V-22“魚鷹”是貝爾與波音合作的傾轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)，艦載運(yùn)輸型MV-22已經(jīng)在美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)大量服役，美國空軍則裝備了戰(zhàn)斗搜救型CV-22。這種革命性的直升機(jī)創(chuàng)造性地使用了傾轉(zhuǎn)旋翼。兩側(cè)機(jī)翼翼尖的發(fā)動機(jī)短艙直立時，旋翼產(chǎn)生垂直升力，相當(dāng)于具有橫置雙旋翼的直升機(jī)；發(fā)動機(jī)短艙水平時，旋翼產(chǎn)生水平推力，相當(dāng)于具有超大螺旋槳的固定翼螺旋槳飛機(jī)?！棒~鷹”具有常規(guī)直升機(jī)難以比擬的高速和航程。在阿富汗戰(zhàn)場上，美國空軍的CV-22連續(xù)遠(yuǎn)程出動，成為特種部隊(duì)的利器；在利比亞作戰(zhàn)期間，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的MV-22則臨時客串戰(zhàn)斗搜救角色，成功地營救出敵后跳傘的F-15E飛行員。
“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)在阿富汗戰(zhàn)場得到成功應(yīng)用
尤其適合需要長距離高速飛行的場合
但是在多災(zāi)多難的F-35戰(zhàn)斗機(jī)之前，“魚鷹”是美國軍機(jī)歷史上最受詬病的飛機(jī)。研發(fā)嚴(yán)重拖延，成本大大超支，試飛和使用中不斷被機(jī)毀人亡事故和各種技術(shù)問題所拖累。在老布什時代，國防部長切尼下令停止研發(fā)“魚鷹”，是被美國國會強(qiáng)令恢復(fù)研發(fā)和繼續(xù)生產(chǎn)才保下來的。這樣坎坷的經(jīng)歷即使F-35也難以掠美。
“魚鷹”研發(fā)在1983年啟動，1989年首飛，2007年方才服役。如果算上XV-15技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，那基本技術(shù)研發(fā)早在1971年就啟動了。CV-22的生產(chǎn)已經(jīng)結(jié)束，MV-22還在繼續(xù)，但是始終沒有出口訂單。美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的訂單預(yù)計(jì)到2020年將完成交貨。屆時，這架革命性的傾轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)將停止生產(chǎn)。但是“魚鷹”不死。
美國陸軍正在籌劃FVL計(jì)劃，F(xiàn)VL的全稱是Future Vertical Lift，意為未來垂直起落飛機(jī)。FVL將涵蓋輕型、中型和中型直升機(jī)，意圖替代現(xiàn)有的CH-47、UH-60、AH-64和OH-58。FVL現(xiàn)在還是空中樓閣，沒有預(yù)算，但美國陸軍已經(jīng)開始JMR TD技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃，作為FVL的先導(dǎo)，JMR TD的全稱為Joint Multi Role Technology Demonstration，意為聯(lián)合多用途技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。聯(lián)合當(dāng)然指多軍種聯(lián)合，但這一次是陸軍主導(dǎo)的，“魚鷹”是海軍陸戰(zhàn)隊(duì)主導(dǎo)的。
JMR TD的核心要求是230節(jié)（約426公里/小時）以上的巡航時速，約比現(xiàn)有直升機(jī)提高50%，航程和作戰(zhàn)半徑、高原高溫性能也相應(yīng)提高。隨著美國戰(zhàn)略重點(diǎn)向亞太傾斜，傳統(tǒng)直升機(jī)的速度和航程短板越來越明顯，嚴(yán)重限制了美國地面作戰(zhàn)力量的遠(yuǎn)程投放，F(xiàn)VL對速度和航程的要求并不是得隴望蜀或者無事生非。由于傾轉(zhuǎn)旋翼具有天然的速度和航程優(yōu)勢，貝爾公司自然用傾轉(zhuǎn)旋翼方案應(yīng)征。貝爾方案稱為V-280“勇敢”，洛克希德是貝爾的合作伙伴。貝爾稱這是第三代傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)，第一代為XV-15技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，第二代為V-22“魚鷹”。有意思的是，貝爾在“魚鷹”計(jì)劃中的合作伙伴波音沒有參加貝爾的團(tuán)隊(duì)，而是與競爭對手西科斯基合作投標(biāo)。西科斯基-波音的方案是以西科斯基X-2為基礎(chǔ)的，這是共軸反轉(zhuǎn)剛性雙旋翼加推進(jìn)螺旋槳的復(fù)合直升機(jī)方案。
常規(guī)直升機(jī)的奧秘和命門都在于那個旋翼。旋翼不僅產(chǎn)生升力，也產(chǎn)生推力，并產(chǎn)生各種非常規(guī)飛行（側(cè)飛、倒飛、橫滾、翻滾）所需要的力矩，但天然的后行槳葉失速問題從本質(zhì)上限制了飛行速度，反扭力所需要的尾槳吃掉部分功率，進(jìn)一步限制了飛行速度。西科斯基X-2采用剛性共軸反轉(zhuǎn)雙旋翼，解決了反扭力問題。剛性槳葉并不是真的剛性的，只是取消了常規(guī)槳葉與槳轂鏈接的揮舞鉸，槳葉在旋轉(zhuǎn)中的自然揮舞由材質(zhì)的彈性來吸收，這樣簡化和減輕了旋翼結(jié)構(gòu)，也減少了共軸反轉(zhuǎn)上下旋翼打架的可能，可以相應(yīng)縮小上下旋翼的間距，減小阻力和系統(tǒng)重量。共軸反轉(zhuǎn)雙旋翼不僅互相補(bǔ)償后行槳葉失速問題，也在高速平飛時轉(zhuǎn)入旋翼機(jī)狀態(tài)，只產(chǎn)生必要的升力，不產(chǎn)生推力，這樣可以減功率半怠速旋轉(zhuǎn)，放寬了速度限制。為了進(jìn)一步解放速度，X-2另有專用的推進(jìn)螺旋槳，巡航速度達(dá)到250節(jié)（約460公里/小時）。西科斯基方案的好處是充分保留了常規(guī)直升機(jī)的垂直起落和非常規(guī)飛行能力，波音對中型、重型和攻擊直升機(jī)的豐富經(jīng)驗(yàn)則有助于西科斯基方案的實(shí)用化、系列化，提高對軍方的吸引力。西科斯基-波音方案改稱SB-1“不屈”，SB為西科斯基-波音的簡稱。
除了西科斯基-波音之外，名不見經(jīng)傳的AVX和老牌怪才卡萊姆也提交了應(yīng)征方案。AVX是由一些從貝爾出走的人馬組成的，他們一反貝爾的傾轉(zhuǎn)旋翼路線，而是走更加傳統(tǒng)的復(fù)合直升機(jī)路線。AVX的復(fù)合直升機(jī)比西科斯基X-2更加傳統(tǒng)，采用俄羅斯卡莫夫直升機(jī)那樣的傳統(tǒng)共軸反轉(zhuǎn)雙旋翼，機(jī)尾也增加一對橫置的涵道式推進(jìn)螺旋槳作為主要前飛動力。不過AVX方案在前機(jī)身增加了一對固定短翼，用于在前飛中產(chǎn)生升力，為旋翼卸載。X-2和SB-1沒有采用短翼，不利于高速平飛時為旋翼減載，但有利于低速飛行時減阻和減少與旋翼的氣動干擾，還減輕重量。兩種設(shè)計(jì)各有利弊。
AVX方案的好處是將現(xiàn)成技術(shù)創(chuàng)造性地堆積，在成本和風(fēng)險得到控制的情況下達(dá)到前所未有的高性能?？ㄈR姆方案則從另一個方向探索高速直升機(jī)的問題。亞伯拉罕?卡萊姆原本是以色列飛機(jī)公司的總設(shè)計(jì)師，曾在70年代主持以色列無人機(jī)的研制。移民美國后，卡萊姆設(shè)計(jì)的“琥珀”和“蚊蚋”系列最終演變成為大名鼎鼎的“捕食者”無人機(jī)。卡萊姆在直升機(jī)設(shè)計(jì)方面并不是老字號，但這不妨礙他放下包袱，輕裝上陣?？ㄈR姆方案也是傾轉(zhuǎn)旋翼，但卡萊姆的傾轉(zhuǎn)旋翼與“魚鷹”有所不同?！棒~鷹”的機(jī)翼短粗，發(fā)動機(jī)短艙位于兩側(cè)翼尖，翼展則受到海軍陸戰(zhàn)隊(duì)艦上停放要求的限制。按照上艦要求，“魚鷹”的旋翼折疊起來后，要能與機(jī)翼整體旋轉(zhuǎn)到與機(jī)體齊平的位置，最大限度地減小艦上占地，便于上艦，因此翼展不可能大于機(jī)長，機(jī)翼難以按照氣動要求最優(yōu)化為更加細(xì)長的形狀。JMR是按照美國陸軍的要求設(shè)計(jì)的，對減少地面狀態(tài)的占地沒有特別要求。因此，與“魚鷹”相比，卡萊姆方案機(jī)翼細(xì)長，大大提高機(jī)翼的升阻比，有利于提高速度和航程?？ㄈR姆聲稱最大速度可達(dá)380節(jié)（約700公里/小時），大大超過JMR的最低要求。另外，卡萊姆方案的發(fā)動機(jī)短艙不是在翼尖，而是在翼展一半的位置。短艙外側(cè)的外翼段與發(fā)動機(jī)短艙同步傾轉(zhuǎn)，減少垂直起落狀態(tài)下機(jī)翼對旋翼的遮擋。不容易從外觀上看出的是，卡萊姆方案的旋翼還是可變轉(zhuǎn)速的。旋翼通過變速箱由發(fā)動機(jī)帶動，轉(zhuǎn)速本來就是隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而變的，但變速比通常是固定的。然而，在同樣的發(fā)動機(jī)出力下，高速平飛要求較高的轉(zhuǎn)速來達(dá)到較高的推力，而垂直起落則要求較低的轉(zhuǎn)速才能達(dá)到最大升力。卡萊姆方案采用可變變速比的變速箱，在不同飛行狀態(tài)下保持最優(yōu)變速比，這個技術(shù)已經(jīng)在他設(shè)計(jì)波音A-160“蜂鳥”長航時無人直升機(jī)上得到使用。
不過美國陸軍在最后篩選時，只選擇了兩家：西科斯基-波音的SB-1“不屈”，另一家就是貝爾V-280“勇敢”。貝爾V-280“勇敢”并不是“魚鷹”的簡單升級更新，而是凝聚了30年經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的全新研發(fā)結(jié)果。
“勇敢”不是“魚鷹”的簡單升級，最顯著的外觀特征就是固定的發(fā)動機(jī)短艙
尾翼也簡化為V形
在使用中，“魚鷹”暴露出一些嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷，其中最嚴(yán)重的莫過于渦流環(huán)問題。渦流環(huán)是直升機(jī)在急速下降中容易出現(xiàn)的現(xiàn)象。簡單地說，高壓的下洗氣流在旋翼半徑以外回流到低壓的旋翼上方，重新進(jìn)入高壓的下洗氣流，形成環(huán)流，降低旋翼的實(shí)際出力。這種現(xiàn)象在需要旋翼急速增加出力的時候尤其常見，例如在快速下降中在接地前急劇降低下降速度。這可以與汽車輪胎在泥濘中打滑類比。旋翼在快速下降過程中一旦在空氣中出現(xiàn)打滑，會導(dǎo)致升力喪失。這時加大旋翼功率則進(jìn)一步惡化打滑；降低旋翼功率有助于改出打滑，但前提是還有足夠的離地高度可以改出渦流環(huán)狀態(tài)。渦流環(huán)是很危險的狀態(tài)，很容易導(dǎo)致機(jī)毀人亡。所有直升機(jī)都可能出現(xiàn)渦流環(huán)問題，但“魚鷹”的旋翼直徑受到海軍陸戰(zhàn)隊(duì)可折疊收藏要求的限制，在氣動上小于最優(yōu)直徑，只有加大旋翼轉(zhuǎn)速，使得渦流環(huán)問題進(jìn)一步惡化。在實(shí)用中，可以用適當(dāng)?shù)那帮w速度或者降低下降速度來緩解渦流環(huán)問題，但在戰(zhàn)斗機(jī)降中，下降的同時保持前飛速度受到起降場地的限制，降低下降速度則增加了暴露在敵人火力下的時間，兩者都是很討厭的限制。“魚鷹”在試飛階段，曾兩次在公開演示時因?yàn)闇u流環(huán)問題而導(dǎo)致機(jī)毀人亡，影響惡劣。V-280的翼展設(shè)計(jì)沒有海軍陸戰(zhàn)隊(duì)上艦要求的限制，相應(yīng)地旋翼直徑也可以按照最優(yōu)要求放大，同時降低轉(zhuǎn)速。這些措施都有利于緩解渦流環(huán)問題。30年的使用經(jīng)驗(yàn)也使貝爾在飛控設(shè)計(jì)中注意避免進(jìn)入渦流環(huán)狀態(tài)，有利于飛行員的無憂慮操作?？ㄈR姆的可變轉(zhuǎn)速旋翼也可以在垂直狀態(tài)降低轉(zhuǎn)速，有利于緩解渦流環(huán)問題，不過技術(shù)復(fù)雜，貝爾沒有采用。
“魚鷹”的另一個問題則來自于傾轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)短艙。發(fā)動機(jī)短艙與旋翼同步傾轉(zhuǎn)，不僅轉(zhuǎn)動慣量大，增加對轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的功率要求和隨之而來的系統(tǒng)重量，還帶來了令人難堪的使用問題。戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸直升機(jī)的典型進(jìn)入和離去方式是側(cè)對已知的敵人火力方向，這樣可以最大限度地增加相對于敵人火力的角速度，增加敵人火力瞄準(zhǔn)的困難，提高自身的生存力。側(cè)對進(jìn)入和離去的另一個好處是常規(guī)戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸直升機(jī)在兩側(cè)有大型登機(jī)艙門，門旁通常裝有用于壓制敵人火力的機(jī)槍。側(cè)對進(jìn)入和離去時，面向敵人火力一側(cè)的艙門機(jī)槍正好發(fā)揮火力，而機(jī)降步兵從背向敵人火力一側(cè)登機(jī)或者離機(jī)，機(jī)體本身還可以提供一點(diǎn)掩護(hù)。但“魚鷹”在垂直起落或者在地面時，發(fā)動機(jī)短艙垂直，正好把側(cè)向機(jī)槍射界遮擋得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)；熾熱的噴氣氣流從地面反射，也不便于人員從附近登機(jī)離機(jī)。所以“魚鷹”只有從尾門進(jìn)出，也難以安裝常見的艙門機(jī)槍，除非尾門常開。相比之下，常規(guī)直升機(jī)的側(cè)門是可以常開的，便于使用艙門機(jī)槍，或者在近地狀態(tài)下登機(jī)離機(jī)，或者在懸停狀態(tài)下吊升索降。
發(fā)動機(jī)短艙固定后，避免了噴流近距離沖刷地面的問題
也便于使用直升機(jī)的傳統(tǒng)側(cè)門
機(jī)上人員終于可以像傳統(tǒng)直升機(jī)一樣從兩側(cè)進(jìn)出了
側(cè)門不僅便于登機(jī)進(jìn)出，也便于索降、救生等特殊作業(yè)
“魚鷹”要讓人員在背向敵人火力的一側(cè)登機(jī)離機(jī)的話，只有面向敵人火力進(jìn)入和離去，這大大增加了自身被擊中的風(fēng)險?！棒~鷹”的機(jī)上火力也是一個老大難問題，在機(jī)腹安裝遙控武器站只能解決在空中時的對地射擊問題，一旦落地，機(jī)腹機(jī)槍的火線勉強(qiáng)離地，只能割草掃地，根本無法正常發(fā)揮火力。在阿富汗戰(zhàn)場上，盡管美軍急需機(jī)上支援火力，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)只在戰(zhàn)場“魚鷹”上試驗(yàn)性地安裝了幾套機(jī)腹遙控武器站，就不了了之了。
發(fā)動機(jī)短艙在垂直起落狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)到垂直狀態(tài)還有一個問題：噴氣氣流直接向下噴射，而且離地很近。在垂直起落階段，這引起巨大的塵土，輕則造成雜物吸入發(fā)動機(jī)，導(dǎo)致過度磨損；重則使得砂石樹枝高速飛揚(yáng)，造成人員傷害?！棒~鷹”在紐約公眾演示時，就出現(xiàn)過樹枝砂石飛揚(yáng)傷人的問題。在艦上或者機(jī)場使用時，垂直狀態(tài)的發(fā)動機(jī)短艙噴口很接近地面，熾熱噴流容易對鋪設(shè)地面造成損害。美國海軍就因?yàn)檫@個原因，被迫對所有計(jì)劃裝備“魚鷹”的兩棲攻擊艦的飛行甲板進(jìn)行特別加固，在沒有加固前則使用特制防熱毯保護(hù)。這對野戰(zhàn)機(jī)場高強(qiáng)度反復(fù)出動是一個很大的限制。
V-280當(dāng)然是傾轉(zhuǎn)旋翼，但發(fā)動機(jī)短艙則是固定的，旋翼通過特殊機(jī)構(gòu)傾轉(zhuǎn)。這樣避免了發(fā)動機(jī)短艙傾轉(zhuǎn)帶來的一系列問題，也大大降低了傾轉(zhuǎn)過程的轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)然，貝爾早年采用傾轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)短艙并不是一時糊涂，這樣做法盡管轉(zhuǎn)動慣量大，但機(jī)械設(shè)計(jì)相對簡單。發(fā)動機(jī)固定而旋翼可以無級傾轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)計(jì)十分復(fù)雜。傳統(tǒng)的萬向節(jié)只能傾轉(zhuǎn)有限的角度；傳統(tǒng)的傘齒輪可以實(shí)現(xiàn)動力傳遞的90度轉(zhuǎn)向，但轉(zhuǎn)向角度是固定的。在理論上，采用多級萬向節(jié)可以實(shí)現(xiàn)大角度無級動力轉(zhuǎn)向，但機(jī)械復(fù)雜度和可靠性都是極大的挑戰(zhàn)，畢竟這要長期可靠地傳遞很大的功率。貝爾V-280動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)沒有透露，這是V-280最大的關(guān)鍵技術(shù)。然而，發(fā)動機(jī)短艙固定之后，V-280的機(jī)側(cè)空間避免了“魚鷹”的尷尬，恢復(fù)到傳統(tǒng)的大型側(cè)門設(shè)計(jì)，人員可以從側(cè)門便利地登機(jī)離機(jī)，傳統(tǒng)的艙門機(jī)槍也容易安裝。發(fā)動機(jī)噴流固定向后，也避免了對地面沖刷的問題。
V-280的另一個設(shè)計(jì)特點(diǎn)是V形機(jī)尾?！棒~鷹”采用倒置門式機(jī)尾，也就是說，雙垂尾在平尾的兩端翼尖位置。這也是滿足海軍陸戰(zhàn)隊(duì)收藏機(jī)翼-旋翼要求所必需的。V形尾的重量較輕，但機(jī)動性不好，俯仰和偏航動作上有互相干擾的問題。不過這個問題對高機(jī)動性戰(zhàn)斗機(jī)比較突出，對速度和機(jī)動性要求較低的直升機(jī)并不突出，更何況V-280最需要高機(jī)動性的時候是在直升機(jī)狀態(tài)，這時旋翼的總距和周期距是主要姿態(tài)控制手段，V形尾本來就作用有限。先進(jìn)的電傳飛控進(jìn)一步緩解了V形尾的控制交聯(lián)問題，但V形尾的減重效果是實(shí)實(shí)在在的。
減重對V-280十分重要。飛機(jī)的成本在很大程度上由重量決定。重量增加不僅意味著結(jié)構(gòu)用料增加，還使得翼展、翼面積、發(fā)動機(jī)功率等水漲船高。貝爾不僅在氣動設(shè)計(jì)上用V形尾減重，還在結(jié)構(gòu)上大量采用先進(jìn)復(fù)合材料，成本可望比縮比MV-22降低30%。V-280將達(dá)到280節(jié)（520公里/小時）的巡航速度，超過JMR的最低要求；最大沖刺速度可達(dá)300節(jié)（560公里/小時）。航程可達(dá)2100海里（3900公里），有利于實(shí)現(xiàn)跨洋自部署磚場飛行。作戰(zhàn)半徑為500-800海里（930-1480公里），比現(xiàn)有的UH-60增加了一倍。換句話說，以韓國釜山為基地的話，可以遠(yuǎn)及沈陽；以臺灣為基地的話，可以輕易涵蓋上海-武漢-廣州一線。設(shè)計(jì)最大起飛重量約30000磅（13600公斤），與CH-47相當(dāng)。V-280的機(jī)艙尺寸與美軍現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的UH-60相當(dāng)，可搭載4名機(jī)組人員和11名士兵，或者外掛12000磅（5440公斤）掛載，比如一門M777榴彈炮。外掛飛行時速度降低到150節(jié)（280公里/小時），依然與常規(guī)直升機(jī)的無外掛速度相當(dāng)。貝爾宣稱，V-280比UH-60的速度和作戰(zhàn)半徑都增加一倍，大大增加了空中機(jī)動部隊(duì)的作戰(zhàn)能力，而較低的油耗則降低了后勤負(fù)擔(dān)。
除了飛機(jī)和發(fā)動機(jī)這些“硬技術(shù)”外，V-280也將提供類似F-35的飛行員頭盔顯示系統(tǒng)和具有信息融合能力的航電，具有出色的態(tài)勢感知能力和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)能力，甚至有在機(jī)窗上三維顯示戰(zhàn)場態(tài)勢的能力。由于士兵隨身電子系統(tǒng)越來越普及，機(jī)上還將有無線充電的設(shè)施，可以在飛行途中為機(jī)載士兵的隨身系統(tǒng)充電。
不過JMR只是技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，美國陸軍還沒有明確的產(chǎn)品化和訂貨需求，F(xiàn)VL依然只是空中的餡餅。盡管如此，這依然是美國航空界未來40年最重要的直升機(jī)項(xiàng)目，各公司不敢掉以輕心。美國陸軍對貝爾和西科斯基-波音團(tuán)隊(duì)各撥款600萬美元，作為第一階段的投資。貝爾宣稱，已經(jīng)投入4倍于美國陸軍的公司投資，志在必得。XV-15在試飛時一片叫好，不僅美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)興致勃勃，美國陸軍、空軍和海軍都加入了早期研發(fā)。美國空軍的是戰(zhàn)斗搜救的CV-22，美國海軍的是反潛的HV-22，美國陸軍由于成本原因早早放棄了運(yùn)輸型UV-22之后，轉(zhuǎn)向電子戰(zhàn)型EV-22，但最后只有美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的MV-22和美國空軍的CV-22完成了研制，美國海軍和美國陸軍都溜號了。FVL的目標(biāo)要明確得多，重點(diǎn)在美國陸軍，美國海軍有可能加入，作為艦載型MH-60R/S的替代。2013年10月2日，美國陸軍選擇貝爾、西科斯基-波音、AVX和卡萊姆作為JMR第一階段的候選；2014年8月11日，美國陸軍宣布貝爾V-280“勇敢”和西科斯基-波音SB-1“不屈”最終入選JMR第一階段，要求2017年首飛。如果按時完成的話，這將是直升機(jī)歷史上的新的里程碑。
