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作品相關 各國直升機三 文 / 業獨楓

    卡曼的uh-2複合型「海妖」在輔助渦輪噴氣發動機(產自皇后山毛櫸林航空公司)下高速飛行,兩側伸出的機翼卸載掉了主旋翼大部分載荷。

    通過對飛行測試中達到的快速度和良好機動性商議後,陸軍考慮到資助一台額外的二手渦輪噴氣發動機裝到複合型「海妖」上來拓展該機的全部速度潛能,但這從沒有實現。由於現在的開放式貨艙門的緣故,這樣的改進必然需要另外的機身結構並對機身兩側進行高度加固。而且,確定這樣額外的速度是沒保證的,因為單發渦輪噴氣發動機只足夠滿足這個項目的規定目標。複合型「海妖」最後確實是只作為研究機而從未作為成熟產品生產。全部測試項目異乎尋常的順利,並幾乎沒有遇到什麼困難。如此一來,它在收集大量復合直升機(僅僅推力復合或是推力與升力復合)的性能和限制數據取得了極大成功。最後,卡曼結束了該機嚴格作為並不是最理想化的使用主旋翼的復合直升機的管理。取而代之的是,另外使用多樣控制界面的固定翼並復合了旋翼,極大地增強了機動性。測試項目結束時,複合型「海妖」進行了二次改進回到它的標準結構設計,並回歸海軍再次服役。

    洛克希德飛機公司

    位於加州柏班克德洛克希德——加利福尼亞公司是洛克希德飛行器公司的下級單位,作為傳統上固定翼飛行器設計方面的「領軍人物」,洛克希德在1950年代後期對先進直升機開發產生了興趣。洛克希德在已獲得聯合陸軍/海軍研究項目的合同後,深入開發他們德剛性旋翼系統設計,並在1963年接受了另外一項來自tre的合同,改進他們的驗證機xh-51a為復合直升機。xh-51a本來就是多家公司的cl-595或原型機286,一款設計用來開發剛性旋翼優勢的試驗用直升機。剛性旋翼系統的關鍵特徵是設計、結構和功能上絕對的簡單。從維護觀點來看有關少量的移動零件具有積極的品質。安裝簡便,旋翼系統排除了在多數常規旋翼上常見的揮舞和擺振,直接在旋翼槳轂上附上葉片,充分利用旋轉的槳轂的回轉效果,並因此平衡旋翼系統受力。一個回轉環套在主旋翼槳轂下面,直接加固旋轉斜盤,飛行員的控制裝置與一套彈簧相連,彈簧直接頂在旋轉斜盤上面,因此回轉環迫使旋翼對飛行員的輸入立即起作用。

    這架飛行器本身的基本設計為如何建造復合直升機提供了很好的基礎,又因為它是最新改型的,蝌蚪狀的機身是用平頭鉚釘鉚接的,著陸剎車裝置直接平滑地縮回機身下部。為了將xh-51a創新成一架復合直升機,一套翼展16.9英尺地機翼安裝在機身上,同時一台2,500磅靜態推力的普拉特與惠特尼產j60-p-2渦輪噴氣發動機裝在機身左舷。一個容納電池組和測試儀器的附加夾艙固定在右舷機翼頂端,平衡渦輪噴氣發動機的重量。每邊機翼都裝有在緊急狀態下高速度時輔助進入自傳的裝置。此外,水平尾翼和垂直尾翼表面都擴大了。因標準大小的xh-51a,機體有四片35英尺直徑的剛性槳葉主旋翼和兩片6英尺直徑槳葉的尾槳,二者動力都由單台渦輪軸發動機提供。

    xh-51a複合機沒有使用渦輪噴氣發動機的首次飛行發生於1964年9月21日。在接下來的幾個月裡它繼續作為一款帶有機翼的直升機飛行,以此評估不尋常的改進有關的操縱特性。1965年4月10日,渦輪噴氣發動機首次點火,飛行器速度達到272英里/小時——當時任何旋翼機最快的速度。從懸停開始,它有能力在45秒內達到230英里/小時。輔助渦輪噴氣發動機和短翼在前飛時可以部分卸載主旋翼的載荷,減小臨界旋翼槳葉速度和槳葉傾角,允許該機比曾作為純粹的直升機飛得快得多。隨著飛行測試的進行,發現高速前飛速度下增加擋風玻璃的支撐以對抗遇到的強烈空氣動力氣壓成為必要。1967年6月19日,xh-51a複合型創下了另一項(非官方)旋翼機記錄——速度達到302.6英里/小時。高速飛行測試在各種高度、航程條件下進行,從幾千英尺到極低高度、地形跟蹤飛行。輔助渦輪噴氣發動機和短翼給予xh-51a複合機非常近似固定翼飛機的飛行品質。然而,因為渦輪噴氣發動機過快的燃料消耗率,在油箱用干之前該機僅能夠維持它最大的速度大約20分鐘。

    從xh-51a複合型機得到的大量數據被直接應用到洛克希德公司正在開發中的高級軍用復合直升機項目上,該機採用創新性的剛性旋翼系統(rigidrotorsystem),命名為ah-56a「夏延」(cheyenne)。「夏延」是在陸軍先進空中火力支援系統(thearmy』sadvancedaerialfiresupportsystem,aafss)項目下設計,並作為越南戰爭中為先進高速騎兵連輸送直升機的護衛機使用,同時作為戰場上部隊的直接火力支援飛機。洛克希德在1965年9月接受挑選成為兩家競爭對手(另一家是西科斯基)之一參與競爭aafss合同。洛克希德服從軍方要求,以知名的cl-840兩個月後宣佈勝出。1966年3月23日,洛克希德獲得合同生產10架工程開發用機身,陸軍指定名稱為ah-56a。

    洛克希德小型xh-51a復合直升機使用小機翼和一台j60渦輪噴氣發動機,在1967年達到了旋翼機的非官方速度記錄:302.6英里/小時

    1967年5月3日,該機大量生產,ah-56a被命名為「夏延」。同年9月21日,第二架原型機完成了該型機首次(非公開)試飛,12月12日,在加州范?紐斯機場該機向公眾展示了為期13分鐘的示範飛行。為達到很高的前飛速度,ah-56a伴有主旋翼和尾槳同時,裝有一台漢密爾頓標準可變角度10英尺直徑的三片槳葉推進螺旋槳,有單台3,435軸馬力的通用電氣t64-ge-16渦輪軸發動機驅動。開發過程中,發動機功率也一直增加,最後達到4,275軸馬力。伴隨速度的不斷增加,對飛行員來說推進器提供了獨特的懸停選項。通過應用抵消正反推力,在懸停中他能操縱「夏延」以機頭向上或向下10度姿態機動,並允許兩人機組發射機翼上裝載的武器攻入山谷或攻上山頭。推進器也使得飛機在水平飛行中不需要機頭上仰或下俯改變角度就能非常快速地加速或減速。同其他幾款同時期的復合直升機對比,它的主旋翼在巡航飛機期間被一對機翼卸載掉了部分載荷,這對機翼翼展26.75英尺,同時也能用於運送大量軍火增加載荷。它不同於適用於飛機類型的控制系統,所有的機動輸入都必須通過主旋翼來完成。四片50.5英尺直徑的剛性槳葉被緊密的安在xh-51a複合型主旋翼上,提供了更強大動力。剛性旋翼概念非常適合陸軍,這讓陸軍感受到了明顯的必要的穩定程度,適合於這款革命性的新武器平台。

    強大的洛克希德ah-56a「夏延」攻擊直升機比其他同時代任何一款復合直升機都接近成品量產。

    洛克希德建造了十架發展中的原型機,全部完成了廣泛的地面和飛行測試程序。飛行和包線範圍測試非常完善,該機例行示範速度大約100英里/小時,明顯快於當時在役的常規直升機。出於對「夏延」先進的武器系統性能和飛行性能的足夠信心,陸軍1968年1月最初的成品計劃定購375架機。早在試飛階段,飛行員就遇到貼近地面飛行時不穩定的問題,但這些問題最後被糾正。1968年3月,「夏延」已經示範了前飛速度195英里/小時,側飛27.5英里/小時,後飛23英里/小時。高速飛行期間,機翼部分卸載了主旋翼載荷,發動機全部輸出功率中大約300軸馬力被轉移到推進螺旋槳上,使得由它來提供大部分前飛的推力。

    進行測試過程中,當飛行速度超過200英里/小時的時候,穩定性缺乏問題重又發現,致使試驗了大量不同的材料的剛性主旋翼設計和不同結構,試圖消除這阿問題。不幸的是,這些問題很難修正。在整個項目始終最麻煩的技術挑戰是一種被稱為「½p跳躍」的現象。這個問題由一個發生在主旋翼每轉兩轉的低頻諧振,導致槳葉嚴重的空氣動力學壓力。如果飛行員未能識別出來並不正確的處置,這種狀況可能會導致嚴重的或可能產生惡性旋翼擺動。1969年3月12日沿加州海岸進行高速飛行測試期間,「½p跳躍」導致了主旋翼撞擊機身將它切成兩半,飛行員喪生。所有「夏延」被全部臨時地面停飛接受懸而未決的調查。

    此次事故,伴著大量財政和政治上的因素,導致陸軍在1969年5月19日取消了部分產品合同,而距預定的成品原型機交付時間僅6個月。這次墜毀事件後6個月,「½p跳躍」在nasa艾姆斯研究中心的風洞試驗期間再次遇到,第十架原型機被完全毀壞。儘管屢經挫折,為了實現對先進武裝機的需求,陸軍還是鼓勵洛克希德繼續開發ah-56a。

    最後,夏延未能繼續存在下去。政策的變化改變了陸軍的準則,來自其他軍兵種聯合在一起的裝備壓力導致了「夏延」的消亡。洛克希德最後在1972年8月9日完全終止了該項目。反過來說,事實上旋翼系統的所有問題既沒有解決到項目終止的時候也沒有找到很好的解決方法。ah-56a達到的極限速度仍是不超過253英里/小時(220節)——甚至以今天的標準來看這也是一個相當令人印象深刻的速度。儘管被當作失敗的案例,但「夏延」實際上在許多方面取得了成功,貢獻了許多值得研究的教訓和甚至推動了如今攻擊直升機進步的先進技術。隨著十架原型機結構和成品定單被擱置,「夏延」比其他任何復合直升機更接近大批量生產。不應當忘記的是,收集自復合直升機的大量寶貴數據通過洛克希德的努力繼續證明直到今天這樣的研究也是有益的。

    認識到高速直升機在民用和軍事領域潛在的有利市場,洛克希德也探索了大量民用復合直升機可能的設計方案。預想諸如高速運送30到90名乘客,航程在250英里以上的飛行器概念。然而,這些設計沒有一款曾離開圖板成為現實。不幸的夏延轉讓最後導致了洛克希德的旋翼飛行器設計受累。今天,兩架現存的ah-56a實例在阿拉巴馬州拉克堡的陸軍航空兵博物館()能看到,同時每一架也在肯塔基州的坎貝爾堡和路易斯安娜州的波克堡展出。收藏在拉克堡的休眠中的唯一一架xh-51a復合直升機和一架模型正等著復原……

    在保存良知的前提下,要成功就要與眾不同。

    西科斯基的重型改進型「海王」直升機,編號s-61f,採用拉力消減外形設計可進行高速飛行。

    就在洛克希德進行xh-51a複合機型試飛期間,西科斯基的斯特拉福德飛行器公司(位於美國康涅狄戈)開始測試它自己的復合旋翼飛行器——s-61f。西科斯基提供部分資金,1964年在判定給聯合陸軍/海軍研究合同支持下建造,試圖速度達到230英里/小時,s-61f是一種由sh-3a「海王」反潛直升機高度改進並最優化設計,用於寬闊的阻力消減外形高速飛行研究使用。機身外殼是流線型一體成形的,圓型的機鼻,和改進的機腹,機艙兩邊很好穩定性的浮筒被拆除,可收放的輪式主起落架被重新安裝在機身下部兩邊的改進結構內,用於支撐兩台3,000磅靜態推力的普拉特&惠特尼j60-p-2渦輪噴氣發動機。尾噴管重新設計為更具錐狀的外形,上面裝有一個大幅面的垂直尾翼,其上包含飛機類型的舵。另外,一副巨大的帶有升降舵的水平尾翼(利用塞斯納t-37噴氣教練機部分)固定在垂直尾翼中部。帶有全跨度副翼大尺寸的170平方英尺機翼裝在機身上部,翼展32英尺。建有一個新型六片槳葉旋翼槳轂,連接新型低柔性槳葉。

    這架直升機出於研究目的設計以多種不同結構飛行,帶有或不帶有機翼;帶有或不帶有渦輪噴氣發動機;帶有五片或六片槳葉主旋翼;帶有高柔性或低柔性槳葉。s-61f得到了軍方的指定名稱——nh-3a,並在1965年5月21日首次飛行,裝有渦輪噴氣發動機,五片槳葉主旋翼,配有低柔性槳葉。同年7月,它速度達到187英里/小時。在飛行測試進行過程中,發現由旋翼槳轂導致的紊亂氣流產生尾部搖擺,迫使在旋翼槳轂頂端增加一個空氣動力學的附件,或叫「便帽」。計劃的下一階段事關為了部分卸載主旋翼載荷並試圖達到更高速度而增加機翼。雖然標準的五片槳葉主旋翼在最初的飛行測試中得以保留,但標準六片槳葉旋翼與低柔性槳葉也應測試。s-61f上沒有綜合的飛行控制系統,全跨度副翼能夠向上或向下帶著嗶嗶的聲音轉換角度。角度轉化控制儀也能用於升降舵和方向舵的控制。水平尾翼的迎角只能在地面調整。

    s-61f的試飛取得了圓滿成功,到1967年5月8日試飛結束時共進行了113次飛行,累計88.2飛行小時。最大速度達到了255英里/小時。1969年3月20日西科斯基在提出的最後報告中推薦,為了提高飛行器的速度性能應繼續該項目深入改進計劃。然而,這個選項不被軍方採納,該項目不久以後被停止。儘管s-61f極大的增加了復合直升機特性的可用信息,但因使用現貨供應的部分和擁有非綜合飛行控制系統的限制因素妨礙了達到全部直升機性能的進程。這個項目完成後,s-61f對高速直升機研究作出的最後貢獻是,當早先機身換上火箭滑撬使用時,測試機用於評價機組撤出系統的性能並用於後來的西科斯基s-72上(下面詳述)。

    在s-61f進行飛行測試的同一時期,西科斯基為了支持他們對抗洛克希德的競爭簡要的運行了另外一項設計計劃,贏得了同陸軍的「陸軍先進空中火力支援系統」(aafss)合同。他們的建議,得名於s-66,但從未作為一個完整樣本超越這個設計平台。無論如何,s-66得關鍵要素不是達到飛行測試狀況。稱作「旋翼螺槳飛機」的概念包括一個機體後部能轉動90度的尾槳,可以作為推進螺旋槳起作用,並提供額外的前飛推力(近似15年前提出的gca-5作用)

    為測試這種概念,一架標準的sh-3a在1965年被改進為新型尾部,包括一個大尺寸的垂直尾翼,上面轉悠一個飛機類型的舵用於方向控制。「旋翼螺槳飛機」是一款標準的sh-3a設計用於可旋轉的尾槳,並在尾部末端的盡頭上裝有尾槳的機型。當以直升機方式達到大約80英里/小時的速度時,飛行員將用按鈕控制轉換。在這個關鍵點,方向控制由舵獨自提供。當空速下降到80英里/小時以下時,飛行員將裝置恢復成原來尾槳狀結構。雖然測試版本可以手動操縱,但成品原型機還是自動運轉速度隨之或增或減。系統工作狀態良好,提供了新的概念。然而,因洛克希德公司失去許多合同,西科斯基公司也停止了開發s-66,同時「旋翼螺槳飛機」概念也被放棄。

    西科斯基的創新型旋翼螺旋槳飛機,測試中的s-61f,可以轉換尾槳功能作為推進螺旋槳(上圖)或是作為常規尾槳(下圖)。該機被定購用於被提議的s-66攻擊直升機使用。

    1970年代早期,工程人員繼續需求途徑提高直升機的前飛速度。當時許多不同的製造商提出幾個設計方案均被試驗過,所有這些方案滿足了不同程度的成功。1972年2月,西科斯基宣佈正致力於在一架研究機上試行「前行槳葉概念」(advancingbladeconcept,abc),主旋翼系統由兩層共軸反轉旋翼構成,利用了「前行槳葉」的空氣動力學升力潛能。儘管在外觀上非常近似蘇聯製造商卡莫夫的經典設計,但西科斯基的方案在槳葉上有不同,它的槳葉是剛性固定在旋翼頂端的,而在「前行槳葉概念」旋翼系統中,後行區槳葉在高速飛行期間不在提供升力,而大部分載荷升力由旋翼前行側槳葉提供,因而排除了通常與後行槳葉延遲相關聯的升力下降。在所有的共軸設計方案中,因為共軸反轉的三片槳葉旋翼克服了任何扭距,所以「前行槳葉概念」取消了尾槳,西科斯基的努力在位於弗吉尼亞州的攸斯泰斯堡的美國陸軍空中機動研究與開發實驗室(,usaamrdl)授予的合同下得到了實現。

    西科斯基稱為s-69的飛機,陸軍分派編號為xh-59a,並建造了兩架驗證機。該項目的主要目的是測試與評估「前行槳葉概念」的飛行性能。優於實際的飛行測試,一個40英尺直徑的旋翼系統在nasa艾美斯研究中心成功地進行了風洞試驗,雖然兩架驗證機上實際安裝的是36英尺直徑的旋翼。1973年7月26日首架xh-59a試飛。然而,緊接著下個月卻發生了飛行事故,飛機嚴重損壞,並迫使一些設計方案改變,包括改進旋翼系統。損壞的飛機隨後修復進行風洞試驗。1975年7月21日飛行試驗項目恢復,第二架原型機首次飛行。這架機繼續成功地以直升機結構飛行了將近兩年,例證了給人深刻印象的性能,水平飛行讀讀達到184英里/小時,低高度俯衝時速度達到224英里/小時。xh-59a圓滑的機身看起來更像常規的飛機而不像直升機,貢獻出了它的高速性能,幾乎沒有誘導阻力產生,裝有可回收的三點輪式起落架。尾部包含有一個水平尾翼,上裝有兩個終版垂直安定面和舵。除了提高前飛速度外,「前行槳葉概念」被發現在懸停時更有效率,並比常規的旋翼系統更好地減小噪聲。

    西科斯基的s-69利用了前行槳葉概念(abc)的固有優勢,排除了後行槳葉的升力不足現象。

    1977年3月西科斯基在結束以單純直升機結構的飛行測試後,準備在進行該機的復合結構測試,該項目獲得陸軍、海軍、空軍和國家航空航天局(nationalaeronauticsandspaceadministration,nasa)聯合資助。該機作出的改進是在機身兩側增加兩台3,000磅靜態推力的普拉特&惠特尼j60-p-3a型渦輪噴氣發動機。因「前行槳葉概念」旋翼系統已經提供了很好的機動性,附加的固定翼就沒有考慮採用。1978年安裝了輔助推進渦輪噴氣發動機,同年後期完成了低速飛行測試。高速飛行測試開始於來年早期,在位於佛羅里達州的西棕櫚海灘的美國技術局下屬飛行開發測試中心進行。測試很圓滿,1979年4月12日xh-59a平飛時速度達到235英里/小時。12個月後,該機在1980年4月21日飛行速度達到274英里/小時。到5月份,極限速度和載荷因素測試項目完成,但1980年6月1日在陸軍/海軍新的有效合同下測試繼續進行,評估該機在增加高度和擴展重心的飛行包線範圍內的性能。在此新合同下的實際飛行測試開始於1980年8月,最後,xh-59a的速度達到了難以置信的303英里/小時,是世界上第一架不依靠額外的機翼情況下達到如此快的速度的旋翼飛行器。

    儘管xh-59a取得了令人印象深刻的成就,但驗證機遭遇振動問題,還有讓人不滿意的重量和阻力問題。特別是共軸傳動系統的重量和旋翼槳轂的阻力公認為多餘。「前行槳葉概念」也經受了典型的問題:驗證機使用四台發動機,給人以過度複雜的感覺。

    在與nasa的合同支持下,第一架xh-59a被重新建造和改進,為了評估性能在艾美斯40英尺x80英尺風洞裡並進行全尺寸風洞試驗。1982年制定了計劃,採用abc驗證技術開發新型設計方案,命名為xh-59b。這個版本合併了先進的無鉸接36英尺直徑的abc旋翼系統同複合材料槳葉、新型的主變速箱、新型旋翼控制裝置,同時保留了原來的機身外形、起落架、和「a」型燃料系統。動力由兩台通用電氣t700渦輪軸發動機提供。所有這一切中最顯著的是完全重新設計的尾部,帶有6.6英尺直徑的管道推進螺旋槳。這個設計方案是應陸軍評估綜合推進系統的願望而創造的,不同於「渦輪軸附加渦輪噴氣發動機」的研究構型。開發和試飛xh-59b的建議遞交到了陸軍,但西科斯基拒絕分擔成本(部分原因是公司資源過度緊張,因為當時正同時開發uh-60「黑鷹」、sh-60「海鷹」、ch-53e「超級種馬」和民用型s-76)最後導致陸軍未授予合同,於是,xh-59b從沒有建造。

    阿拉巴馬州拉克堡的陸軍領導人重新對abc旋翼系統產生興趣,是因為在輕型直升機實驗項目(thelighthelicopterexperimentalprogram,lhx)有潛在應用可能,特別是在項目早期的定義和概念開發階段。可是,在lhx的空重上異常嚴格的限制導致了波音-西科斯基團隊在警告和熟悉的一面產生差錯,選擇了更常規的直升機結構列為rah-66「科曼齊」的開發,最後贏得了lhx的競爭。反過來說,abc概念是它自己在研究和開發了20多年後取消的。然而,abc概念現在正準備在當前西科斯基命名為x2(下面詳述)的項目上經歷復活。

    自完成風洞測試後,首架xh-59a就日趨衰弱一直存放在nasa艾姆斯測試中心。第二架機被運回位於斯特拉福德的西科斯基主車間,最後移交給拉克堡的陸軍航空兵博物館(),在那兒一直保存到現在。

    並不是所有的復合直升機設計出來後速度都能滿足他們最初的目標。當nasa和美國陸軍確定對高度研究飛行器的需求並進行廣泛類型的旋翼系統和綜合推進系統試驗,貝爾直升機公司和西科斯基公司進入對旋翼系統試驗機(rotorsystemsresearchaircraft,rsra)的設計競爭。西科斯基贏得競爭後在1974年得到生產兩架原型機的合同。因該機有潛在可能成為測試旋翼系統,而旋翼也可能太小難以支持機體,於是一款復合直升機成為首選的解決方案,並確保了飛行員和機組的安全。

    西科斯基贏得了rsra的設計公司指定名稱s-72,1976年6月7日首次開始量產。原型機仍採用常規直升機外形,隨後第二架原型機採用復合直升機外形。裝有來自s-61上的五片槳葉主旋翼和尾槳。機身基本同以前版本一致,採用圓滑外形,在「尾拖」上帶有可收放的輪式起落架,作為直升機版本,一個35平方英尺的「t型尾」被使用。而作為單純的直升機,s-72在1976年10月12日首飛。它在1977年2月完成了首次飛行測試階段21架次飛行後,接著飛往位於弗吉尼亞州的nasa沃勒普島飛行中心接受額外的飛行測試,這個階段完成後,隨後在1979年2月11日飛往nasa艾姆斯研究中心(位於加州蒙凡特.菲而德)。

    西科斯基的s-72旋翼系統研究機擁有獨特的性能,既能作為單純的直升機飛行,也能作為復合直升機飛行,或是作為固定翼飛機飛行。

    s-72的復合版裝有一對全尺寸機翼,翼展45英尺,機翼面積370平方英尺。每片機翼上裝有全跨度的常規副翼和襟翼。機翼在飛行中可調整迎角——從-9度到+15度。一副大尺寸的低置的88平方英尺的水平尾翼,帶有連接在一起的升降舵,裝在尾噴管上,大尺寸的直升機「t型尾」被17平方英尺的小尺寸取代。輔助推進裝置由一對9,275磅靜態推力的通用電氣tf34-ge-400a渦扇發動機推動,裝在機身兩側。這種發動機在洛克希德s-3「維京」反潛機上用過。1978年4月10日它完成首飛。作為第一架複合型的s-72直升機,也在沃勒普島接受測試然後飛往蒙凡特.菲而德加入副本行列。

    既能以單純的直升機飛行,也能以復合直升機飛行,或者以固定翼飛機飛行,s-72在進行測試中提供了獨特的機會,同時未能以現在實際飛行的飛機進行運輸,或是進行風洞試驗。旋翼系統的類型是經過對rsra的仔細考慮的,同時評估包括了復合無軸承方式、可變形幾何結構、萬向接頭式、關節式、無鉸式、環流控制、反速率和噴氣副翼系統。主傳動系統裝在一個特別的平衡設計裝置上,為了能測試升力與旋翼系統扭距,並可以直接測量。速度剎車裝在機翼上,可以實現非常精確的空速控制。飛行控制系統久經考驗,提供了在所有軸上穩定的增加和修正能力。為了協調飛行員的控制輸入傳送送到旋翼控制裝置和固定翼控制裝置的量,在飛行中使用機械控制相位單元可完全實現對這些變量的控制。

    西科斯基的s-72x,此處可見是以固定翼外形飛行,正確定測試創新型的「x型翼」,但從沒有因此目的而利用。

    s-72萬一旋翼系統在測試期間出現緊急狀況,機組能夠靠安裝點的爆炸性裝藥拋掉主旋翼槳葉,繼續以固定翼飛機模式安全飛行。因此擴大了安全極限,每名機組成員都提供有斯坦利航空美國佬抽取系統,與安裝在道格拉斯a-1「空中襲擊者」攻擊機上是同樣類型。這是首次在操縱測試直升機上安裝彈射系統。當彈射程序啟動時,旋翼槳葉立即靠上面提到的爆炸裝藥拋掉,彈射火箭系統點火向上彈出,將座椅從飛機中拉出,通過一對繩索樣的帶子固定住每名機組成員的束縛系統,因此得名「美國佬」。s-72安裝這套系統之前,它就在上面提到過的s-61f火箭助推座椅上進行過成功的測試。

    直到1980年nasa和陸軍都還在進行「旋翼系統研究機」(rsra)的測試,當時masa裝作擁有這兩種飛行器的「所有權」。四年後,西科斯基得到nasa和*高級研究計劃局(thedefenseadvancedresearchprojectsagency,darpa)的合同,轉變s-72的直升機版本為公司創新型「x翼」系統的論證機。「x翼」是作為「停轉旋翼」系統的構思,四片槳葉主旋翼能用於象常規直升機一樣垂直飛行,一旦達到足夠的前飛速率後就在半空中停止轉動,作為象「x形狀」的固定翼飛行。此外,「x翼」採用了環流控制旋翼(circulationcontrolrotor,ccr),依靠ccr旋翼從旋翼槳葉葉片後緣吹出壓縮空氣,槳葉的升力受到限制。非常剛性的旋翼省去了機翼,還是採用常規的驅動方式,但使用環流控制系統後改變了升力,使得所有四片機翼段構成「x」型,產生升力而旋轉停止。

    儘管「x翼」環流控制旋翼系統進行了廣泛的地面測試,同時也是相當富有挑戰的概念。但此處展示的西科斯基s-72x,雖具有知名的飛行能力和運行「x型翼」旋翼,卻從來沒有離開過地面。

    1987年12月2日,該機被指定名稱為s-72x,開始了它作為單純固定翼飛機的首次飛行,評估沒有旋翼下的飛行特性。以這種外形,它最後達到了301英里/小時的平飛速度。據估計,當它以「x翼」形勢將來測試時,可能在196英里/小時時旋翼停轉,設計旋翼停轉的極限速度為518英里/小時。該計劃在1984年到1988年間曾被熱忱追蹤,儘管當時隱藏在這個概念後的巨大潛能尚未開發,由於缺乏必要的資金支持克服一些遇到的技術上的障礙,開發停止項目最終被取消。

    rsra為旋翼機協會提供了開展高速旋翼機研究的重大時機,但卻從未實現。儘管這些設計方案久經考驗:寬泛的隨機儀器、久經考驗的飛行控制系統、無意義的研究項目,同其他任何一款曾進行過測試的飛機。實際上,西科斯基積累了這些飛機更多的飛行時間,在確定耐飛性和飛行包線方面比nasa在旋翼機方面所作的研究多得多。兩架s-72飛行器現在儲藏在nasa顓登飛行測試中心,再沒有讓它們飛上藍天的打算。

    對速度的需求在繼續延續……

    獲得明顯的速度和性能方面的優勢後,一個不可避免的問題出現:為什麼復合直升機從來沒有造出全尺寸的成品?儘管一些專家繼續爭論增加固定機翼的優勢和不利,多數人還是贊同附加增加推力的一些外形後而提供的速度優勢。實際上,全世界許多公司為了將來的應用仍在繼續研究復合構造的益處,以及帶有或不帶有機翼。

    貝爾直升機公司繼續研究稱作「推力反扭距系統」(thepropulsiveanti-torquesystem,pats)的創新型概念,最初是為現在已取消的「無人作戰武裝旋翼飛行器」(unmannedbatarmedrotorcraft,ucar)項目開發的。pats由一個高壓旁路推進系統組成,該系統裝在直升機的渦輪引擎後方排氣的圓錐狀組合內,與現代直升機設計方案比較它提供反扭距作用,兼有向前推力作用。同先進的主旋翼技術結合,pats設計可取代尾槳卻不增加重量,後者通常與復合直升機相關聯,提供了復合的有利方面。冷空氣沿著旁路通過低壓入口吸入,發動機前面有大體積的風扇,風扇發揮壓縮機作用提高兩倍壓力推進氣流進出壓縮口,全面改善了發動機功效。當氣流經過發動機時,同熱的發動機廢氣混合。取消尾槳後不但對地面機組人員來說提供更高安全度,而且減低了噪聲有益於在城市環境下的行動。此外,還可減低電磁和紅外信號,這將意味這在軍事領域應用pats可增加生存性。

    在取消ucar項目下的pats復合系統進行地面試驗,該系統仍可能發現有用武之地。

    匹爾塞凱公司充分利用它「探路者」系列的廣泛研究成果,開發了新版本的尾環翼,稱之為「矢量推力管道推進器」(thevectoredthrustductedpropeller,vtdp)。vtdp不同於最初的尾環翼,它合併了在空氣動力學和推力導向控制的重大改進。在陸軍合同支持下,匹爾塞凱建造了5.5英尺直徑的vtdp的原型,並通過了風洞測試,並實際驗證了比使用最初的尾環翼提高了46%的懸停功效。該項成果後來被合併進裝有vtdp的ah-1「眼鏡蛇」和ah-64「阿帕奇」攻擊直升機的復合版本實時計算機仿真模型裡,期間飛行員認為這是對操縱品質的重大改進,並增加了80%的任務成功率。這些成功的測試導致陸軍繼續合同資助,建造一架全尺寸的vtdp用於地面測試,2000年10月完成建造。海軍授予皮爾塞凱一份合同,用於在ysh-60f「海鷹」直升機上設計、製造、試飛vtdp,此項計劃受到官方指定名稱為x-49a,而且非正視地提到這個方案作為「速度鷹」。2004年陸軍加入該項目並設想導致失敗的情況。飛行驗證項目的全部目標得到驗證,在使用vtdp技術的速度、航程、高度、生存性、壽命週期成本都有潛在改進。使用vtdp和一副固定翼,部分卸載主旋翼載荷,該機型計劃達到速度高於230英里/小時。正如該文所描述,x-49a已完成全部必須的資格測試,並進入最後的地面裝配和試飛階段。首飛預期在2007年年前。

    2005年6月1日在美國直升機協會(americanhelicoptersociety,ahs)論壇61次會議上,西科斯基宣佈開始一項計劃並簡要提及x2。當時一架技術驗證機正出於2006年後期將要首次飛行的開發階段中。利用在s-69/xh-59a得到的經驗,西科斯基將重點轉到高速和高機動性的x2上,該機繼承了共軸abc旋翼系統和推進尾槳。預期速度高達250節(288英里/小時),同時保留垂直飛行性能的積極特性。在不帶有固定機翼降低懸停能力下,x2預期更好實現各項飛行性能。x2將採用一些切口技術,包括主動振動控制、先進飛行控制和新型旋翼葉片設計。在rah-66「科曼齊」項目的經驗基礎上構思,合成材料旋翼和先進傳輸設計也被整合到一起。使用x2技術的幾個方案以不同的重量分類,為了實現軍民兩用的角色和任務需求結構是預定的。計劃裝有線控飛行系統的x2在2005年11月首飛,使用德產斯韋茨333x型發動機作為替代,這標誌這向著飛行驗證機發展過程中的一個關鍵里程碑。為滿足在座艙中控制需求,最終系統構造將主旋翼、推進尾槳和發動機整合在一起。

    匹爾塞凱擁有最新型「尾環翼」概念,命名為「矢量推力管道推進器」,裝在ysh-60f「海鷹」上,該機改名為x-49。

    當今兩家旋翼機(autogyro)研究與開發的頂級公司也在追趕先進復合直升機概念。卡特航空技術公司(,cat)和戈隆兄弟航空公司(,gba)聯合公司在尋求擴展旋翼機的性能非常活躍的,並超越當前性能水平。此外他們在與陸軍合同下致力於開發他們自己的慢速旋翼卡特旋翼技術驗證機(cartercoptertechnologydemonstrator,cctd),cat也為將來稱作「直升直降飛機」(heliplane)的發展開發了一些自有資金方案,該款的通常設計規劃讓人回憶起旋翼式旋翼機(rotodyne)。雖然不太像旋翼式旋翼機,這些方案上的主旋翼在起飛、懸停和降落過程中提供全部動力,而不是使用頂端噴氣裝置。在巡航飛行階段,旋翼將明顯慢下來,降低功率消耗並減小阻力,同時大部分升力由固定翼提供。向前的推力由推進螺旋槳提供。在此期間,gba公司——以他們先進的「鷹」式4號旋翼機得名——2005年11月被授予同darpa第一階段的價值4千萬合同,開發一種高速的、長航程的、概念驗證的、垂直起飛降落飛行器,也稱為「直升直降飛機」。這架飛行器瞄準提供速度和航程優勢,改進兩種常規直升機因素。gba的「直升直降飛機」最後得到與旋翼式旋翼機同樣的運轉概念,使用頂端噴氣驅動旋翼在起飛、懸停和降落期間旋轉。高速前飛期間,旋翼將自轉,升力轉移到由固定翼提供,動力將由兩台渦扇發動機提供。

    在2005年美國直升機論壇上,西科斯基掀開面紗,公佈了新型復合驗證機x2計劃,該機預計2006年年底前首飛。

    西科斯基的x2旋翼技術能用於未來平台的廣范領域,比如為陸軍研製中的高速重型運輸機

    戈隆兄弟航空公司致力於具有垂直起降能力的「直升直降飛機」研製,該機巡航速度將達到400英里/小時

    項目最初的兩個階段包括系統設計和風洞試驗。當時,gba團隊——包括亞當飛機公司、威廉姆斯國際公司和喬治技術公司——計劃在40個月的合同期結束時改進和試飛亞當飛機公司的a700商務噴氣機為驗證機。另外各種型號的復合直升機已經實際飛行了數年,還有難以計算的其他設計方案,這一切都在繼續,冒著風險探究圖樣,作為設計者尋求途徑提高直升機的速度。很少有曾實際飛行過的復合直升機從開始頭腦中的原型到最後以成品建造出來,注意到這一點很重要。它們絕大部分是建造出來用作嚴格測試平台和研究機來收集數據,為了在將來的成品機中潛在利用這些數據。如今,計算機廣闊的性能為設計者和工程技術人員提供了可用的強大能力,建模與仿真已經徹底擺脫了對原型機的依賴。然而,僅有一種途徑能夠證明某個概念和技術可以通過它本身硬件的實際飛行測試。復合直升機相對於單純直升機來說,總是有有利和不利的一面。但是,發現的秘密恰恰說明了外形結構聯合的正確,平衡每架飛行器必需的角色和任務。無論答案怎樣,各種原型機的外形和尺寸將持續到飛上藍天,或者為見證旋翼機在我們無限的高速旋翼機飛行追求中提供靈感。

    作者簡介:

    雷.拉伯在美國空軍服役近10年,現在他作為在俄亥俄州代頓的賴特-彼得森空軍基地空軍的承包商,並且是一名渴望飛行的狂熱分子,攝影師,歷史學家。

    來源:《vertiflite》雜誌,總第52卷第2期

    作者:雷蒙德.羅伯

    在保存良知的前提下,要成功就要與眾不同。
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