的相对速度有很大的不同,左右两侧产生的升力相差很大,有一个天然的滚转倾向。为了克服这个问题,旋翼的桨叶在前行时要下探,后行时要上扬,用迎角的差别补偿升力的差别。但这个下探、上扬造成的挥舞使桨叶受到极大的应力,如果用刚性桨叶的话,疲劳很快就会使桨叶断裂,只能使用柔性桨叶,靠弹性承受这反复的挥舞带来的疲劳。但螺旋桨没有这个问题,在圆周各个点上和空气的相对速度都是一样的,采用刚性桨叶可以增大转速,减小直径和阻力,提高推力,并且可以承受高机动性的过载,而不至于因为桨叶的挥舞而造成碰撞。倾转旋翼需要兼顾旋翼和螺旋桨的特性,所以折中一下,采用半刚性构造。当然,折中的结果就是两边都不是最优的。在直升机状态时,需要增大转速以达到同样的升力,但这样在某些情况下可以出现“涡流环”现象,好比车轮打滑一样,桨叶“吃不住”空气,丧失了升力。“涡流环”现象在快速垂直下降时尤其容易发生,V-22的几次失事都和这有关。但这是在战斗地区必须的,在敌人密集火力下突击机降,还慢吞吞地降落,不是找抽吗?V-22采用左右并列的双桨,也可以像CH-47一样免除反扭力尾桨,但在不平地形侧身接近着陆时,可能由于两侧升力不平衡而失稳。V-22的设计概念是革命性的,也开始在海军陆战队试验性装备,但离大规模战场实用还有一定的距离,更重要的是,美国陆军还没有大量采购V-22的计划,其他国家就更不用说了。CH-47这老骥还有几十年要折腾呢。

    关键词(Tags): #纸上谈兵#鹰击长空通宝推:daharry,观望者,
    • 家园 62年就出来的东西感觉蛮先进的啊.

      另外看那张运炮的图,吊运的时候是直升机先飞起来几米在空中悬停,然后工作人员再到飞机底下操作? 我还以为先绑好再起飞呢.

    • 家园 有些固定翼飞机翼尖有加有一段弯曲的小翼,

      用来减弱翼尖涡流带来的影响,不知道为啥不把这个技术也用到螺旋桨的桨尖上.

      另外这个V-22干嘛一定要用螺旋桨呢,换两个大涵道比涡扇,不行吗?

      • 家园 螺旋桨现在已经用类似技术了

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        英国超级山猫的旋翼,创造了直升机速度纪录。

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        美国先进鹰眼E-2D的螺旋桨。

        至于V-22为什么不用风扇我觉得有两个原因

        一是美国要求的不是有垂直起降能力的飞机,而是能高速飞行的直升机,如果使用涵道风扇,在直升机状态下的机动飞行能力很难得到保证

        二是因为涵道风扇的升力更集中于一点,和翼尖喷气发动机类似,更难保证两侧推力平衡。

        • 家园 正是正是

          先前想着回复来着,不知怎么的就忘记了。确实,旋翼桨叶用后掠翼梢还早于螺旋桨,80年代英国Westland就以这作为拿手技术,Lynx也因此一度成为世界上最快的直升机。

          螺旋桨在低速的时候,推进效率依然高于喷气发动机。用倾转喷气发动机的垂直起落飞机研制已久,但推进效率不足导致油耗巨大,现在除了喷气战斗机,很少有人再琢磨用在运输飞机上了。更多细节请见晨枫:【原创】像鸟儿一样腾飞(一)

    • 家园 晨大能分析下这个吗?

      这篇报道很有料,一篇报道泻了3个型号和一个预研型号。

      在某型机优化减重设计工作中,结构研究室实施“首问责任制,服务承诺制,限时办结制,效能考评制”,充分考虑“五性”要求,在结构优化减重过程中大胆采用翼身融合技术,大边条结构,保形结构,复合材料结构件,模块化结构设计、金属结构抗坠毁、薄蒙皮蜂窝增稳等新设计理念、新工艺方法和新材料,使结构设计实现了质的飞越。

      在某重点型号设计过程中,他积极运用国际合作中学到的直升机现代工程结构设计方法,独立完成大型复合材料尾段结构设计,并在国内首次采用大型薄壁加筋整体结构件一体化设计,提高尾段结构刚度,满足了动力学设计要求,并且大幅度地节约了研制成本,缩短了研制周期

      起落架专业技术骨干杨赟,将对外合作中学到的知识融会贯通运用于型号设计中。在陆军某型机设计中,他对多种改型方案进行了细致的对比和论证,在设计中高度重视产品的制造工艺性、经济性及可靠性、维修性和保障性,得到了专家的高度赞扬。

      在某型号预先技术攻关项目《复合材料整体结构设计技术》课题研究中,机身专业组副组长程小青勇挑重担,负责复合材料结构设计工作,他虚心求教,刻苦钻研,取得了复合材料整体壁板交叉铺层设计技术、复合材料大开口区设计技术、整复合材料体壁板件的变形控制设计等一系列直升机结构设计关键技术的重大突破。

      • 家园 好像都是直升机的

        这个太“管中窥豹”了,没法看啊。这是南昌的吗?那第一个里面的“大胆采用翼身融合技术,大边条结构,保形结构”应该是L-15。其他的好像都是直升机的。

        • 家园 4个都是直升机

          “大胆采用翼身融合技术,大边条结构,保形结构”是WZ-10。

          据说WZ-10用了国产发动机,功率不足,所以要减重。

          这个直升机用大边条,不知道是个什么样子。

    • 家园 今天刚看了终结者2018,貌似就有V-22
    • 家园 晨大对水陆两栖飞机有研究吗?

      大型灭火/水上救援水陆两栖飞机研制启动

      此次立项的大型灭火/水上救援水陆两栖飞机为一款单船身四发涡轮螺旋桨式飞机,将成为世界上最大的水陆两栖飞机之一。其最大起飞重量为49000千克,最大平飞速度560千米/小时,使用升限6000米,最大航程5150千米。可以在陆上二级机场和长1500米、宽200米、深2.5米的水域起降,水面起降抗浪高度大于2.8米,可在昼夜执行灭火和水上救援任务。

      根据市场调研,该飞机在国内近期需求量在50架左右;未来15年,国内市场需求量可达150多架。

      这数量也太小了。

      印象里面好像好多年都没有哪个国家正儿八经的开发新机型了,这次高调开始是为了啥?真要是为了消防之类的原因用现成的机型不行吗,重新搞太浪费了吧。

      • 家园 研究谈不上

        其实我对所有的飞机都是兴趣而已,都是野路子,哈哈。

        俄罗斯的Beriev一直在研制水上飞机,近20年里至少有A-40、Be-200、Be-103。

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        Be-200

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        用作森林灭火是很好的

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        用作偏远海岛的交通也是不错的

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        小兄弟Be-103可以用作联络、旅游、航邮

        军事上,用作反潜、海上补给、海上巡逻、救援,那用处就更多了。

        水上飞机的产量都很小,经济性不大好,但这个缺门确实别的飞机很难补的。陆基飞机灭火不好,伊尔-76灭火机叫唤得凶,但实际用的很少,每一次装水得多少时间?附近有合适的机场吗?

        • 家园 中国大型水陆两栖飞机研制启动 预计2013年首飞

          外链出处

          该飞机为一款单船身四发涡轮螺旋桨式大型灭火/水上救援水陆两栖飞机,将成为世界上最大的水陆两栖飞机之一。

          最大起飞重量为四万九千千克

          最大平飞时速五百六十千米

          最大航程五千一百五十千米。

          可以在陆上二级机场和长一千五百米、宽二百米、深二点五米的水域起降,可在昼夜执行灭火和救援任务。

          灭火用储水箱最大载水量一万二千千克

          一次汲水时间不大于二十秒

          投水高度三十至五十米

          投水命中率百分之九十八

          一次最多可救护五十名遇险人员

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