中国高速直升机

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 02:01:51
高速直升机是指飞行时速超过400公里以上的直升机,是未来战场上陆军航空兵最重要的武器。这种武器的出现必将大大改变现代战争的形态,因此具有巨大的战略意义。这里转几篇文章,共同探讨一下我国在这一领域的现状和前景。高速直升机是指飞行时速超过400公里以上的直升机,是未来战场上陆军航空兵最重要的武器。这种武器的出现必将大大改变现代战争的形态,因此具有巨大的战略意义。这里转几篇文章,共同探讨一下我国在这一领域的现状和前景。
2015-8-12 22:37 上传


  自1939年西科斯基公司推出第一架实用的直升机VS-300以来,随着直升机气动、旋翼、材料、航电、飞控、发动机等技术取得长足的进步,带来直升机整体性能的提升。目前直升机的飞行速度可达到300千米/时,空重比0.5,振动水平降至0.05g,内部噪声低于85db,使用寿命可达数千小时。当前直升机研发在注重基本功能性能的同时,其竞争力主要体现在保障性、经济性、舒适性等综合性能上,如中法联合研制的直15/EC175直升机对市场的宣传词“宽敞、舒适、安全”是现代直升机研发理念的最佳体现。

  直升机的独特功能体现其在航空器中的优势,但自上世纪70年代,直升机在飞行性能、噪声控制等方面并没有突破性的进展,现代直升机仍存在三个不可回避的缺点:一是速度低、二是噪声大、三是振动大。如果这些问题得到解决,直升机将是完美的飞行器。造成这些问题的原因是直升机构型决定的,旋翼是直升机的唯一升力面,同时又是操纵面,其设计已接近物理学极限,旋翼桨盘面必然会出现升力不对称的现象,即直升机飞行时前行桨叶和后行桨叶的气动状态是不一样的,出现后行桨叶失速、前行桨叶马赫阻力以及回流区,这种现象导致直升机不能高速飞行和并产生较大振动和噪声。此外,直升机发动机排放物引起环境污染也是一个需关注的问题。

  从目前技术状况看,要同时解决这些问题,技术难度很大,只能分别去解决。对解决速度低的问题,目前有一些新构型直升机的发展,称之为高速直升机。对降低噪声和发动机排放物污染,这类直升机称之为绿色直升机。振动问题由于结构动力学分析技术和主动控制技术的发展已基本得到解决。

  随着直升机的广泛应用,用户及公众对直升机的使用会提出更高的要求,因此提高速度、降低污染成为直升机专家必须解决的问题。在可以预见的未来,直升机的市场竞争必然由“用户满意”进入“用户和公众满意”时代。

  高速直升机

  高速直升机是指保留直升机的飞行特征,且巡航速度达400~500千米/时的直升机。目前直升机的巡航速度一般在200~300千米/时,显然,与目前的直升机相比,其运输效率及机动性有非常大的提升。

  作为直升机技术的领头羊,美国自上世纪五六十年代就开始对高速直升机进行探索,欧直、俄罗斯直升机公司近期也在积极跟进,典型的研究项目有:

  贝尔533高性能研究直升机,1962年,在YUH-1B基础上,在机身增装空气动力整流罩,采用代弯度的垂尾给尾桨卸载,采用倾斜的旋翼轴。在机身两侧安装小的后掠机翼、安装2台涡轮喷气发动机。经过3阶段的试飞,1969年5月,平飞速度达到509千米/时。

  洛克希德186高性能刚性旋翼研究直升机,军方编号为XH-51A,1962年,该机减阻设计方面采用了外蒙皮埋头铆接,机身采用埋头密封铆接。旋翼轴前倾6度,全收放起落架。该机左侧安装一台涡轮喷气发动机,机身两侧安装悬臂式单翼。1967年6月,平飞速度达到487千米/时。

  西科斯基S-69ABC旋翼机研究机,1964年西科斯基公司公司开始研究ABC旋翼系统,它是由2副共轴反向旋转的刚性旋翼组成,利用前行桨叶的气动升力,消除后行桨叶的失速,提高旋翼系统的升阻比和高速飞行性能。同时取消尾桨系统。在尾部安装推进时螺旋桨。通过不停的改进,1982年,平飞速度达到445千米/时。

  西科斯基S-72旋翼系统研究机,1973年,该机为单旋翼带尾桨式布局,装有辅助机翼和固定翼飞机那样的尾面,2台涡轴发动机在机身上部,机身两侧装有2台辅助涡轮风扇发动机,后三点起落架。后采用新设计的X翼代替传统旋翼,该验证机按直升机的方式进行起飞和悬停,然后转变为固定翼机飞行,1985年,平飞速度达到463千米/时。

  皮亚塞基X-49“速度鹰”新概念验证机,以西科斯基的H-60机体为基础加装推力涵道螺旋桨,机身两侧增加机翼,翼面上同时装有襟副翼。2007年实现首飞,期望平飞速度超过370千米/时。

  俄罗斯米-X1、卡-92新概念验证机,2008年,俄罗斯直升机公司公布了高速直升机方案,卡-92是一种刚性共轴旋翼带尾部推进共轴螺旋桨构型的技术验证机,米-X1由一副旋翼和一副安装在尾部的推力矢量螺旋桨的技术验证机。但未见最新的进展报道。

  以上对高速直升机的研究成果大部分因操纵、振动、重量效率、使用效费比等问题,没有走向实用,但其单项技术在现代直升机设计中得到了广泛的应用,提升了常规直升机的技术水平,为高速直升机的进一步发展打下了良好的基础。

  走向实用的高速直升机

  随着直升机技术和计算机控制技术的发展,对以前探索高速直升机存在的一些难题逐步有了解决的途径。目前看到的可能走向工程实用的高速直升机有美国西科斯基公司的X2,欧直公司的X3。

  以XH-59A ABC旋翼验证机为基础,2005年,西科斯基公司开始宣布进行X2项目的研制,研制了2架技术验证机。该机采用共轴反向旋转旋翼系统,尾部安装由传动系统驱动的推进器,并采用电传操纵技术和振动主动控制技术解决操稳和振动问题。西科斯基公司分四个阶段完成了X2的飞行测试,第一阶段,在没有推进器的情况下,飞行速度达到40节;第二阶段,在验证机上安装6片桨叶的尾推进器,飞行速度达到106节;第三阶段,对桨毂、起落架、上座舱等加装整流罩,降低阻力,飞行速度大180节,第四阶段,2010年9月15日,飞行速度达到250节(463千米/时),发动机功率还有20%的储备。

  2010年10月20日,西科斯基公司宣布应用X2技术,自筹经费研制2架S-97“袭击者”原型机,进行设计、生产和飞行试验,竞争美陆军的武装空中侦察机项目(AAS),该机将容纳6名乘员,并可携带武器,目标巡航速度220节。预计2018年完成研制工作。

  2008年1月,欧直公司开始X3高速长航程混合直升机技术验证机的试验工作。该机使用了“海豚”AS365N3 的机体,EC155的5片旋翼系统,EC175的主减,RTM322发动机,在机身两侧的短翼末端安装一对5叶螺旋桨,并由主减速器通过传动系统驱动,以平衡反扭矩并提供前飞推力。旋翼和螺旋桨的动力可以分离。机身短翼能够提供升力为旋翼卸载。2010年9月6日首飞;2010年11月9日,飞行速度达到180节;2011年5月12日,飞行速度达到232节(430千米/时),使用了不到80%的可用功率。2012年6月,X3到美国进行了巡展和飞行表演,并开始向用户推介。

  欧直公司声称公司的目标不是要提高速度,而是要提高投产使用能力,认为达到高速要求将需要付出很大的成本代价。对生产型的高速符合是直升机来说,欧直给出与传统的直升机相比,使用成本和购机成本不得超过25%和20%的上限。欧直公司期望在2020年这种直升机将投入使用。

  V-22是倾转旋翼机,外形与常规的固定翼飞机差不多,有机翼和尾翼,还有升降舵、方向舵和襟翼。旋翼和发动机组件安装在机翼两端,该组件可在水平和垂直的位置之间转动90度,可以以直升机和固定翼两种方式飞行。从严格的定义上看,V-22以固定翼方式实现高速飞行,不属于直升机的范畴,因此不是高速直升机

  20世纪50年代,美国贝尔公司开始倾转旋翼机技术的探索,主要验证机包括:

  XV-3,原理验证机,共制造了2架,1架坠毁,主要用于倾转旋翼技术原理可行性验证。

  XV-15,方案验证机,共制造了2架,1架用于过渡状态评估,另一架主要用于飞行包线扩展试验和操纵品质评估,并评估军民用的可能性与需求。

  V-22,工程研制机,共制造10架原型机,主要用于功能和任务能力验证,1983年4月开始研制试验,1999年完成美国海军陆战队的评定,

  V-22倾转旋翼机以直升机方式飞行时,最大飞行速度185千米/时,以固定翼机方式飞行,最大飞行速度509千米/时。目前已交付美国海军和空军超过200架。

  在V-22技术基础上,阿古斯塔·韦斯特兰公司和贝尔公司于1996年联合研制民用倾转旋翼机BA609,2011年贝尔公司撤出该项目,项目改名为AW609,2003年首飞,预计2016年取证。2012年,阿韦公司宣称完成了85%的飞行包线试验,并且收到了70架订单。

  中国直升机应对之策

  可以预测,美国、欧洲先进直升机公司研制的高速直升机将在2020左右逐步投入市场使用,世界上直升机将进入第五代发展时期。特别对民用直升机,欧美等国将来极有可能推出新的适航规章,要求新研的民用直升机贯彻新的适航标准。如果我们在高速、绿色直升机方面不能有所作为,可能会造成代际差距。2020年后,中国直升机产业将会面临发展的重大技术门槛。

  我国对高速直升机技术的研究工作,目前仍处于探索阶段。以中国直升机设计研究所为代表的相关院所,和有关大学都在关注下一代直升机的发展,并积极选择各自感兴趣的方向开展研究。但由于没有国家层面的研究规划,整体上处于无序状态,这种状况对我国直升机发展是极其不利的。

  高速直升机技术发展涉及直升机、发动机、新材料、电子控制、新能源等行业的众多学科,因此,需要统筹相关行业并借鉴欧美的研究发展经验,从国家层面对高速直升机进行整体规划,确定研究目标和研究内容、制定研究实施计划,在国家政策上予以支持,落实研究经费和管理措施。

  从研究途径看,一方面,通过国家有关部门协调各行业优势力量,组织国家队,立足自主研究,合力攻关、提高技术发展能力,这是最根本的途径;另一方面要加强与国际直升机届的交流,跟踪国际上的研究进展情况,鼓励国内直升机及发动机行业与国际先进公司及相关组织的合作,建立开放的研究体制。

  中国是发展中的大国,也是直升机的使用大国,中国直升机现处于发展的关键时期,对高速、绿色直升机技术的专项研究已刻不容缓,只有采取切实的行动,才能实现中国直升机的持续发展。

  (作者系中航工业首席专家)
2015-8-12 22:42 上传


高速直升机S-97
原标题:“绝影”和“蓝鲸”中国高速直升机两大未来之星
  中国高速直升机两大未来之星

  《中国航空报》关于我国发展先进高速直升机的报道,令人想起去年9月的第二届天津国际直升机博览会上的两大焦点——“绝影-8”型无人直升机模型和“蓝鲸”倾转旋翼机模型,两者的思路与S-97“侵袭者”和V-22“鱼鹰”颇为相似,却另有创新之处。

  绝影-8型无人直升机,与“侵袭者”一样都是共轴反转旋翼加推进螺旋桨,以及H型尾翼,但“绝影”把螺旋桨放在机头,这也与其是无人机无需留出座舱空间有关。“绝影”采用两头尖中间大的类似梭型的设计,既能减小气动阻力,还能有效降低机身的雷达反射截面。据业内专家表示,未来的“绝影”直升机最大时速有可能超越500公里大关。

  而“蓝鲸”倾转旋翼机,被唤作“中国版鱼鹰”。从公开模型和数据看,它比“鱼鹰”复杂多了——采用了无尾式4发倾转旋翼布局,前后机身各设计有一对主翼,主翼翼尖安装有涡轴发动机,并配备大直径螺旋桨,与汤姆克鲁斯主演的科幻片《明日边缘》里的旋翼机造型十分近似。

  宋忠平告诉记者,由于倾转旋翼机可以完全像固定翼飞机一样作为升力体平飞,没有S-97、“绝影”还要头顶一对巨大的旋翼增加阻力,它的速度和续航距离要远胜直升机——预计“蓝鲸”未来的巡航时速达538公里,航程则可以超过3100公里。“蓝鲸”未来的商载可以达到20吨,与早期的运-8运输机相当。有如此给力的性能,无论军用还是民用,都将是一把好手。

  “‘绝影’块头比较小,价格低廉,更机动灵活,适应突击运输、反潜搜救和侦察;而‘蓝鲸’庞大、稳定,飞得快又远,适合运输。”宋忠平认为,这两款科幻意味十足的新机型,有望成为我国未来高速垂直起降飞行器的“绝代双雄”。
2015-8-12 22:48 上传


“绝影”高速直升机概念一亮相即引来各方关注。

  直升机在飞行时,两副旋翼共轴反转相互平衡反扭矩,同时提供飞行器垂直起降、悬停及前飞时所需的升力﹔双排对转拉力桨提供前飞所需的拉力,稳定性更好,大速度前飞时,螺旋桨工作,以提供高速前飞时所需的拉力,而经过特殊设计的桨叶能够很好地解决后行桨叶失速问题,从而实现直升机的高速飞行。

  在机身外形上,“绝影”采用了两头尖中间大的类似梭型的设计,这种设计既能减小机身的气动阻力,还能有效降低机身的雷达反射截面。此外,该机还采用了可收放式起落架,同样有利於降低机身阻力,从而对提升速度有所帮助。据业内专家表示,采用该布局的“绝影”直升机概念,未来的最大速度有可能超越500千米/时。  而按照国外的发展思路,在概念出来之后,会先制造技术验证机,用以对飞机的外形、气动性能以及各主要子系统进行可行性和可靠性测试,然后才会在验证机的基础上制造原型机。“绝影”则可以走一条有自身特色的发展之路,现在概念的基础上制造大型的无人机验证机,用以对各项技术和子系统进行测试,然后再发展出原型机。


深度:浅析中国为何发展高速直升机 需工业扎实积累
2014年12月03日 16:51  新浪军事

 资料图:对于下一代高速垂直起降飞行器,中国一直都没有停止过探索和追赶的脚步。天津直升机博览会上,中航工业就展出了两种新的未来高速垂直起降飞行器概念,即“绝影”和“蓝鲸”,两者分别采用了已经被普遍接受的气动布局。
  直升机的战场高速需求与速度瓶颈

  自从直升机发明以来,受旋翼系统的限制,多数常规直升机的飞行速度都不超过300千米/小时。这是因为直升机前飞的动力来自于旋翼的高速转动,直升机飞行速度越快,意味着旋翼转速就越快。根据计算,当直升机飞行速度逼近350千米/小时的时候,直升机旋翼桨尖的线速度将接近声速。当桨尖速度接近声速时,气动阻力会显著增加,此时涡轴发动机要推动旋翼以更快的速度旋转,就意味着要面对多几倍的阻力,会耗费多得多的功率,这是非常不经济的。同时当桨尖线速度超过音速时,桨叶中部的线速度比桨尖慢一些,反而在接近音速范围,因此桨叶各处受到的阻力会产生明显差别。再加上激波、桨叶气流流场的影响,因此传统直升机飞行速度就遇到了瓶颈局限。

  众所周知,直升机本身的作战高度低、速度慢、防护较脆弱,在现代战争中很容易被地面防空火力击中,特别是60、70年代以后便携式防空导弹等防空武器技术的发展,直升机面临的战场环境愈加严峻。巡航速度在250-350千米/小时之间的直升机为提升战场生存能力和及战术性能,直升机飞行速度的大幅度提升无疑是明确的方向之一。在直升机问世后几十年的发展历程中,各国直升机的设计者们都在尝试了很多方式来突破这个速度极限。如波音公司的CH-47“支奴干”采用双旋翼纵列式结构,两套旋翼旋转方向相反,相互抵消对方造成的湍流。欧洲直升机公司X-3直升机在“海豚”直升机的机体上,在两侧加装的固定短翼上各装一副推进螺旋桨,从而将直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航速度有机的结合起来。这套由原有的直升机旋翼以及机体两侧螺旋桨组成的动力系统使X-3有着惊人的爬升速度级出色的机动性,在稳定飞行时的速度就可达到430千米/小时。

  X3复合旋翼验证机是欧直公司最新产品,该采用5片桨叶主旋翼和两台安装在短翼上的推进器,结合直升机的垂直起降能力及固定翼的高速巡航的机动性,使其最高时速达到430公里/小时。
  在高速直升机研发西科斯基经验丰富

  复合推进的高速直升机技术是世界直升机产业最热门的研究领域,自然美国早早就着手了相关技术探索和验证,在美国擎起这面大旗的是西科斯基公司。1939年,西科斯基凭借VS-300的成功首飞,一举奠定了现代直升机单旋翼加尾桨布局概念。在70余年的直升机技术发展大潮中,西科斯基公司始终屹立潮头,成为直升机研发领域毫无争议的翘楚。西科斯基也早在上世纪的70年代就着手进行新型推进技术的研发和探索,最主要的成果就是XH-59A“先进旋翼概念”技术验证机。该机创造性地采用共轴双旋翼作为主旋翼设计方案,这样一来就可以省去尾桨,而替代尾桨的是侧部的推进装置,安装两台J30-P-3C型涡喷发动机。这样一来,传统的直升机就变成了既有旋翼又有尾部推进装置的“复合推进”新概念直升机。采用复合推进新技术的XH-59A在试飞中体现出了突出的速度优势,它最大平飞时速达到487千米/小时,最大飞行高度达7620米。但XH-59A存在着噪音、振动和油耗较大、结构复杂、操纵困难等诸多技术难题,并最终导致项目下马。

  但西科斯基公司并未停止对复合推进直升机的探索。本世纪初又启动了第二型复合推进验证机项目,也就是2008年末首次亮相的X-2高速直升机验证机。X-2通过共轴双旋翼和后置推进螺旋桨的复合推进布局,加之先进的电传飞控系统、旋翼桨毂减阻技术、—体化辅助推进技术、主动振动控制技术、轻量化刚性复合旋翼和结构,在试飞中的最大飞行速度达到了每小时460千米,成为目前飞行速度最快的直升机。X-2这一高速直升机验证机项目在经历了多年试飞和技术攻关后,最终为西科斯基公司推出S-97原型打下了坚实的技术基础。

  据英国飞行国际网站2014年6月16日报道,西科斯基公司成功完成S-97高速旋翼机原型机的启动。西科斯基公司称,实现S-97的启动意味着驾驶舱显示器和控制显示单元已成功集成到原型机上。该机目前已完成了一半的总装工作。在接下来的几周内,总装工作将集中完成电子设备如航电和飞控系统的测试。
  S-97“侵袭者”引领的直升机技术革命

  上月,S-97“侵袭者”的实机在佛罗里达西棕涧滩的西科斯基研发测试中心正式亮相,这意味着复合推进的高速直升机已经从技术研发阶段走向具体型号研制并即将进入现役。S-97“侵袭者”延续着在X-2已经验证过的共轴双旋翼和推进尾桨技术合二为一的成熟设计方案。S-97“侵袭者”安装一台2 600轴马力通用电气YT706型涡轴发动机,起飞重量约4吨,使用直径10.2米的4叶共轴反转无铰刚性双旋翼,取消了传统直升机的反扭矩尾桨。发动机在驱动主旋翼工作的同时,还为尾梁末端一副直径2.1米的六片复合材料可变距推进螺旋桨提供动力,产生前向推力,用于高速飞行以及加速、减速机动。在低速飞行或悬停时,飞行员可以通过离合机构停止推进螺旋桨,以提高安全性并降低噪音。同时,机尾左右两侧还有两个水平尾翼,尾翼上安装有端板式可操控尾舵,用于提供飞机的操纵力矩。

  “侵袭者”在飞行控制系统上采用了具有先进控制律的电传飞控系统,将主旋翼、推进尾桨和发动机进行综合一体化设计,实现了综合一体化控制,从而使S-97“侵袭者”在具有高速性能的前提下,保持了直升机悬停飞行、垂直起降和低速机动性能,并可以平稳地从悬停飞行状态进入高速向前平飞状态。除了巡航速度将达到世界最快以外,S-97还拥有包括空中滑翔、高速转弯等一系列先进的直升机飞行技术,机动性和敏捷性对传统直升机构成了代差。据称,在试飞中S-97的速度未来可达将近500千米/小时,是美国现役“黑鹰”直升机速度的2倍,“阿帕奇”直升机速度的1.5倍。

资料图:疑似我国直20直升机座舱
 我国高速直升机的发展旋翼和发动机是关键

  在复合推进的高速直升机领域,除了欧美,俄罗斯以及我国也都不甘落后。在2009年,俄罗斯直升机研发领域的双雄,卡莫夫和米里分别推出了卡-92和米X-1的高速直升机方案。只是吨位体积上有差异,方案的启动构型与欧美多有共同点。在上一届珠海航展上,我国也曾展出多个复合高速直升机的模型,其采用的就是共轴双旋翼加尾部推进螺旋桨、短翼螺旋桨的方式。尤为特别的是“绝影”,与西科斯基的尾部安装推进式螺旋桨的方案不同,其采用的是前置对转式螺旋桨来提供高速巡航动力。不过这种拉进式推进方案可能会存在一些问题。前置螺旋桨将限制机鼻传感器的视野,还会在一定程度上妨碍机载内置武器的使用。所以也有消息称,直升机设计研究院也有“推进式”的高速武装直升机方案。
  关于我国高速直升机的未来发展,要从展会上的模型变成现实的样机乃至真正的量产装备,需要的直升机工业体系的扎实积累和技术实力。直升机旋翼的重要性相当于固定翼飞机的机翼,对于追求高速的复合旋翼机更是如此。随着我国综合国力的提升,在直升机工业上的积极投入,在旋翼方面也是下了大功夫,建造了亚洲最大的直升机旋翼试验塔,使我国直升机旋翼研究彻底摆脱了依赖老型号参数的桎梏,基本掌握了当今世界第三代先进旋翼的研制技术,为高速直升机上的无铰刚性双旋翼突破打下了坚实技术基础。而不论是“传统”的直升机,还是这些设计上更为前卫尖端的复合旋翼机机型,最根本的还是要有合适的发动机。在此前的直-9、直-9以及武直-10的型号发展、后续升级改进都受到了不算小的影响,但随着5000千瓦级和2000千瓦级等大功率涡轴发动机在航展中的现身,可至少看到这两个级别的发动机的研制在稳步推进之中。那么,有了大功率发动机,动力先行,未来无论是大型直升机,还是高速直升机、倾转旋翼机的腾飞都有了最为关键的基础。


深度:浅析中国为何发展高速直升机 需工业扎实积累
2014年12月03日 16:51  新浪军事

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2015-8-12 22:56 上传


 资料图:对于下一代高速垂直起降飞行器,中国一直都没有停止过探索和追赶的脚步。天津直升机博览会上,中航工业就展出了两种新的未来高速垂直起降飞行器概念,即“绝影”和“蓝鲸”,两者分别采用了已经被普遍接受的气动布局。
  直升机的战场高速需求与速度瓶颈

  自从直升机发明以来,受旋翼系统的限制,多数常规直升机的飞行速度都不超过300千米/小时。这是因为直升机前飞的动力来自于旋翼的高速转动,直升机飞行速度越快,意味着旋翼转速就越快。根据计算,当直升机飞行速度逼近350千米/小时的时候,直升机旋翼桨尖的线速度将接近声速。当桨尖速度接近声速时,气动阻力会显著增加,此时涡轴发动机要推动旋翼以更快的速度旋转,就意味着要面对多几倍的阻力,会耗费多得多的功率,这是非常不经济的。同时当桨尖线速度超过音速时,桨叶中部的线速度比桨尖慢一些,反而在接近音速范围,因此桨叶各处受到的阻力会产生明显差别。再加上激波、桨叶气流流场的影响,因此传统直升机飞行速度就遇到了瓶颈局限。

  众所周知,直升机本身的作战高度低、速度慢、防护较脆弱,在现代战争中很容易被地面防空火力击中,特别是60、70年代以后便携式防空导弹等防空武器技术的发展,直升机面临的战场环境愈加严峻。巡航速度在250-350千米/小时之间的直升机为提升战场生存能力和及战术性能,直升机飞行速度的大幅度提升无疑是明确的方向之一。在直升机问世后几十年的发展历程中,各国直升机的设计者们都在尝试了很多方式来突破这个速度极限。如波音公司的CH-47“支奴干”采用双旋翼纵列式结构,两套旋翼旋转方向相反,相互抵消对方造成的湍流。欧洲直升机公司X-3直升机在“海豚”直升机的机体上,在两侧加装的固定短翼上各装一副推进螺旋桨,从而将直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航速度有机的结合起来。这套由原有的直升机旋翼以及机体两侧螺旋桨组成的动力系统使X-3有着惊人的爬升速度级出色的机动性,在稳定飞行时的速度就可达到430千米/小时。

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2015-8-12 22:58 上传


  X3复合旋翼验证机是欧直公司最新产品,该采用5片桨叶主旋翼和两台安装在短翼上的推进器,结合直升机的垂直起降能力及固定翼的高速巡航的机动性,使其最高时速达到430公里/小时。
  在高速直升机研发西科斯基经验丰富

  复合推进的高速直升机技术是世界直升机产业最热门的研究领域,自然美国早早就着手了相关技术探索和验证,在美国擎起这面大旗的是西科斯基公司。1939年,西科斯基凭借VS-300的成功首飞,一举奠定了现代直升机单旋翼加尾桨布局概念。在70余年的直升机技术发展大潮中,西科斯基公司始终屹立潮头,成为直升机研发领域毫无争议的翘楚。西科斯基也早在上世纪的70年代就着手进行新型推进技术的研发和探索,最主要的成果就是XH-59A“先进旋翼概念”技术验证机。该机创造性地采用共轴双旋翼作为主旋翼设计方案,这样一来就可以省去尾桨,而替代尾桨的是侧部的推进装置,安装两台J30-P-3C型涡喷发动机。这样一来,传统的直升机就变成了既有旋翼又有尾部推进装置的“复合推进”新概念直升机。采用复合推进新技术的XH-59A在试飞中体现出了突出的速度优势,它最大平飞时速达到487千米/小时,最大飞行高度达7620米。但XH-59A存在着噪音、振动和油耗较大、结构复杂、操纵困难等诸多技术难题,并最终导致项目下马。

  但西科斯基公司并未停止对复合推进直升机的探索。本世纪初又启动了第二型复合推进验证机项目,也就是2008年末首次亮相的X-2高速直升机验证机。X-2通过共轴双旋翼和后置推进螺旋桨的复合推进布局,加之先进的电传飞控系统、旋翼桨毂减阻技术、—体化辅助推进技术、主动振动控制技术、轻量化刚性复合旋翼和结构,在试飞中的最大飞行速度达到了每小时460千米,成为目前飞行速度最快的直升机。X-2这一高速直升机验证机项目在经历了多年试飞和技术攻关后,最终为西科斯基公司推出S-97原型打下了坚实的技术基础。

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2015-8-12 22:59 上传


  据英国飞行国际网站2014年6月16日报道,西科斯基公司成功完成S-97高速旋翼机原型机的启动。西科斯基公司称,实现S-97的启动意味着驾驶舱显示器和控制显示单元已成功集成到原型机上。该机目前已完成了一半的总装工作。在接下来的几周内,总装工作将集中完成电子设备如航电和飞控系统的测试。
  S-97“侵袭者”引领的直升机技术革命

  上月,S-97“侵袭者”的实机在佛罗里达西棕涧滩的西科斯基研发测试中心正式亮相,这意味着复合推进的高速直升机已经从技术研发阶段走向具体型号研制并即将进入现役。S-97“侵袭者”延续着在X-2已经验证过的共轴双旋翼和推进尾桨技术合二为一的成熟设计方案。S-97“侵袭者”安装一台2 600轴马力通用电气YT706型涡轴发动机,起飞重量约4吨,使用直径10.2米的4叶共轴反转无铰刚性双旋翼,取消了传统直升机的反扭矩尾桨。发动机在驱动主旋翼工作的同时,还为尾梁末端一副直径2.1米的六片复合材料可变距推进螺旋桨提供动力,产生前向推力,用于高速飞行以及加速、减速机动。在低速飞行或悬停时,飞行员可以通过离合机构停止推进螺旋桨,以提高安全性并降低噪音。同时,机尾左右两侧还有两个水平尾翼,尾翼上安装有端板式可操控尾舵,用于提供飞机的操纵力矩。

  “侵袭者”在飞行控制系统上采用了具有先进控制律的电传飞控系统,将主旋翼、推进尾桨和发动机进行综合一体化设计,实现了综合一体化控制,从而使S-97“侵袭者”在具有高速性能的前提下,保持了直升机悬停飞行、垂直起降和低速机动性能,并可以平稳地从悬停飞行状态进入高速向前平飞状态。除了巡航速度将达到世界最快以外,S-97还拥有包括空中滑翔、高速转弯等一系列先进的直升机飞行技术,机动性和敏捷性对传统直升机构成了代差。据称,在试飞中S-97的速度未来可达将近500千米/小时,是美国现役“黑鹰”直升机速度的2倍,“阿帕奇”直升机速度的1.5倍。

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2015-8-12 23:00 上传


资料图:疑似我国直20直升机座舱
 我国高速直升机的发展旋翼和发动机是关键

  在复合推进的高速直升机领域,除了欧美,俄罗斯以及我国也都不甘落后。在2009年,俄罗斯直升机研发领域的双雄,卡莫夫和米里分别推出了卡-92和米X-1的高速直升机方案。只是吨位体积上有差异,方案的启动构型与欧美多有共同点。在上一届珠海航展上,我国也曾展出多个复合高速直升机的模型,其采用的就是共轴双旋翼加尾部推进螺旋桨、短翼螺旋桨的方式。尤为特别的是“绝影”,与西科斯基的尾部安装推进式螺旋桨的方案不同,其采用的是前置对转式螺旋桨来提供高速巡航动力。不过这种拉进式推进方案可能会存在一些问题。前置螺旋桨将限制机鼻传感器的视野,还会在一定程度上妨碍机载内置武器的使用。所以也有消息称,直升机设计研究院也有“推进式”的高速武装直升机方案。
  关于我国高速直升机的未来发展,要从展会上的模型变成现实的样机乃至真正的量产装备,需要的直升机工业体系的扎实积累和技术实力。直升机旋翼的重要性相当于固定翼飞机的机翼,对于追求高速的复合旋翼机更是如此。随着我国综合国力的提升,在直升机工业上的积极投入,在旋翼方面也是下了大功夫,建造了亚洲最大的直升机旋翼试验塔,使我国直升机旋翼研究彻底摆脱了依赖老型号参数的桎梏,基本掌握了当今世界第三代先进旋翼的研制技术,为高速直升机上的无铰刚性双旋翼突破打下了坚实技术基础。而不论是“传统”的直升机,还是这些设计上更为前卫尖端的复合旋翼机机型,最根本的还是要有合适的发动机。在此前的直-9、直-9以及武直-10的型号发展、后续升级改进都受到了不算小的影响,但随着5000千瓦级和2000千瓦级等大功率涡轴发动机在航展中的现身,可至少看到这两个级别的发动机的研制在稳步推进之中。那么,有了大功率发动机,动力先行,未来无论是大型直升机,还是高速直升机、倾转旋翼机的腾飞都有了最为关键的基础。
得加快速度了。美国黑鹰快换代了~


头像好赏心悦目。大部头没有耐心读下去啊,帖子不是论文。

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2015-8-12 23:05 上传


    常规直升机受自身构型的影响,飞行速度、航程等受到较大限制。300千米/时,几乎是常规直升机的速度极限。研制大速度、高机动性以及大航程、可满足快速反应、远距大载重等需求的高速直升机,是未来直升机发展的主要趋势之一。

    中航工业直升机所已经将高速新构型直升机研制纳入了研发日程。根据发展规划,直升机所在“十三五”期间将首先突破直升机每小时400千米的限制。K-800是他们目前酝酿中的一款无人高速直升机验证平台,采用ABC旋翼,在机身前部加推进螺旋桨,以直升机模式垂直起降、悬停,螺旋桨模式飞行,起飞重量达到800千克、设计速度450千米/时、机长5.12米。K-800的意义在于提供了一个验证平台,在这个平台上可对新技术、新方法进行验证,为今后更多的新构型高速直升机做准备。

    我国是一个地域、领空、领海十分辽阔的国家,东西南北地形地貌、气候条件差异巨大,为保卫我国的领空、领海和领土完整,不依赖特殊场地,能够随时随地起降,并且拥有速度快、效率高、地点准、机动灵活等特点的航空器,对海洋维权、边境巡逻、反恐突袭、战地急救等都具有极其重要的意义。倾转旋翼机正是这样一种航空器,“蓝鲸”是直升机所正在研发的一款倾转旋翼机。“蓝鲸”为四倾转旋翼构型,商载达到20吨;巡航速度538千米/时;航程3106千米/时。在科研人员的构想中,“蓝鲸”采用可收放起落架,具备垂直起降和滑跑起降能力,配备四台发动机,余度设计确保两台发动机失效后还能安全飞行。采用分布式综合航电系统提升任务能力和抗干扰能力,应用光传操纵系统融合多模态任务飞行控制、智能综合驾驶舱技术降低飞行员负荷,大幅提升机体复合材料应用比例,具备故障预测与健康管理能力。

    除了高速、大装载、远航程之外,与常规直升机相比,“蓝鲸”还兼具振动小、噪声小、耗油率低、运输成本低等特点。“蓝鲸”结构布局中旋翼安置在远离机身的机翼尖端,且旋翼直径较小,因此其座舱的振动水平低于一般的常规直升机,并且由于主要的噪声源--旋翼,远离座舱,因此座舱内的噪声比普通直升机小很多。科研人员分析,“蓝鲸”在150米高度悬停时,其噪声只有80分贝,仅相当于30米外卡车发出的噪声,特别适合于旅客运输。据科研人员介绍,综合考虑“蓝鲸”耗油量少、速度快、航程大、载重大等优点,其运输的成本仅为常规直升机的1/2。

    倾转旋翼机因既有旋翼又有机翼,并且要实现旋翼从垂直位置向水平位置或从水平位置向垂直位置倾转,因此不仅基本综合了直升机和涡轮螺旋桨飞机的技术特点,而且还具有旋翼倾转过程中存在的许多技术特点。其结构、气动、控制等技术比一般飞机或直升机复杂得多,并拥有固定翼飞机和直升机所拥有的各种技术难点,同时还带来许多倾转旋翼机独特的技术问题。归纳起来,倾转旋翼的技术难点主要表现旋翼-机翼的气动干扰对有效载荷影响大、旋翼倾转过程中的非定常气动特性复杂、倾转旋翼机的结构设计复杂、倾转旋翼机的动力学耦合问题多等方面。

    我国倾转旋翼机的研究起步晚,很多关键技术还在摸索阶段。然而在关键技术突破之外,更需要的是创新精神的绽放。为激发设计人员的创新精神,直升机所于2009年设立了所长课题基金。 “所长课题基金”是为加强应用基础研究和关键技术攻关的支持力度,为营造良好的研究环境,鼓励原始创新,培养直升机高科技人才,促进直升机技术进步和发展而设立。主要支持直升机旋翼研制及其技术发展中的应用基础研究和部分探索性强的应用研究,解决旋翼研制中出现的技术瓶颈,攻克关键技术,探索新思想、新概念、新原理和新方法的科学研究。近些年来,直升机所还定期举办技术创新沙龙、“新概念旋翼飞行器设计大赛”等活动,鼓励科研人员发散思维,激发创新热情,为科研人员提供了一个技术、创意交流的平台。同时,在研究室内部实施项目团队管理,放手启用思想活跃的年轻技术骨干负责项目,群策群力大胆推进技术创新。

    创新是科研人员的灵魂,是科技发展的强大动力,决定了科技发展的未来。中航工业直升机所作为国内唯一的直升机研发机构,一代代直升机人矢志不渝,开发新技术,攻克技术难关,不断推动我国直升机技术水平向前发展。
2015-8-12 23:06 上传


“鸭嘴兽”高速直升机
中国研制新型高速直升机将提升战力

时评/三杉    图/来自网络

在本届珠海航展上,中航工业集团的直升机展区新推出了三种全新概念设计的直升机方案。“短尾隼”采用横列式双旋翼布局,在旋翼下方安置推力桨。类似V-22“鱼鹰”,但避免了“鱼鹰”从直升机状态转化为旋翼机状态时,旋翼偏转,控制力、稳定性极差,最容易失速坠毁的难题。

“先驱01”新概念高速直升机的两副旋翼共轴反转相互平衡反扭矩,同时提供飞行器垂直起降,悬停时所需的升力。大速度前飞时,尾推力桨工作。经过特殊设计的桨叶能够很好的解决后行桨叶失速问题,从而实现直升机的高速飞行

“先驱01”的概念在国外的高速直升机设计中也已有类似方案,现在就看那一家最先把它变为现实,实现直升机的高速飞行(时速300-600公里)的梦想。

“鸭嘴兽”高速直升机概念,采用带有曲面的盘翼作为高速前进时的升力面。

中航的三种全新概念设计的直升机方案,对中国的直升飞机发展,提供了新的装备前景。

“短尾隼”与美国V-22类似。美国V-22鱼鹰直升机,是美国的倾转旋翼机,1983 年开始研制,1989 年首飞,V-22 原定 1991 年~ 1992年交付美国海军陆战队,1993 年开始交付美国空军,1995 年交付美海军, 但由于经费问题,计划推迟。

  V-22性能特点:

  ①采用大尺寸旋翼 ( 桨 ) 垂直起飞,水平高速飞行,兼备直升机和固定翼飞机的优长。

  ②外挂能力突出,能外部吊运重达 4536 千克的特大载荷。

  ③机上设施先进,可全天侯低空飞行和全天侯低空导航。

       ④自卫能力强,维护性能好。

但“鱼鹰”从直升机状态转化为旋翼机状态时,旋翼偏转,控制力、稳定性极差,最容易失速坠毁,而“短尾隼”就避免了这种难题。

这种直升机,美国目前在日本已经部署,这明显的是在对中国进行威胁。

目前国外的高速直升机的设计也有类似“先驱01”和“鸭嘴兽”高速直升机的设计,在这个领域内,都在竞争,看谁首先将此设计变为现实。

由于中国的航空工业的高速发展,从歼-10、歼-20到歼-31,等先进战机的出现,就有力的证明了中国战机的设计和制造,为了追赶世界最先进的航空技术,也为了不被西方国家抛到后面,中国已经在各项军工领域实现了大步快跑的策略。从引进到仿制、由仿制到改进、以改进促研发,中国如今已经实现为可以拥有自主知识产权的新航空大国。

目前,国际上直升机技术已经发展到第第四代,中国的直升机技术虽进步大,但也只是相当于欧、美上世纪80~90年代研制的第三代直升机水平。第三代的直升机技术特征中国已经掌握,我们的直-8、直-9、直-11就是这一水平的具体体现。

中航推出的新型概念机,虽然还在研究阶段,但是,我们相信,在不久的将来,这些新型直升机一定会展现在人们面前,这将很大程度上提升解放军的战力。

目前,追赶世界先进水平是当前中国各类军备发展的当务之急,因为,国际环境不允许中国停步。

正是:

中国高速直升机

研制发展有成绩

设计力求追先进

早日成功升战力


中美高速直升机大比拼:中国2款新机惊艳亮相
2013年10月14日 11:54  中国航空报


上图为中国“绝影8”无人飞行器,下图为美国S-97新概念旋翼机
  日前,美国陆军对外发布消息,根据联合多功能验证机(JMR-TD)项目的安排,他们已经同4家公司签定了技术开发投资协议,用以研发新的技术验证机,进而寻求和确定未来军用旋翼机的发展方向。

  根据已经签定的投资协议,4家公司将各自研制一款技术验证机,并完成所有的测试,从而为未来垂直运输系统(FVL)项目积累数据,FVL的目标是取代现役数量庞大的军用直升机群。在军方的计划里,未来的FVL系统无论是飞行速度,还是任务半径以及航程,都远远超过现役的直升机。

  实力雄厚的美国团队

  4家被选中的公司分别是AVX飞机公司、贝尔直升机公司、Karem飞机公司(2004年该公司被波音并购,之后整合进波音防卫系统分部)以及西科斯基公司。据美国陆军介绍“被选中的公司提交的方案,在技术指标上要满足未来的需求,包括飞行速度、航程等,这些数据未来将直接应用于FVL项目。”另外,未来的FVL项目将会发展成为一个包括诸多型号的飞机家族,而不是单一的飞机型号。

  获得资金支持的4家公司所提出的方案大体分为两种,一种是倾转旋翼机方案,兼有直升机和传统布局飞机的优点;另一种是与传统直升机类似的概念,采用固定旋翼系统+推进式螺旋桨布局。

  AVX谋求后来居上

  AVX公司与西科斯基公司的方案属于后者,其中AVX公司的方案采用共轴双旋翼+两个管道式风扇布局,双主旋翼提供垂直起飞的能力,管道式风扇提供前进的动力。

  2005年,几位从贝尔直升机公司出走的技术人员组建了自己的公司,这就是AVX飞机公司。AVX公司在成立之后的短短几年内,就亮出了几个让业界震惊的大动作,包括参与OH-58D直升机升级计划,竞争美国陆军JMR-TD项目等。

  更准确地说,AVX提出的设计概念采用的是共轴双旋翼+两个管道风扇的无尾气动布局,其中管道风扇可以提供40%的升力,而主旋翼则可以提供60%的升力。同时在前机身两侧设计了短翼,这样可以在高速飞行时提供额外的升力。该方案的机舱采用了与大型运输机类似的斜坡式尾舱门,能够满足同时装载两个460升标准货盘,而人员和轻型车辆等装备也能更快速地装卸。攻击型还可以在机舱内安装30毫米口径的炮塔以及反装甲导弹系统,这些武器虽然安装在机舱内部,但是可以通过机舱底板上的舱门滑出进行发射。

  在机身设计上,为了减小飞行时的气动阻力,该机的机头设计有轻微的上反角。同样出于减小机身机动阻力的考虑,两个推进螺旋桨采用了管道式设计,这种结构比常用的开放式推进螺旋桨的结构要轻,并且在飞行过程中的阻力也更小。

  据AVX公司的官方数据显示,在运载12名士兵以及4名机组乘员的情况下,该方案的起飞重量为12吨。与陆军现役UH-60M相比,该方案的最大外挂能力达到5.9吨(UH-60M为3.8吨),能够吊运陆军装备的M777A2型155毫米榴弹炮等重火力装备;其机舱截面尺寸达到6英尺×6英尺,几乎相当于UH-60M的2倍,所以其内部载荷能力达到了3.6吨。

  飞行过程中,该方案在不使用管道风扇的情况下,飞行速度为320千米/时,而在使用管道风扇的情况下最大速度可以达到430千米/时。

  西科斯基:S-97进展迅速

  西科斯基的S-97型设计概念,则采用共轴双旋翼+后机身推进式螺旋桨布局,该布局已经在之前的X-2技术验证机上完成了大量测试。目前,S-97首架原型机的机身已经完成装配。

  西科斯基研制S-97的初衷,是希望将其发展成为一款多功能武装侦察直升机,并能够赢得国防部的订货。但是,包括美国国防部和美国陆军在内,都没有对西科斯基明确表态。而这次选中该公司参与JMR-TD项目,也算为S-97找到了新的出路。

  S-97的设计完全基于西科斯基公司的X-2技术验证机,采用共轴反转双旋翼,尾部装推力螺旋桨。NASA在70年代的研究中发现,通过采用刚性共轴双旋翼布局的直升机是未来高速直升机的出路之一,因为上下两个互相反转的旋翼在直升机的两侧始终同时都存在前行桨叶,从而弥补了后行桨叶失速的缺陷,获得更大的飞行速度,但是为了充分发挥前行桨叶的升力特性,必须采用刚性旋翼。而西科斯基在与NASA联合开展研制的过程中获益匪浅,并将此技术一直传承下去。西科斯基公司的资料显示,X-2在之前试验中已达到253海里/时(469千米/时)的前飞速度,且只需要消耗最大功率的70%。在进行一些改进后(如加装旋翼头整流罩),X-2将能够达到280海里/时(520千米/时)的前飞速度。

  该构型具备更高的机动性,与常规构型直升机相比,其加速/减速性能更高。在悬停性能方面,该构型比机械结构和气动特性更加复杂的V-22相比更好。

  S-97的极限速度限定为220海里/时(407千米/时),这个指标明显达不到陆军JMR-TD项目的要求,但是在西科斯基看来提升其速度并不是难事,X-2已经打下了雄厚的基础。西科斯基公司计划于2013年开始首架S-97的建造,并希望能够在2014年完成首飞。

  贝尔:用V-280重写V-22辉煌

  贝尔公司的V-280倾转旋翼方案,与目前已经在美国空军和美国海军陆战队服役的V-22属于同一类型,只是机身外形更大,装备的发动机功率也更大,倾转旋翼技术更为成熟。一个月前,贝尔公司宣布与洛克希德·马丁公司结成合作伙伴,共同致力于V-280项目的研制。

  贝尔直升机公司参与V-280项目的技术高管表示,V-280能够很好地满足美国陆军对于高速飞行能力的需求,其巡航速度可以达到519千米/时。而美国陆军在其JMR-TD项目中,对参与竞争的机型提出的巡航速度要求则为425千米/时,在FVL项目中对巡航速度的要求也是如此。

  作为第三代倾转旋翼机的技术探索者,V-280上的许多技术尽管都是基于贝尔/波音联合研制的V-22倾转旋翼机,但是都进行了大幅的升级和改进。V-280在低速灵活性、高速大过载机动性能、燃油效率等各方面都大大优于V-22,并且能飞更远的航程。当然,这些都需要经过实际验证。此外,贝尔直升机公司希望通过为V-280研制一套全新的三余度电传飞控系统,以保证其拥有出色的操纵性能。

  V-280倾转旋翼机在35℃的高温环境下,无地效悬停高度可达1830米,在保持519千米/时巡航速度条件下作战航程可以达到930~1480千米;其无空中加油情况下最大航程可以达到3890千米,具备出色的全球自部署能力。

  Karem:TR36TD以快取胜

  Karem公司提出的倾转旋翼机方案,最大的亮点在于其采用的转速优化旋翼技术,即根据起飞重量、飞行高度和飞行速度的不同,对旋翼的转速进行调整优化,从而提高飞机在整个包线内的飞行性能。目前,这项转速优化旋翼技术已经在波音的A160“蜂鸟”无人机上完成了总计18个小时的飞行测试。

  不出意外的话,Karem公司的方案将在其之前已经公布的TR36TD基础上发展而来,该方案采用倾转旋翼设计,并采用了上述提到的转速优化旋翼技术,最大速度可以达到670千米/时。TR36TD应该是4家公司方案中速度最快的一种。

  尽管4家公司方案进展有快有慢,但是根据美国陆军要求,所有的方案都要在2017年开始飞行测试。

  崛起的中国势力

  对于下一代高速垂直起降飞行器,中国一直都没有停止过探索和追赶的脚步。在今年的天津直升机博览会上,中航工业就展出了两种新的未来高速垂直起降飞行器概念,即“绝影”和“蓝鲸”,两者分别采用了已经被普遍接受的气动布局。

  “绝影”8高速直升机概念采用了与西科斯基X-2验证机类似的共轴双旋翼+螺旋桨布局,只不过螺旋桨改为了前置双排对转拉进式。

  直升机在飞行时,两副旋翼共轴反转相互平衡反扭矩,同时提供飞行器垂直起降、悬停及前飞时所需的升力;双排对转拉力桨提供前飞所需的拉力,稳定性更好,大速度前飞时,螺旋桨工作,以提供高速前飞时所需的拉力,而经过特殊设计的桨叶能够很好地解决后行桨叶失速问题,从而实现直升机的高速飞行。

  在机身外形上,“绝影”采用了两头尖中间大的类似梭型的设计,这种设计既能减小机身的气动阻力,还能有效降低机身的雷达反射截面。此外,该机还采用了可收放式起落架,同样有利于降低机身阻力,从而对提升速度有所帮助。据业内专家表示,采用该布局的“绝影”直升机概念,未来的最大速度有可能超越500千米/时。

  而按照国外的发展思路,在概念出来之后,会先制造技术验证机,用以对飞机的外形、气动性能以及各主要子系统进行可行性和可靠性测试,然后才会在验证机的基础上制造原型机。“绝影”则可以走一条有自身特色的发展之路,现在概念的基础上制造大型的无人机验证机,用以对各项技术和子系统进行测试,然后再发展出原型机。


中美高速直升机大比拼:中国2款新机惊艳亮相
2013年10月14日 11:54  中国航空报

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2015-8-12 23:19 上传


上图为中国“绝影8”无人飞行器,下图为美国S-97新概念旋翼机
  日前,美国陆军对外发布消息,根据联合多功能验证机(JMR-TD)项目的安排,他们已经同4家公司签定了技术开发投资协议,用以研发新的技术验证机,进而寻求和确定未来军用旋翼机的发展方向。

  根据已经签定的投资协议,4家公司将各自研制一款技术验证机,并完成所有的测试,从而为未来垂直运输系统(FVL)项目积累数据,FVL的目标是取代现役数量庞大的军用直升机群。在军方的计划里,未来的FVL系统无论是飞行速度,还是任务半径以及航程,都远远超过现役的直升机。

  实力雄厚的美国团队

  4家被选中的公司分别是AVX飞机公司、贝尔直升机公司、Karem飞机公司(2004年该公司被波音并购,之后整合进波音防卫系统分部)以及西科斯基公司。据美国陆军介绍“被选中的公司提交的方案,在技术指标上要满足未来的需求,包括飞行速度、航程等,这些数据未来将直接应用于FVL项目。”另外,未来的FVL项目将会发展成为一个包括诸多型号的飞机家族,而不是单一的飞机型号。

  获得资金支持的4家公司所提出的方案大体分为两种,一种是倾转旋翼机方案,兼有直升机和传统布局飞机的优点;另一种是与传统直升机类似的概念,采用固定旋翼系统+推进式螺旋桨布局。

  AVX谋求后来居上

  AVX公司与西科斯基公司的方案属于后者,其中AVX公司的方案采用共轴双旋翼+两个管道式风扇布局,双主旋翼提供垂直起飞的能力,管道式风扇提供前进的动力。

  2005年,几位从贝尔直升机公司出走的技术人员组建了自己的公司,这就是AVX飞机公司。AVX公司在成立之后的短短几年内,就亮出了几个让业界震惊的大动作,包括参与OH-58D直升机升级计划,竞争美国陆军JMR-TD项目等。

  更准确地说,AVX提出的设计概念采用的是共轴双旋翼+两个管道风扇的无尾气动布局,其中管道风扇可以提供40%的升力,而主旋翼则可以提供60%的升力。同时在前机身两侧设计了短翼,这样可以在高速飞行时提供额外的升力。该方案的机舱采用了与大型运输机类似的斜坡式尾舱门,能够满足同时装载两个460升标准货盘,而人员和轻型车辆等装备也能更快速地装卸。攻击型还可以在机舱内安装30毫米口径的炮塔以及反装甲导弹系统,这些武器虽然安装在机舱内部,但是可以通过机舱底板上的舱门滑出进行发射。

  在机身设计上,为了减小飞行时的气动阻力,该机的机头设计有轻微的上反角。同样出于减小机身机动阻力的考虑,两个推进螺旋桨采用了管道式设计,这种结构比常用的开放式推进螺旋桨的结构要轻,并且在飞行过程中的阻力也更小。

  据AVX公司的官方数据显示,在运载12名士兵以及4名机组乘员的情况下,该方案的起飞重量为12吨。与陆军现役UH-60M相比,该方案的最大外挂能力达到5.9吨(UH-60M为3.8吨),能够吊运陆军装备的M777A2型155毫米榴弹炮等重火力装备;其机舱截面尺寸达到6英尺×6英尺,几乎相当于UH-60M的2倍,所以其内部载荷能力达到了3.6吨。

  飞行过程中,该方案在不使用管道风扇的情况下,飞行速度为320千米/时,而在使用管道风扇的情况下最大速度可以达到430千米/时。

  西科斯基:S-97进展迅速

  西科斯基的S-97型设计概念,则采用共轴双旋翼+后机身推进式螺旋桨布局,该布局已经在之前的X-2技术验证机上完成了大量测试。目前,S-97首架原型机的机身已经完成装配。

  西科斯基研制S-97的初衷,是希望将其发展成为一款多功能武装侦察直升机,并能够赢得国防部的订货。但是,包括美国国防部和美国陆军在内,都没有对西科斯基明确表态。而这次选中该公司参与JMR-TD项目,也算为S-97找到了新的出路。

  S-97的设计完全基于西科斯基公司的X-2技术验证机,采用共轴反转双旋翼,尾部装推力螺旋桨。NASA在70年代的研究中发现,通过采用刚性共轴双旋翼布局的直升机是未来高速直升机的出路之一,因为上下两个互相反转的旋翼在直升机的两侧始终同时都存在前行桨叶,从而弥补了后行桨叶失速的缺陷,获得更大的飞行速度,但是为了充分发挥前行桨叶的升力特性,必须采用刚性旋翼。而西科斯基在与NASA联合开展研制的过程中获益匪浅,并将此技术一直传承下去。西科斯基公司的资料显示,X-2在之前试验中已达到253海里/时(469千米/时)的前飞速度,且只需要消耗最大功率的70%。在进行一些改进后(如加装旋翼头整流罩),X-2将能够达到280海里/时(520千米/时)的前飞速度。

  该构型具备更高的机动性,与常规构型直升机相比,其加速/减速性能更高。在悬停性能方面,该构型比机械结构和气动特性更加复杂的V-22相比更好。

  S-97的极限速度限定为220海里/时(407千米/时),这个指标明显达不到陆军JMR-TD项目的要求,但是在西科斯基看来提升其速度并不是难事,X-2已经打下了雄厚的基础。西科斯基公司计划于2013年开始首架S-97的建造,并希望能够在2014年完成首飞。

  贝尔:用V-280重写V-22辉煌

  贝尔公司的V-280倾转旋翼方案,与目前已经在美国空军和美国海军陆战队服役的V-22属于同一类型,只是机身外形更大,装备的发动机功率也更大,倾转旋翼技术更为成熟。一个月前,贝尔公司宣布与洛克希德·马丁公司结成合作伙伴,共同致力于V-280项目的研制。

  贝尔直升机公司参与V-280项目的技术高管表示,V-280能够很好地满足美国陆军对于高速飞行能力的需求,其巡航速度可以达到519千米/时。而美国陆军在其JMR-TD项目中,对参与竞争的机型提出的巡航速度要求则为425千米/时,在FVL项目中对巡航速度的要求也是如此。

  作为第三代倾转旋翼机的技术探索者,V-280上的许多技术尽管都是基于贝尔/波音联合研制的V-22倾转旋翼机,但是都进行了大幅的升级和改进。V-280在低速灵活性、高速大过载机动性能、燃油效率等各方面都大大优于V-22,并且能飞更远的航程。当然,这些都需要经过实际验证。此外,贝尔直升机公司希望通过为V-280研制一套全新的三余度电传飞控系统,以保证其拥有出色的操纵性能。

  V-280倾转旋翼机在35℃的高温环境下,无地效悬停高度可达1830米,在保持519千米/时巡航速度条件下作战航程可以达到930~1480千米;其无空中加油情况下最大航程可以达到3890千米,具备出色的全球自部署能力。

  Karem:TR36TD以快取胜

  Karem公司提出的倾转旋翼机方案,最大的亮点在于其采用的转速优化旋翼技术,即根据起飞重量、飞行高度和飞行速度的不同,对旋翼的转速进行调整优化,从而提高飞机在整个包线内的飞行性能。目前,这项转速优化旋翼技术已经在波音的A160“蜂鸟”无人机上完成了总计18个小时的飞行测试。

  不出意外的话,Karem公司的方案将在其之前已经公布的TR36TD基础上发展而来,该方案采用倾转旋翼设计,并采用了上述提到的转速优化旋翼技术,最大速度可以达到670千米/时。TR36TD应该是4家公司方案中速度最快的一种。

  尽管4家公司方案进展有快有慢,但是根据美国陆军要求,所有的方案都要在2017年开始飞行测试。

  崛起的中国势力

  对于下一代高速垂直起降飞行器,中国一直都没有停止过探索和追赶的脚步。在今年的天津直升机博览会上,中航工业就展出了两种新的未来高速垂直起降飞行器概念,即“绝影”和“蓝鲸”,两者分别采用了已经被普遍接受的气动布局。

  “绝影”8高速直升机概念采用了与西科斯基X-2验证机类似的共轴双旋翼+螺旋桨布局,只不过螺旋桨改为了前置双排对转拉进式。

  直升机在飞行时,两副旋翼共轴反转相互平衡反扭矩,同时提供飞行器垂直起降、悬停及前飞时所需的升力;双排对转拉力桨提供前飞所需的拉力,稳定性更好,大速度前飞时,螺旋桨工作,以提供高速前飞时所需的拉力,而经过特殊设计的桨叶能够很好地解决后行桨叶失速问题,从而实现直升机的高速飞行。

  在机身外形上,“绝影”采用了两头尖中间大的类似梭型的设计,这种设计既能减小机身的气动阻力,还能有效降低机身的雷达反射截面。此外,该机还采用了可收放式起落架,同样有利于降低机身阻力,从而对提升速度有所帮助。据业内专家表示,采用该布局的“绝影”直升机概念,未来的最大速度有可能超越500千米/时。

  而按照国外的发展思路,在概念出来之后,会先制造技术验证机,用以对飞机的外形、气动性能以及各主要子系统进行可行性和可靠性测试,然后才会在验证机的基础上制造原型机。“绝影”则可以走一条有自身特色的发展之路,现在概念的基础上制造大型的无人机验证机,用以对各项技术和子系统进行测试,然后再发展出原型机。
虚行之 发表于 2015-8-12 23:03
头像好赏心悦目。大部头没有耐心读下去啊,帖子不是论文。
呵呵,确实有点长篇大论了。不过有看点,赏心悦目就成。
老猫成贼 发表于 2015-8-12 23:24
呵呵,确实有点长篇大论了。不过有看点,赏心悦目就成。
楼主好心态,听得下不同意见。那就得寸进尺多讲两句,呵呵。现在社会的特点大家都用一个词形容:浮躁。表现就是你发的这类帖子,可能不会太热闹,连读完的耐心都没有,怎么会有自己观点和你讨论。个人觉得贴上图片地址自己写一段简洁的评论发出来比较好。
其实越简单越好,这也就是那些过于复杂的设计没法最终成功的原因
先把奶吃好了,再吃稀饭吧。
现阶段,先解决有无的问题,把直20这个10顿同志弄好,高速直升机估计还在预研阶段。