加速起飛的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

　　加速起飛的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

　　■劉一澳 余勵(lì)飛　　

美國(guó)貝爾公司的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。

　　據(jù)外媒報(bào)道，由美國(guó)貝爾公司研發(fā)的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)即將批量生產(chǎn)、列裝部隊(duì)，成為繼V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)之后，世界上第二款投入服役的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。這則消息再次引起外界對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)這種特殊機(jī)型的關(guān)注。

　　傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)被稱(chēng)為“空中混血兒”，是一種融合直升機(jī)和固定翼飛機(jī)優(yōu)點(diǎn)的航空器，既可以垂直起降、空中懸停，又可以高速飛行。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用固定翼設(shè)計(jì)，翼尖處裝配可在水平位置與垂直位置之間旋轉(zhuǎn)的旋翼傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)組件。當(dāng)垂直起降或懸停時(shí)，其旋翼朝向天空，像直升機(jī)旋翼一樣水平旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生垂直升力;到達(dá)一定高度和速度后，旋翼向前翻轉(zhuǎn)90度，類(lèi)似于固定翼飛機(jī)的螺旋槳，提供向前飛行的動(dòng)力，帶動(dòng)飛機(jī)進(jìn)入前飛狀態(tài)。

　　傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

　　以美國(guó)貝爾公司生產(chǎn)的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)為主要代表，可以看出傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。

　　20世紀(jì)50年代至60年代的原理驗(yàn)證階段。早期的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)采用雙葉半剛性旋翼系統(tǒng)和活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，存在發(fā)動(dòng)機(jī)與旋翼耦合不穩(wěn)定、動(dòng)力不足等問(wèn)題。同時(shí)，其飛行速度慢，航程短，僅用于概念驗(yàn)證。例如，1955年美國(guó)貝爾公司推出的XV-3原型機(jī)，最大飛行速度200千米/小時(shí)，最大航程890千米，最終因風(fēng)洞損壞事故草草結(jié)束試驗(yàn)。

　　20世紀(jì)70年代至80年代末的試飛突破階段。這一時(shí)期的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)采用三葉剛性旋翼系統(tǒng)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，巡航速度大幅提升。此階段攻克了傾轉(zhuǎn)過(guò)渡模式下的動(dòng)力平衡問(wèn)題，并完成艦載適配、空中加油等測(cè)試。1977年首飛的XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，最大飛行速度達(dá)615千米/小時(shí)，完成了海上艦載試驗(yàn)與空中模擬加油試驗(yàn)。

　　1989年至2017年的規(guī)模服役階段。這一階段的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)，采用兩臺(tái)高功率渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)之間加裝耦合系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)單邊發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙邊旋翼，并大幅提升載荷能力。例如，以XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)為原型的V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，最大載荷量約10噸，是其原型的4倍。V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)于2007年正式列裝美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，隨后裝備美軍多個(gè)軍種。

　　2017年以來(lái)的結(jié)構(gòu)升級(jí)階段。以2022年獲得軍方采購(gòu)合同的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)為代表，此階段的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，采用“發(fā)動(dòng)機(jī)平行固定、旋翼自由傾轉(zhuǎn)”模式，同時(shí)采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傾轉(zhuǎn)替代發(fā)動(dòng)機(jī)艙整體轉(zhuǎn)動(dòng)，優(yōu)化了傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了旋翼穩(wěn)定性。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高溫氣流噴向后方，可大大減少對(duì)地面或甲板的損害。

　　彌補(bǔ)兩種機(jī)型能力空白

　　與常規(guī)固定翼飛機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)擺脫了對(duì)地面跑道的依賴(lài)，可以像直升機(jī)一樣在林間空地、艦船甲板等狹小的場(chǎng)地進(jìn)行垂直起降，還可以在目標(biāo)區(qū)域上空懸停，進(jìn)行人員和裝備的精確投放。

　　與直升機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在速度、航程與載荷效率方面優(yōu)勢(shì)明顯。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的巡航速度超過(guò)500千米/小時(shí)，作戰(zhàn)半徑達(dá)700千米以上，幾乎是通用直升機(jī)的2倍，在分秒必爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)上，這意味著更短的暴露時(shí)間、更快的反應(yīng)速度和更遠(yuǎn)的突擊距離。載荷能力方面，目前投入使用的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)內(nèi)部載荷量超過(guò)10噸，可搭載約20名全副武裝的士兵，遠(yuǎn)超同級(jí)別的通用直升機(jī)，這意味著在執(zhí)行同等規(guī)模兵力投送任務(wù)時(shí)，所需架次更少，提升了作戰(zhàn)效率。

　　不過(guò)，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)并非用于替代固定翼飛機(jī)和直升機(jī)，而是用于彌補(bǔ)兩者之間的能力空白。在兩棲突擊任務(wù)中，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可從航母上起飛，快速向岸灘投送兵力與裝備。在特戰(zhàn)滲透行動(dòng)中，該機(jī)可以低空高速飛行隱蔽前出。在精準(zhǔn)投送任務(wù)中，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可將人員與武器裝備以絞車(chē)或索降方式準(zhǔn)確投放至指定區(qū)域，這些作戰(zhàn)運(yùn)用場(chǎng)景體現(xiàn)了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的實(shí)用價(jià)值。

　　傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)發(fā)展方向

　　傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在“集多種優(yōu)點(diǎn)于一身”的同時(shí)，也存在一些“技術(shù)通病”。其中，復(fù)雜的動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)的系統(tǒng)脆弱性是其主要問(wèn)題。當(dāng)這套機(jī)械系統(tǒng)協(xié)助飛機(jī)從垂直懸停轉(zhuǎn)換為高速前飛狀態(tài)時(shí)，由于機(jī)身周?chē)鷼饬髯兓瘎×遥魏渭?xì)微的故障都可能引發(fā)災(zāi)難性后果。另外，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境的“挑剔”也限制了其戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用。在地面起降時(shí)，巨大的旋翼下吸氣流常常會(huì)卷起大量異物，損傷槳葉或吸入發(fā)動(dòng)機(jī)。在嚴(yán)寒地區(qū)，巨大的槳葉還面臨結(jié)冰考驗(yàn)。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，下一代傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)將在三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突圍與能力躍升。首先，旋翼系統(tǒng)采用油電混動(dòng)技術(shù)，不僅簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還能提升可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分配，例如垂直起降時(shí)采用“油電聯(lián)合”輸出峰值功率，巡航時(shí)切換至“燃油”模式，滲透突防時(shí)利用“純電驅(qū)動(dòng)”增強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。其次，未來(lái)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)不再局限于直升機(jī)與固定翼飛機(jī)兩種飛行模式，而是可以旋轉(zhuǎn)至任意角度。這意味著飛機(jī)能以穩(wěn)定的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)低空盤(pán)旋、側(cè)向平移射擊等復(fù)雜戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，“解鎖”了介于懸停與高速飛行之間的廣闊戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用區(qū)間。最后，傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)出現(xiàn)。這種機(jī)型無(wú)需考慮飛行員的生理極限，可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)航時(shí)偵察與打擊，或充當(dāng)“忠誠(chéng)僚機(jī)”執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。未來(lái)，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)能否繼續(xù)與新興技術(shù)結(jié)合發(fā)揮更大作用，值得繼續(xù)關(guān)注。