美军V-22机群
2005年5月20日。美国空军在凯特兰空军基地组建了第一个V-22倾转旋翼机训练中队，围绕V-22用于运送特种作战部队的设计初衷展开系统训练。2005年6月。美国海军陆战队VMX-22作战试验与评估中队的全部8架“鱼鹰”集中在美国海军LHD 5“巴丹”号两栖攻击舰上。进行最后阶段的作战评估试验……这一系列事件标志着这种研制期长达25年的新型作战飞机真正投入了部署。V一22有着独特而优异的性能.但在技术上仍然存在着较严重的问题，对此。我国专家将进行详尽的分析。
美国研制的V一22“鱼鹰”倾转旋翼机，是一款颇受媒体关注的多功能垂直/短距起降航空器。其新颖的构思、优异的性能和宽广的适用范围，给人留下了深刻印象。但这种先进的三军通用型飞机的称谓却值得商榷，所采用的技术和总体设计方案也有许多需要改进的地方。
关于V-22的称谓
严格地讲，V一22“鱼鹰”一类的飞行器不应叫做“倾转旋翼机”。虽然相对干正常的飞行状态(发动机、螺旋桨处在与飞机纵轴平行的位置)，V一22的螺桨旋翼在短距起降、垂直起降、悬停、过渡飞行等状态时的确是“倾转”的，但它们并非单独偏转，而是随着发动机舱的转动而转动。因此，该机种的准确名称应该是“采用倾转发动机技术”的直升飞机。
美国人之所以将“鱼鹰”定义为倾转旋翼机，是沿用了贝尔直升机公司对XV-3的叫法。1955年8月试飞成功的XV-3垂直起降研究机，是一架真正意义上的倾转旋翼飞行器。该机的动力装置是一台450马力的涡轴发动机，飞行时，发动机输出的功率通过一个横轴传给设在左右翼尖上的螺桨旋翼，使之能够同步对转、产生拉力。两副工作中的螺桨旋翼可由一套特殊的操纵机构控制，在水平和垂直位置间来回转动，以改变拉力矢量的方向，从而构成“直升机状态”、 “定翼机状态”和“过渡飞行状态”。试飞结果表明，XV-3能够在10秒钟之内完成90。的飞行姿态转换。
1973年，应美国陆军和航空航天局的要求，贝尔公司结合XV-3倾转旋翼机的设计经验，研制了一种采用低桨盘载荷旋翼和倾转发动机技术的垂直起降航空器一一xV-15试验机。但贝尔直升机公司的技术人员仍将其称为“倾转旋翼机”。这大概是因为转动发动机舱的目的，也是为了改变螺桨旋翼的拉力矢量方向。虽然这两类“倾转”方案所采用的技术措施和控制机构不一样，但在功能、原理、效果方面则相差不大。后来，在XV-15基础上新开发的实用型V- 22“鱼鹰”，亦承袭了这一称谓。
V-22的研制情况
与固定翼飞机相比，直升机最明显的长处是可以垂直起降和在空中悬停，对起降场所的依赖程度较低。不过，在平飞过程中，直升机由于旋翼的气动效率很低，100千克拉力最多可以拉动300千克重量，运输效率K(K=G／W)只有4左右；而以螺旋桨为动力的、同等功率的固定翼飞机的运输效率K可达12 以上，100千克拉力最多可以拉动1500千克重量。由于效率高、经济性好，固定翼飞机的航程远远高于直升机。普通直升机的最大航程不过500千米左右，而轻型螺旋桨飞机的航程往往在1500～2000千米以上。另外，由于受旋翼工作特点的限制，直升机的最大飞行速度、飞行高度等技术指标也比同级别的固定翼飞机低许多。
采用倾转旋翼(或倾转发动机、倾转带发动机的机翼)方案，可以把直升机与固定翼飞机的优点较完美地结合起来，构建出一种独特的既能垂直起降和悬停，又能飞得更高、更快、更远的新型航空器一一螺旋桨式“直升飞机”。这就是美国人开发V-22“鱼鹰”的动因。
1981年底，美国军方提出了“多军种先进垂直起降飞机”(JVX)计划，为空、海军研制一种具有较高运输效率、三军通用的“直升飞机”。为了竞争JVX项目，美国贝尔直升机公司与波音直升机公司联手推出以XV-15为蓝本、但尺寸放大了的V-22方案。1985年1月，这种飞行器被正式命名为 V-22“鱼鹰”。从该机以英文字母“V”而不是“H”打头，就可看出：它是垂直起降飞机而不是直升机。V-22分为空军型、海军型和海军陆战队型，编号分别为CV-22、HV一22、MV-22，今后还有可能发展陆军型以及海军反潜型SV一22。
1988年5月23日，V-22的1号原型机出厂。1989年3月19日，该机试飞成功。1989年9月14日，完成了首次由直升机状态向定翼机状态过渡的飞行实验。1990年12月，V-22的原型机开始在航空母舰上进行海上试飞。按照原先的计划，V-22的生产型应于1991年底交付美国海军陆战队，1993年开始配备美国空军，1995年进入美国海军服役。但由于经费、技术等方面的原因，到1997年时，这种先进垂直，短距起降飞行器仍处于工程制造阶段。此时的“鱼鹰”已比原型机有了较大变化，材料、工艺、结构、系统方面的改动很多，而后来的小批量生产型又在设计上做了进一步的调整和改进。直至本世纪初，复杂、昂贵的v一22型直升飞机才逐步装备美国军队。
2005年6月中旬，美国海军陆战队第22倾转旋翼机评估与试验中队的全部8架MV-22集中在“巴丹”号两栖攻击舰上，进行最后阶段的飞行试验。
V-22的设计特点
在V-22的机翼翼尖部位，安装有2台可倾转的T406一AD-400型涡轮轴发动机和2副直径11.61米的螺旋桨(旋翼)，单台起飞功率 6235轴马力。2台发动机工作时，螺桨旋翼是对转的，产生的扭矩相互抵消。若发动机处于水平位置，整架飞机与普通的螺旋桨飞机没有什么两样。而当发动机转向上方时，
旋桨便相当于一对旋翼，飞机可以垂直起降和悬停。V一22的发动机、传动系统和螺旋桨(旋翼)在定翼机平飞状态、直升机工作状态以及过渡飞行状态之间的偏转变换角度可达97。30’。
V-22能在大气温度33℃、高度900多米处进行无地效悬停。不过，由于它的螺旋桨直径小于同等重量直升机的旋翼、排气速度较大、桨盘载荷略高于一般直升机，因此垂直起飞和悬停时的效率亦稍逊于直升机。但它的常规飞行性能却是直升机无法匹敌的。该机在直升机状态的最大垂直起飞重量为23980 千克，最大前飞速度396千米，小时；在固定翼飞机状态的最大短距起飞重量为27442千克；实用升限约8000米，试飞速度曾达到647千米／小时，垂直起飞的航程为2224千米，短距起飞的最大转场航程接近3900千米。与普通的直升机相较，这无疑是一个巨大的飞跃。
为了提高垂直起降的效率，为V-22配备的螺旋桨的直径较长(即桨盘面比普通螺旋桨要大)，这样可以减小排气速度。虽然在垂直起飞和悬停状态，它的耗油率仍比普通直升机高一些，但远低于采用发动机喷口转向的“鹞”式飞机。与“鹞”式、“雅克-38”等喷气式垂直起降攻击机和“米-8”、AH-64等型直升机相比，V-22“鱼鹰”的最大飞行速度、悬停和垂直起飞时的经济效率居中，但航程最远、巡航经济性最好、运输效率最高。
上述特点使V-22具备了承担某些特殊使命的能力。它的主要的军事用途有：从大型舰船上向陆地战场快速投送兵员和物资、潜入敌方纵深进行战斗搜索和救援、以垂直机降方式远距离运送突击队、执行特种作战任务和后勤支援任务等等。以V一22“鱼鹰”式飞机为平台，还可以派生出具备悬停和垂直，短距起降能力的侦察机、反潜机、预警机、海上巡逻机、空中继通信飞机、电子对抗飞机等特殊用途的机种、机型。三军通用的垂直起降固定翼飞机的出现，将对未来的空地作战方式和军事思想的演变产生影响。
V-22存在严重缺陷
V-22“鱼鹰”想要保证位于翼尖的大功率、大负荷的发动机和螺旋桨同步转动，而且转速、桨矩等工作参数基本一致(或按要求进行调整)，在操纵与控制上是相当困难的，存在着一些直升机和固定翼飞机很少遇到的矛盾。为了克服这些“品质”上的缺陷，“鱼鹰”不得不采取许多复杂的、非常规的技术措施，从而使全机的重量、性能和生产成本都受到影响。倾转发动机(倾转旋翼)飞机的主要问题，集中在起降和过渡飞行阶段。
起飞降落阶段
由于v-22桨盘面的直径较大，发动机舱转至水平位置时，桨叶一旋转就会触地。因此它不能像普通飞机那样采用常规滑跑方式起飞。该机离陆前，发动机舱和螺旋桨只能举至斜上方，以短距滑跑方式起飞；或将发动机舱偏转向上，采用垂直升空的方式离地。这样一来，“鱼鹰”在起飞状态下的经济性就变得较差。
当v-22以直升机的方式起降时，由于螺旋桨(旋翼)位于机翼的翼尖上方，螺桨旋翼系统产生的下冲气流，有相当一部分会打在主翼的上表面。而为了保证发动机在转动和固定于某一位置时，机翼有足够的刚度和强度，它的主翼翼尖必须设计得很宽，从而增大了阻挡滑流向下运动的面积。在需要螺桨旋翼产生较大动力升力的时候，V-22的布局设计不但要损失正升力，而且根据作用力与反作用力原理，还得付出一定的负升力的代价，这是很不合算的。其垂直起飞时的效率，又要比普通的直升机降低许多。
损失动力升力还不是问题的全部。更糟糕的是，当螺桨旋翼向下排气时，部分滑流受到机翼的阻挡，将不可避免地在主翼面上形成涡环；而向上激起的涡环，会对螺桨旋翼的正常工作产生干扰。尽管v-22的螺桨旋翼是对转的，但并不能保证附着在左右翼面上的涡环也一定对称，因为受到外界环境条件的影响，涡环本身的运动并不很稳定。尤其是当飞机处于下降状态、接近地面时，机翼上已有的涡环与螺旋桨滑流拍击地面而新产生的涡环相互诱导，有可能产生出意想不到的非平衡现象。此时，飞行员的操纵稍有差池或反应不及，很容易造成失控。
MV-22在巴丹号两栖攻击舰降落
过渡飞行阶段
v-22由起飞状态过渡到平飞状态时，飞行速度较低、自身的操稳特性差、姿态控制复杂，发动机舱无论是从垂直位置转至水平位置还是由斜上方位置回到平飞位置，都存在着一定的风险。一旦有一台发动机停车，或两台发动机工作不同步、发动机舱转动的角度不一样，便会发生事故，甚至机毁人亡。反之，在由平飞转至着陆的过渡阶段，危险也同样存在。从“鱼鹰”的几起坠机情况看，飞行事故几乎都发生在起降过程(尤其是着陆状态)。
“鱼鹰”采用了不少特殊的技术手段来保证飞行安全。例如：在发动机上配备有电子模拟辅助控制功能的数字式全权限控制系统；左右发动机的螺旋桨减速器通过传动轴联结在一起，以便在一台发动机突然停车时，另一台发动机可保证左右螺旋桨都工作，以维持平衡；在机身内安装一套在启动时驱动横轴的辅助动力装置等等。横轴的作用之一，是在单发停车后仍可使两副螺旋桨转动，并提供相应的补充动力。在正常起飞状态，它的转动功率为5114马力；当一台发动机停车时，其应急输出功率可增至6004马力，相当于一台T406-AD-400型涡轮轴发动机的最大输出功率。
但这些技术措施的采用，使得飞机的系统变得复杂、结构重量相应增大，生产成本自然也就水涨船高了。例如，美国军方希望这种三军通用飞行器的生产成本能够控制在3230万美元左右；然而目前空军CV-22/小批量生产型的单价已升至7440万美元，海军MV-22试生产型的造价则高达9440万美元。另据外刊报道，从上个世纪50年代的XV-3、70年代的XV-15到80年代开始研制的v-22，贝尔直升机公司、波音直升机公司和美国军方已累计为这种特殊的飞行器投入了1600亿美元的巨额研制费，可能创下了世界军火史上单一项目耗资最高的纪录——但至今仍有许多问题没有完全解决，还需继续攻关。
V-22应该如何评价
综上所述，可以用几句话来概括V一22“鱼鹰”直升飞机的特点：原理可行，性能优异，兼具直升机与固定翼飞机的长处；但技术复杂，操控不易，司靠性较差，生产威本偏高。
50多年来，这种曾获得过美国国家航空协会颁发的“取得航空重大进步奖”的飞行器一直在探索中发展，至今也不能说已臻完善。航空技术的发展无疑需要创新，V-22就是技术进步的产物。但对“创新”也要一分为二，“新”不一定就代表效益最好、性价比最佳。新技术是一把“双刃剑”，一般会使产品性能有所提升，但也可能带来新的矛盾。许多人以为，高技术一定是复杂、昂贵的东西，那可不一定。航空高技术是指使用在飞行器上的高级技术，但并不等同于高价技术；真正的高技术应该是高明的技术、高效的技术。
历史上不乏正反两方面的例子。上个世纪五六十年代发明的边条翼、翼尖小翼、近距耦合鸭式气动布局等先进气动力技术，可以明显改善飞机的机动性或巡航经济性，且结构简单、制造成本低，至今仍得到广泛应用。与之形成鲜明对照的是，20世纪60年代曾一度“热销”的变后掠翼技术。这项新技术通过改变机翼的后掠角使飞机适应低速和高速飞行，并提高巡航升阻比、缩短起降滑跑距离，理论上讲是很有发展前途的。但实践证明，变后掠翼存在着结构、系统和操纵复杂，重量和翼载荷较大，造价较高等问题，并不适合于吨位较小的飞机，因此不被新一代战斗机所考虑。
倾转旋翼技术所面临的境况与后掠翼技术差不太多：在单项性能上有所突破，在技术水平上出类拔萃；但其本身的缺陷也很多，解决起来困难重重，造成研制费用上升、开发周期延长、性价比降低。技术既有先进与落后、高价与低价之分，也有复杂和简单、高效和低效之分。简单可与低价相对应，但先进却不能与复杂划等号。以最简单的措施解决最复杂的问题、得到最大的好处，才是最优的技术、最佳的方案。显然，简单、实用、高效的技术，要比复杂、昂贵的技术更值得发展和应用。v-22“鱼鹰”直升飞机所采用的倾转旋翼(倾转发动机)技术，到底属于哪一种呢?读者不妨自己去分析、判断。
原文地址:http://www.armsky.com/Article/yj ... 38/200601/3462.html | 
发表于 2006-10-31 14:36:13
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