美國V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)
根據(jù)日本有關(guān)新聞報(bào)道；美國第一批MV-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)將會在本月底布署在山口縣巖國基地，第二批將會布署在沖繩縣普天間基地。
V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)具備速度快、載重能力強(qiáng)、應(yīng)急反應(yīng)能力高、對于機(jī)場要求低的優(yōu)點(diǎn)，是美國海軍未來垂直登陸作戰(zhàn)的主力，因此在釣魚島問題日益升溫的今天，美國在沖繩布署該機(jī)值得我們關(guān)注和警惕。
我們知道直升機(jī)利用旋翼產(chǎn)生的升力實(shí)現(xiàn)垂直起降，這樣就避免了固定翼飛機(jī)對跑道的依賴，但是旋翼從根本上限制了前飛速度。旋翼尺寸和槳葉數(shù)的限制不談，飛機(jī)的前飛速度不可能超過旋翼翼尖的線速度，在極限情況下，假定飛機(jī)的前飛速度和翼尖速度都為音速的一半，前行方向上，翼尖速度在 3 點(diǎn)鐘方向已經(jīng)達(dá)到音速，而后行方向上，翼尖在 9 點(diǎn)鐘方向的速度就為零，要發(fā)生失速。實(shí)際上，翼尖失速速度要高于零速度，所以飛行速度比理論上的極限情況要低。另外，由于半徑的關(guān)系，旋翼前傾時(shí)，旋翼翼尖附近是產(chǎn)生推力的部分，中間部分的線速度低，實(shí)際上不產(chǎn)生推力，是在迎風(fēng)氣流的作用下像風(fēng)車一樣地自旋，靠近圓心的部分的線速度低于失速速度，已經(jīng)處在失速區(qū)了。由于前飛時(shí)旋翼前傾，阻力在旋翼上形成一個(gè)向下的分量，造成速度越大，“降力”越大的尷尬局面，必須用增加的升力來補(bǔ)償，白白浪費(fèi)發(fā)動機(jī)功率。據(jù)計(jì)算，直升機(jī)的理論速度不能超過 420 公里/小時(shí)。現(xiàn)代直升機(jī)對旋翼翼尖進(jìn)行加大后掠角的修形，使直升機(jī)速度有了不小的提高，但還是沒有突破這個(gè)理論限制。
旋翼提高直升機(jī)的升力，但是也限制它的速度
為了解決直升機(jī)這個(gè)先天限制，許多國家進(jìn)行了所謂復(fù)合式直升機(jī)的研究，首先是為直升機(jī)增加機(jī)翼，這樣在飛行的時(shí)候，機(jī)翼可以產(chǎn)生一部分升力，從而降低旋翼的負(fù)擔(dān)，我們比較熟悉的米-6采用的就是這種方法，但是它并沒有從根本上解決問題，所以有的國家為直升機(jī)增加一個(gè)發(fā)動機(jī)，這樣飛機(jī)水平飛行的時(shí)候，發(fā)動機(jī)全部由推進(jìn)發(fā)動機(jī)提高，旋翼只提供垂直起飛時(shí)的升力，水平飛行的時(shí)候保持自轉(zhuǎn)即可，復(fù)合式直機(jī)雖然可以將直升機(jī)速度提高到500公里左右，但是飛機(jī)有兩套發(fā)動機(jī)及傳動、操縱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、重量也比較大，飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能不好，另外由于旋翼的存在，其產(chǎn)生的阻力和反流區(qū)仍舊阻止了飛機(jī)速度的進(jìn)一步提高，因此復(fù)合直升機(jī)目前仍舊停留在試驗(yàn)階段，距離實(shí)用還有一定的距離。
復(fù)合直升機(jī)存在著種種限制，距離實(shí)用還有一段路要走
在這種情況下，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)就出現(xiàn)了，它最大的特點(diǎn)就是具備直升機(jī)和固定翼飛機(jī)兩種飛行狀態(tài)，但是發(fā)動機(jī)只有一種，通過發(fā)動機(jī)姿態(tài)的變化，來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)不同飛行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，這樣飛機(jī)即可以象直升機(jī)那樣垂直起落，又可以象飛機(jī)那樣飛行，速度和航程都得到提高，20世紀(jì)60年代美國貝爾公司天XV-3研究機(jī)上對傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的基礎(chǔ)理論和研究進(jìn)行了探索和研究，在此基礎(chǔ)上又研制了XV-15試驗(yàn)機(jī)，突破了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，證明了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可以象直升機(jī)那樣垂直起降，也可以具備普通運(yùn)輸機(jī)那樣的速度和航程。初步確定這種技術(shù)的可行性、 飛行包線范圍及應(yīng)用潛力。
XV-15是V-22的基礎(chǔ)
XV-15表明傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是可行的
1982年美國國防部提出“多軍種先進(jìn)垂直起落飛機(jī)計(jì)劃(JVX)“，貝爾公司提出的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)方案中標(biāo)，這就 V-22”魚鷹“，該機(jī)1983年開始研制，1988年首架原型機(jī)出廠，1989年試飛，并進(jìn)行了兩種飛行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，1990年進(jìn)行了首次著艦試驗(yàn)，1997年V-22進(jìn)入低速生產(chǎn)，2001年美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)開始接收V-22直升機(jī)，但是由于種種原因，一直到2005年V-22才進(jìn)入全速生產(chǎn)階段，2007年V-22獲得初始作戰(zhàn)能力，開始替代美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的CH-46直升機(jī)，同年該機(jī)被派往伊拉克和阿富汗，執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，同時(shí)還在中洲一些國家執(zhí)行人道主義援助等任務(wù)，在這些任務(wù)中，V-22都顯現(xiàn)出自己比直升機(jī)更強(qiáng)的速度和航程，具備更好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，目前美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)擁有97架V-22，編成11個(gè)作戰(zhàn)中隊(duì)和1個(gè)訓(xùn)練中隊(duì)。美國空軍裝備有13架，配備3個(gè)中隊(duì)，V-22計(jì)劃共耗費(fèi)27億美元，而每架飛機(jī)的單價(jià)超過6000萬美元。
機(jī)翼與螺旋槳折疊的V-22
V-22的機(jī)長為19米左右，翼展15米，最大垂直起飛重量為23噸，最大短距起飛重量為27噸，其中空重15噸，最大內(nèi)部載重為9噸，最大外部吊掛能力為7噸，最大MV-22可以達(dá)到4噸，而CV-22則超過6噸，如果使用內(nèi)部副油箱，最大載油可以超過10噸，最大航程超過3500公里，作戰(zhàn)半徑；用于兩棲突擊的時(shí)候可以達(dá)到950公里，帶4噸載荷，短距起飛的時(shí)候可以達(dá)到1400公里，座艙最多可以裝載24名全副武裝的士兵，或者12副擔(dān)架，飛機(jī)的發(fā)動機(jī)為兩部艾利遜T406渦軸發(fā)動機(jī)，起飛功率為4500KW，旋翼為復(fù)合材料制成的三片槳葉，一條貫穿機(jī)翼的橫軸將兩部發(fā)動機(jī)連接起來，以保證旋翼兩個(gè)旋翼同轉(zhuǎn)速，如果一臺發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障，另外一臺發(fā)動機(jī)還可以通過這條軸帶到兩個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)。
V-22的飛行控制系統(tǒng)比較復(fù)雜
V-22采用了三余度電傳操縱系統(tǒng)，具備自動駕駛、全自動飛行和編隊(duì)飛行模式，飛行員可以用一套操縱系統(tǒng)來控制兩種不同的飛行方式，在運(yùn)渡飛行中，飛機(jī)的構(gòu)型變化、氣動翼面、旋翼槳距的變化都是由飛行操縱系統(tǒng)自動進(jìn)行的，飛行員可以依靠這一套系統(tǒng)控制飛機(jī)不同的飛行狀態(tài)，飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)是基于1553B數(shù)據(jù)總線的聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)，系統(tǒng)以AYK-14任務(wù)計(jì)算機(jī)為核心，將戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、雷達(dá)高度表以及通信系統(tǒng)等有機(jī)相連，形成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合處理和顯示，機(jī)頭還裝有地形跟蹤雷達(dá)，具備地形跟蹤和回避能力，提高了飛機(jī)的突防能力，考慮到飛機(jī)需要在對方區(qū)域作戰(zhàn)，所以還配備有較為完善的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，包括箔條/照明彈投放架、雷達(dá)告警系統(tǒng)和主動雷達(dá)干擾機(jī)，另外用于特種作戰(zhàn)的CV-22還配備有前視紅外探測系統(tǒng)和激光測距儀等。飛機(jī)座艙實(shí)現(xiàn)了玻璃化，儀表板安裝有6個(gè)多功能顯示器，用于飛行數(shù)據(jù)和戰(zhàn)術(shù)信息的顯示。
V-22采用了玻璃化座艙
V-22雖然性能優(yōu)良，但是它的缺點(diǎn)也十分明顯，首先V-22獨(dú)特的飛行方式造成它的氣動布局與普通直升機(jī)和直升機(jī)都不同，如它的旋翼槳葉采用很大的負(fù)扭轉(zhuǎn)，并且沿展向翼型布置與弦長變化大，另外旋翼尺寸比同級的直升機(jī)要小，這樣，為了產(chǎn)生同樣的升力，旋翼的下洗氣流要比一般的直升機(jī)強(qiáng)的多。這樣對于飛機(jī)的起降是非常不利的。另外由于螺旋槳(旋翼)位于機(jī)翼的翼尖上方，螺槳旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生的下沖氣流，有相當(dāng)一部分會打在主翼的上表面。而為了保證發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)動和固定于某一位置時(shí)，機(jī)翼有足夠的剛度和強(qiáng)度，它的主翼翼尖必須設(shè)計(jì)得很寬，從而增大了阻擋滑流向下運(yùn)動的面積。在需要螺槳旋翼產(chǎn)生較大動力升力的時(shí)候，V-22的布局設(shè)計(jì)不但要損失正升力，而且根據(jù)作用力與反作用力原理，還得付出一定的負(fù)升力的代價(jià)，這是很不合算的。其垂直起飛時(shí)的效率，又要比普通的直升機(jī)降低許多。同時(shí)發(fā)動機(jī)短艙在不同飛行狀態(tài)下其支持剛度是在變化的，另外傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的空氣動力學(xué)特性、動力學(xué)特性及飛行動力學(xué)特性與常規(guī)直升機(jī)和普通運(yùn)輸機(jī)有較大的差異，特別是旋翼傾轉(zhuǎn)過程中的動態(tài)氣動特性、飛行動力學(xué)及飛行控制等問題都是以前沒有遇到過的，這些對于飛行控制律的摸索、飛行控制硬/軟件的研制帶來的較大的困難，所以美國人即使有雄厚的航空技術(shù)實(shí)力做為后盾，研制V-22的時(shí)候仍然頗不順利，還有一個(gè)問題就是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行時(shí)候需要機(jī)翼提高升力，因此翼展較大，相應(yīng)的兩側(cè)發(fā)動機(jī)距離較遠(yuǎn)萬一兩側(cè)因?yàn)槿魏卧蚨兴黄胶猓瑑蓚?cè)的升力差別被翼展大大地放大，很難恢復(fù)安全的飛行狀態(tài)。理論上，任一發(fā)動機(jī)可以通過兩根半軸同時(shí)驅(qū)動兩側(cè)旋翼，但一旦有一臺發(fā)動機(jī)故障，V-22 可能立即失穩(wěn)，根本不給系統(tǒng)以連接轉(zhuǎn)換的時(shí)間。另外，如果驅(qū)動旋翼的齒輪箱受損，即使橫軸連起來了也不頂用。因此美國人給V-22的評價(jià)是；技術(shù)先進(jìn)、性能好，但是系統(tǒng)過于復(fù)雜、操縱維護(hù)都比較困難，造價(jià)也比較昂貴，所以盡管傾斜旋翼機(jī)已經(jīng)表現(xiàn)出來的較好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，但是除了美國以外，別無分店，另外由于其經(jīng)濟(jì)性不好，民用領(lǐng)域的運(yùn)用也受到限制，貝爾公司和阿古斯塔公司曾經(jīng)聯(lián)合推出的BA609型9座傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，并且于2005年試飛，但是并沒有引起太大的反應(yīng)。
V-22的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)一樣鮮明
從美國即將布置V-22的普天間基地來看，它距離我國的釣魚島不到500公里，而V-22以普通運(yùn)輸機(jī)狀態(tài)飛行的時(shí)候，巡航速度也在500公里/小時(shí)左右，因此從普天間基地起飛的V-22大約只需要一個(gè)小時(shí)就可以飛抵釣魚島，反應(yīng)速度非?？?，另外以每架可載24名全副武裝士兵，每個(gè)人以100公斤計(jì)算，那么這個(gè)時(shí)候載重在2700公斤以下，這個(gè)時(shí)候，V-22可以有1300公里以上的航程，足夠從釣魚島飛個(gè)來回，這樣以美國在普天間基地布署24架飛機(jī)，以70%的完好率，那么至少一次可以出動15架飛機(jī)，一次最多可以釣魚島投送一個(gè)步兵營的兵力，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)相當(dāng)可觀了，如果向前抵近布署，如從石恒島機(jī)場起飛，或者以日本22DDH等直升機(jī)驅(qū)逐艦作為基地，V-22的較強(qiáng)的吊掛能力，還可以將戰(zhàn)術(shù)車輛、輕型火炮及防空導(dǎo)彈發(fā)射車等吊運(yùn)上島，增加島上守軍的防御能力，另外V-22還可以利用自己的較大的載重，對島上的守軍進(jìn)行空運(yùn)補(bǔ)給，從普天間到釣魚島的距離來看，V-22一個(gè)航次可以內(nèi)裝大約6噸左右的載重，采用短距起飛的方式，這對于缺乏碼頭、機(jī)場的釣魚島來說是十分寶貴的。正是因?yàn)閂-22這些優(yōu)點(diǎn)，日本也打算引進(jìn)V-22飛機(jī)。
V-22的運(yùn)輸能力遠(yuǎn)強(qiáng)于直升機(jī)
近期日本通過一系列動作，進(jìn)行所謂“加強(qiáng)”“ 釣魚島控制”，除了日本自身的原因外，美國對東亞采取離岸平衡戰(zhàn)略也是重要原因，而在沖繩布署V-22也是這個(gè)戰(zhàn)略的反應(yīng)。因此對于我國來說，提高海洋方向斗爭能力是今后軍事斗爭建設(shè)的主要方向。
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注：
參考資料：
1、世界直升機(jī)手冊
2、直升機(jī)總體設(shè)計(jì)
3、本文配圖來源于網(wǎng)上，權(quán)利歸原作者所有
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