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——贝尔V-280倾转旋翼机

　V-22“鱼鹰”是贝尔与波音合作的倾转旋翼直升机，舰载运输型MV-22已经在美国海军陆战队大量服役，美国空军则装备了战斗搜救型CV-22。这种革命性的直升机创造性地使用了倾转旋翼。两侧机翼翼尖的发动机短舱直立时，旋翼产生垂直升力，相当于具有横置双旋翼的直升机；发动机短舱水平时，旋翼产生水平推力，相当于具有超大螺旋桨的固定翼螺旋桨飞机。“鱼鹰”具有常规直升机难以比拟的高速和航程。在阿富汗战场上，美国空军的CV-22连续远程出动，成为特种部队的利器；在利比亚作战期间，美国海军陆战队的MV-22则临时客串战斗搜救角色，成功地营救出敌后跳伞的F-15E飞行员。


“鱼鹰”倾转旋翼直升机在阿富汗战场得到成功应用


尤其适合需要长距离高速飞行的场合

　　但是在多灾多难的F-35战斗机之前，“鱼鹰”是美国军机历史上最受诟病的飞机。研发严重拖延，成本大大超支，试飞和使用中不断被机毁人亡事故和各种技术问题所拖累。在老布什时代，国防部长切尼下令停止研发“鱼鹰”，是被美国国会强令恢复研发和继续生产才保下来的。这样坎坷的经历即使F-35也难以掠美。

　　“鱼鹰”研发在1983年启动，1989年首飞，2007年方才服役。如果算上XV-15技术验证机，那基本技术研发早在1971年就启动了。CV-22的生产已经结束，MV-22还在继续，但是始终没有出口订单。美国海军陆战队的订单预计到2020年将完成交货。届时，这架革命性的倾转旋翼直升机将停止生产。但是“鱼鹰”不死。

　　美国陆军正在筹划FVL计划，FVL的全称是Future Vertical Lift，意为未来垂直起落飞机。FVL将涵盖轻型、中型和中型直升机，意图替代现有的CH-47、UH-60、AH-64和OH-58。FVL现在还是空中楼阁，没有预算，但美国陆军已经开始JMR TD技术验证计划，作为FVL的先导，JMR TD的全称为Joint Multi Role Technology Demonstration，意为联合多用途技术验证机。联合当然指多军种联合，但这一次是陆军主导的，“鱼鹰”是海军陆战队主导的。

　　JMR TD的核心要求是230节（约426公里/小时）以上的巡航时速，约比现有直升机提高50%，航程和作战半径、高原高温性能也相应提高。随着美国战略重点向亚太倾斜，传统直升机的速度和航程短板越来越明显，严重限制了美国地面作战力量的远程投放，FVL对速度和航程的要求并不是得陇望蜀或者无事生非。由于倾转旋翼具有天然的速度和航程优势，贝尔公司自然用倾转旋翼方案应征。贝尔方案称为V-280“勇敢”，洛克希德是贝尔的合作伙伴。贝尔称这是第三代倾转旋翼技术，第一代为XV-15技术验证机，第二代为V-22“鱼鹰”。有意思的是，贝尔在“鱼鹰”计划中的合作伙伴波音没有参加贝尔的团队，而是与竞争对手西科斯基合作投标。西科斯基-波音的方案是以西科斯基X-2为基础的，这是共轴反转刚性双旋翼加推进螺旋桨的复合直升机方案。


　　常规直升机的奥秘和命门都在于那个旋翼。旋翼不仅产生升力，也产生推力，并产生各种非常规飞行（侧飞、倒飞、横滚、翻滚）所需要的力矩，但天然的后行桨叶失速问题从本质上限制了飞行速度，反扭力所需要的尾桨吃掉部分功率，进一步限制了飞行速度。西科斯基X-2采用刚性共轴反转双旋翼，解决了反扭力问题。刚性桨叶并不是真的刚性的，只是取消了常规桨叶与桨毂链接的挥舞铰，桨叶在旋转中的自然挥舞由材质的弹性来吸收，这样简化和减轻了旋翼结构，也减少了共轴反转上下旋翼打架的可能，可以相应缩小上下旋翼的间距，减小阻力和系统重量。共轴反转双旋翼不仅互相补偿后行桨叶失速问题，也在高速平飞时转入旋翼机状态，只产生必要的升力，不产生推力，这样可以减功率半怠速旋转，放宽了速度限制。为了进一步解放速度，X-2另有专用的推进螺旋桨，巡航速度达到250节（约460公里/小时）。西科斯基方案的好处是充分保留了常规直升机的垂直起落和非常规飞行能力，波音对中型、重型和攻击直升机的丰富经验则有助于西科斯基方案的实用化、系列化，提高对军方的吸引力。西科斯基-波音方案改称SB-1“不屈”，SB为西科斯基-波音的简称。


西科斯基-波音的SB-1是采用共轴反转刚性旋翼双桨加推进螺旋桨的复合直升机


AVX也是共轴反转双桨，但这是传统的柔性旋翼


卡莱姆的方案也是倾转旋翼，但与贝尔的方案有很大的不同，细长的机翼大大提高升阻比，可变变速比的旋翼大大改善悬停和推进效率


亚伯拉罕·卡莱姆

　　除了西科斯基-波音之外，名不见经传的AVX和老牌怪才卡莱姆也提交了应征方案。AVX是由一些从贝尔出走的人马组成的，他们一反贝尔的倾转旋翼路线，而是走更加传统的复合直升机路线。AVX的复合直升机比西科斯基X-2更加传统，采用俄罗斯卡莫夫直升机那样的传统共轴反转双旋翼，机尾也增加一对横置的涵道式推进螺旋桨作为主要前飞动力。不过AVX方案在前机身增加了一对固定短翼，用于在前飞中产生升力，为旋翼卸载。X-2和SB-1没有采用短翼，不利于高速平飞时为旋翼减载，但有利于低速飞行时减阻和减少与旋翼的气动干扰，还减轻重量。两种设计各有利弊。

　　AVX方案的好处是将现成技术创造性地堆积，在成本和风险得到控制的情况下达到前所未有的高性能。卡莱姆方案则从另一个方向探索高速直升机的问题。亚伯拉罕·卡莱姆原本是以色列飞机公司的总设计师，曾在70年代主持以色列无人机的研制。移民美国后，卡莱姆设计的“琥珀”和“蚊蚋”系列最终演变成为大名鼎鼎的“捕食者”无人机。卡莱姆在直升机设计方面并不是老字号，但这不妨碍他放下包袱，轻装上阵。卡莱姆方案也是倾转旋翼，但卡莱姆的倾转旋翼与“鱼鹰”有所不同。“鱼鹰”的机翼短粗，发动机短舱位于两侧翼尖，翼展则受到海军陆战队舰上停放要求的限制。按照上舰要求，“鱼鹰”的旋翼折叠起来后，要能与机翼整体旋转到与机体齐平的位置，最大限度地减小舰上占地，便于上舰，因此翼展不可能大于机长，机翼难以按照气动要求最优化为更加细长的形状。JMR是按照美国陆军的要求设计的，对减少地面状态的占地没有特别要求。因此，与“鱼鹰”相比，卡莱姆方案机翼细长，大大提高机翼的升阻比，有利于提高速度和航程。卡莱姆声称最大速度可达380节（约700公里/小时），大大超过JMR的最低要求。另外，卡莱姆方案的发动机短舱不是在翼尖，而是在翼展一半的位置。短舱外侧的外翼段与发动机短舱同步倾转，减少垂直起落状态下机翼对旋翼的遮挡。不容易从外观上看出的是，卡莱姆方案的旋翼还是可变转速的。旋翼通过变速箱由发动机带动，转速本来就是随发动机转速而变的，但变速比通常是固定的。然而，在同样的发动机出力下，高速平飞要求较高的转速来达到较高的推力，而垂直起落则要求较低的转速才能达到最大升力。卡莱姆方案采用可变变速比的变速箱，在不同飞行状态下保持最优变速比，这个技术已经在他设计波音A-160“蜂鸟”长航时无人直升机上得到使用。

　　不过美国陆军在最后筛选时，只选择了两家：西科斯基-波音的SB-1“不屈”，另一家就是贝尔V-280“勇敢”。贝尔V-280“勇敢”并不是“鱼鹰”的简单升级更新，而是凝聚了30年经验教训的全新研发结果。


“勇敢”不是“鱼鹰”的简单升级，最显著的外观特征就是固定的发动机短舱


尾翼也简化为V形

　　在使用中，“鱼鹰”暴露出一些严重的设计缺陷，其中最严重的莫过于涡流环问题。涡流环是直升机在急速下降中容易出现的现象。简单地说，高压的下洗气流在旋翼半径以外回流到低压的旋翼上方，重新进入高压的下洗气流，形成环流，降低旋翼的实际出力。这种现象在需要旋翼急速增加出力的时候尤其常见，例如在快速下降中在接地前急剧降低下降速度。这可以与汽车轮胎在泥泞中打滑类比。旋翼在快速下降过程中一旦在空气中出现打滑，会导致升力丧失。这时加大旋翼功率则进一步恶化打滑；降低旋翼功率有助于改出打滑，但前提是还有足够的离地高度可以改出涡流环状态。涡流环是很危险的状态，很容易导致机毁人亡。所有直升机都可能出现涡流环问题，但“鱼鹰”的旋翼直径受到海军陆战队可折叠收藏要求的限制，在气动上小于最优直径，只有加大旋翼转速，使得涡流环问题进一步恶化。在实用中，可以用适当的前飞速度或者降低下降速度来缓解涡流环问题，但在战斗机降中，下降的同时保持前飞速度受到起降场地的限制，降低下降速度则增加了暴露在敌人火力下的时间，两者都是很讨厌的限制。“鱼鹰”在试飞阶段，曾两次在公开演示时因为涡流环问题而导致机毁人亡，影响恶劣。V-280的翼展设计没有海军陆战队上舰要求的限制，相应地旋翼直径也可以按照最优要求放大，同时降低转速。这些措施都有利于缓解涡流环问题。30年的使用经验也使贝尔在飞控设计中注意避免进入涡流环状态，有利于飞行员的无忧虑操作。卡莱姆的可变转速旋翼也可以在垂直状态降低转速，有利于缓解涡流环问题，不过技术复杂，贝尔没有采用。

　　“鱼鹰”的另一个问题则来自于倾转的发动机短舱。发动机短舱与旋翼同步倾转，不仅转动惯量大，增加对转动机构的功率要求和随之而来的系统重量，还带来了令人难堪的使用问题。战术运输直升机的典型进入和离去方式是侧对已知的敌人火力方向，这样可以最大限度地增加相对于敌人火力的角速度，增加敌人火力瞄准的困难，提高自身的生存力。侧对进入和离去的另一个好处是常规战术运输直升机在两侧有大型登机舱门，门旁通常装有用于压制敌人火力的机枪。侧对进入和离去时，面向敌人火力一侧的舱门机枪正好发挥火力，而机降步兵从背向敌人火力一侧登机或者离机，机体本身还可以提供一点掩护。但“鱼鹰”在垂直起落或者在地面时，发动机短舱垂直，正好把侧向机枪射界遮挡得严严实实；炽热的喷气气流从地面反射，也不便于人员从附近登机离机。所以“鱼鹰”只有从尾门进出，也难以安装常见的舱门机枪，除非尾门常开。相比之下，常规直升机的侧门是可以常开的，便于使用舱门机枪，或者在近地状态下登机离机，或者在悬停状态下吊升索降。


发动机短舱固定后，避免了喷流近距离冲刷地面的问题


也便于使用直升机的传统侧门


机上人员终于可以像传统直升机一样从两侧进出了。侧门不仅便于登机进出，也便于索降、救生等特殊作业



V-280全尺寸模型上的自卫机枪，座椅布置也更加合理

　　“鱼鹰”要让人员在背向敌人火力的一侧登机离机的话，只有面向敌人火力进入和离去，这大大增加了自身被击中的风险。“鱼鹰”的机上火力也是一个老大难问题，在机腹安装遥控武器站只能解决在空中时的对地射击问题，一旦落地，机腹机枪的火线勉强离地，只能割草扫地，根本无法正常发挥火力。在阿富汗战场上，尽管美军急需机上支援火力，美国海军陆战队只在战场“鱼鹰”上试验性地安装了几套机腹遥控武器站，就不了了之了。

　　发动机短舱在垂直起落状态下倾转到垂直状态还有一个问题：喷气气流直接向下喷射，而且离地很近。在垂直起落阶段，这引起巨大的尘土，轻则造成杂物吸入发动机，导致过度磨损；重则使得砂石树枝高速飞扬，造成人员伤害。“鱼鹰”在纽约公众演示时，就出现过树枝砂石飞扬伤人的问题。在舰上或者机场使用时，垂直状态的发动机短舱喷口很接近地面，炽热喷流容易对铺设地面造成损害。美国海军就因为这个原因，被迫对所有计划装备“鱼鹰”的两栖攻击舰的飞行甲板进行特别加固，在没有加固前则使用特制防热毯保护。这对野战机场高强度反复出动是一个很大的限制。

　　V-280当然是倾转旋翼，但发动机短舱则是固定的，旋翼通过特殊机构倾转。这样避免了发动机短舱倾转带来的一系列问题，也大大降低了倾转过程的转动惯量。当然，贝尔早年采用倾转发动机短舱并不是一时糊涂，这样做法尽管转动惯量大，但机械设计相对简单。发动机固定而旋翼可以无级倾转的机械设计十分复杂。传统的万向节只能倾转有限的角度；传统的伞齿轮可以实现动力传递的90度转向，但转向角度是固定的。在理论上，采用多级万向节可以实现大角度无级动力转向，但机械复杂度和可靠性都是极大的挑战，毕竟这要长期可靠地传递很大的功率。贝尔V-280动力转向机构的细节没有透露，这是V-280最大的关键技术。然而，发动机短舱固定之后，V-280的机侧空间避免了“鱼鹰”的尴尬，恢复到传统的大型侧门设计，人员可以从侧门便利地登机离机，传统的舱门机枪也容易安装。发动机喷流固定向后，也避免了对地面冲刷的问题。

　　V-280的另一个设计特点是V形机尾。“鱼鹰”采用倒置门式机尾，也就是说，双垂尾在平尾的两端翼尖位置。这也是满足海军陆战队收藏机翼-旋翼要求所必需的。V形尾的重量较轻，但机动性不好，俯仰和偏航动作上有互相干扰的问题。不过这个问题对高机动性战斗机比较突出，对速度和机动性要求较低的直升机并不突出，更何况V-280最需要高机动性的时候是在直升机状态，这时旋翼的总距和周期距是主要姿态控制手段，V形尾本来就作用有限。先进的电传飞控进一步缓解了V形尾的控制交联问题，但V形尾的减重效果是实实在在的。

　　减重对V-280十分重要。飞机的成本在很大程度上由重量决定。重量增加不仅意味着结构用料增加，还使得翼展、翼面积、发动机功率等水涨船高。贝尔不仅在气动设计上用V形尾减重，还在结构上大量采用先进复合材料，成本可望比缩比MV-22降低30%。V-280将达到280节（520公里/小时）的巡航速度，超过JMR的最低要求；最大冲刺速度可达300节（560公里/小时）。航程可达2100海里（3900公里），有利于实现跨洋自部署砖场飞行。作战半径为500-800海里（930-1480公里），比现有的UH-60增加了一倍。换句话说，以韩国釜山为基地的话，可以远及沈阳；以台湾为基地的话，可以轻易涵盖上海-武汉-广州一线。设计最大起飞重量约30000磅（13600公斤），与CH-47相当。V-280的机舱尺寸与美军现行标准的UH-60相当，可搭载4名机组人员和11名士兵，或者外挂12000磅（5440公斤）挂载，比如一门M777榴弹炮。外挂飞行时速度降低到150节（280公里/小时），依然与常规直升机的无外挂速度相当。贝尔宣称，V-280比UH-60的速度和作战半径都增加一倍，大大增加了空中机动部队的作战能力，而较低的油耗则降低了后勤负担。


V-280的航程比UH-60有了很大提高


V-280的现代化驾驶舱




武装型还有机腹弹舱

　　除了飞机和发动机这些“硬技术”外，V-280也将提供类似F-35的飞行员头盔显示系统和具有信息融合能力的航电，具有出色的态势感知能力和网络战能力，甚至有在机窗上三维显示战场态势的能力。由于士兵随身电子系统越来越普及，机上还将有无线充电的设施，可以在飞行途中为机载士兵的随身系统充电。

　　不过JMR只是技术验证机，美国陆军还没有明确的产品化和订货需求，FVL依然只是空中的馅饼。尽管如此，这依然是美国航空界未来40年最重要的直升机项目，各公司不敢掉以轻心。美国陆军对贝尔和西科斯基-波音团队各拨款600万美元，作为第一阶段的投资。贝尔宣称，已经投入4倍于美国陆军的公司投资，志在必得。XV-15在试飞时一片叫好，不仅美国海军陆战队兴致勃勃，美国陆军、空军和海军都加入了早期研发。美国空军的是战斗搜救的CV-22，美国海军的是反潜的HV-22，美国陆军由于成本原因早早放弃了运输型UV-22之后，转向电子战型EV-22，但最后只有美国海军陆战队的MV-22和美国空军的CV-22完成了研制，美国海军和美国陆军都溜号了。FVL的目标要明确得多，重点在美国陆军，美国海军有可能加入，作为舰载型MH-60R/S的替代。2013年10月2日，美国陆军选择贝尔、西科斯基-波音、AVX和卡莱姆作为JMR第一阶段的候选；2014年8月11日，美国陆军宣布贝尔V-280“勇敢”和西科斯基-波音SB-1“不屈”最终入选JMR第一阶段，要求2017年首飞。如果按时完成的话，这将是直升机历史上的新的里程碑。




——鱼鹰怎么了



　在F-35“闪电II”战斗机之前，MV-22“鱼鹰”直升机是美国近年来最受争议的作战飞机，是拖延、超支的坏榜样，被前国防部长切尼命令下马，如果不是美国国会死保，本来已经寿终正寝了。但MV-22是很独特的飞机，几经磨难之后，现在大批装备美国海军陆战队，成为两栖作战中垂直登陆的主力。


　　在1980年的伊朗人质救援行动中，美国直升机速度与航程不足的问题充分暴露出来。人质营救本来就是十分复杂的作战，如果当年使用的是MV-22，从阿拉伯海的航母到德黑兰的美国大使馆来回飞行就不需要落地加油，至少减少了行动中的最大变数。


　　1981年，美国国防部指令启动JVX计划，研究远程、高速直升机技术，美国海军陆战队对JVX的热情最高。直升机一出现，美国海军陆战队就是热情的追随者，这是因为二战式的密集船队集群抢滩在核战争条件下已经不可行，拥挤在滩头的密集船队和车辆、人员是战术核打击的最好目标。直升机的垂直登陆不仅速度快，不受水际滩头障碍和滩岸条件影响，而且容许在宽广战线上从地平线以外的远海直接到浅近内陆进行快速输送，是两栖作战的理想运输工具。


　　多年来，串列双旋翼的CH-46是美国海军陆战队的运兵主力，MV-22具有更高的速度和航程，计划用来替换CH-46。


　　在JVX计划期间，贝尔联合波音伏托尔，以贝尔XV-15研究机的技术投标。贝尔是直升机世界的老字号，越战期间大名鼎鼎的UH-1“休伊”就是贝尔的产品。伏托尔是波音的直升机分部（购入麦道直升机后，现在合并称为波音直升机），擅长大中型直升机，美国陆军的CH-47和海军陆战队的CH-46都是波音伏托尔的产品，拉进来有助于借用波音伏托尔熟悉海军陆战队使用要求的优势。贝尔-波音是JVX唯一应标者，自然入选。1985年，JVX正式定名为V-22，计划包括海军陆战队运输型MV-22、空军战斗搜救型CV-22、海军反潜型SV-22和海上搜救型HV-22、陆军运输型UV-22和电子战型EV-22。陆军和海军相继退出，最后只有MV-22和CV-22成为现实。


　第一架MV-22在1988年装配完成下线，1989年3月19日首飞，但要到18年后的2007年6月13日才正式投入使用，严重的超支、拖延部分由于MV-22的独特技术。


　MV-22采用独特的倾转旋翼技术，可以在螺旋桨状态和旋翼状态平滑过渡。在螺旋桨状态时，相当于螺旋桨推进的固定翼飞机，可以获得较高的速度和较低的油耗；在旋翼状态，相当于直升机，可以垂直起落和悬停，并有前飞、后飞、侧飞等非常规飞行能力。应该说，倾转旋翼的概念很精妙，但恶魔总是在细节之中。



　　前飞状态下，桨盘（桨叶圆周运动构成的虚拟圆盘）应该较小，用较高的桨盘载荷（推力与桨盘面积之比，相当于固定翼飞机的翼载）产生足够推力，这样阻力较小；垂直起落状态下，桨盘应该较大，用较低的桨盘载荷产生升力，这样产生的升力大而且稳定。倾转旋翼需要适应两者情况，桨盘只能折中。这对螺旋桨状态只是油耗和速度的问题，对旋翼状态就有桨盘载荷过高的问题，在正常情况下还好，但遇到问题就容易发生升力不足或者其他异常现象，首当其冲的就是涡流环问题。也就是说，猛然加大升力（不管是增加转速还是增加桨叶弯度）时，气流不是平顺地向下流动，而是绕过叶尖回流上来，形成气流“短路”，造成升力损失，好像汽车轮胎陷在泥浆里打滑一样，越增加马力打滑越严重。涡流环问题对所有旋翼都可能产生，但桨盘载荷较高的情况下更加容易发生。


MV-22在早期受到涡流环问题的严重影响，接连发生机毁人亡的恶性事故。


　在海军陆战队的垂直登陆战术中，直升机应该快速进入战斗地域上空，然后速停速降，放下陆战队员后，快速升空撤离。原则是尽量缩短在敌人火力下的暴露时间。但涡流环问题在垂直速降阶段特别容易发生，直接影响飞行安全，只能改用需要时间较长的带短滑跑的倾斜速降（简称RVL），增加敌人火力下的暴露时间总比直接坠毁要强。严格执行RVL可以大大减少涡流环的危险，这已经成为海军陆战队的标准做法了。但在2015年5月17日的一次训练飞行中，夏威夷的海军陆战队MV-22发现了新的问题，这一次是发动机吸砂。


　　直升机在起飞、着陆、悬停中离地很近的时候，强大的下洗气流卷起地面杂物，容易被吸入发动机，造成故障。直升机发动机都有异物保护装置，一般是纱网式，和口罩一样的原理。MV-22的罗尔斯·罗伊斯T406发动机是有异物保护的，但显然效果不够好。


　　在5月17日的一次训练飞行中，一架第15远征队的MV-22满载22名士兵在瓦胡岛上的贝娄空军基地做第二次RVL着陆，在离地约45米的低空，突然发生左发动机压缩机喘振，紧接着左发动机失去推力。左右发动机之间的联动轴正确工作，飞行员试图保持高度，但飞机依然不可控制地下坠。在事故中，两名飞行员受伤，两名海军陆战队人员丧生，另有18人受伤。紧跟着事故飞机的第二架飞机也差点坠毁。


　　事故初步调查报告指出，发动机吸入沙土是肇事原因，含钙、锰、铝、硅的沙土（沙的主要成分是二氧化硅）在燃烧室内的高温下融化，导致玻璃状物体在涡轮叶片和导流片结构上沉积，造成严重气流堵塞，最后导致左发动机喘振。喘振是危险的工作状态，在涡轮压缩机进气受阻时，已经压缩的空气可以逆向流动，造成剧烈的压力波动，严重时可导致完全丧失压缩能力甚至机械损坏。



　MV-22采用两台发动机，分别安装在两侧翼尖。在垂直起落过程中，一旦一台发动机损坏，不对称的升力将导致立刻失控翻转，所以左右旋翼在任何时候都由交联的联动轴机械连接，即使有一台发动机失效也确保同步转动。在夏威夷事故中，联动轴正常工作，所以没有发生翻转失控的问题。但在快速下降的过程中丧失了左发动机的推力，飞行员只有大大增加右发动机的推力来控制下滑速度，但发动机控制的一个功能使得飞行员的意图实现不了


　　MV-22的发动机在两侧翼尖位置，这是对飞机横滚稳定性最糟糕的位置，好比扁担两头挑着两桶水。为此，发动机既要功率大，又要体积小、重量轻，结果是相对于发动机的体积、重量而言，发动机出力高于寻常，热工参数特别高。材料和技术过关的话，这其实是技术过硬的表现，问题是热工参数太高导致喘振余量减小，操作不能太泼辣。在发动机数字控制律中，大幅度增加功率要求的时候，首先保证发动机不会喘振，其次才保证旋翼扭力。换句话说，在接近喘振极限的时候，不惜降低桨叶弯度以降低扭力，也要保证发动机转速。对于飞行员来说，这就是在猛然加油门的时候，发动机出力要有一个过程才能升上来，在特定组合的情况下还可能在瞬间略有下降然后再上升。可以想象，飞行员在千钧一发的时候，最痛恨的就是功率要有一个过程才能升上来，瞬时的短暂下降更是要命的。但这不是工程师不切实际的拍脑袋，而是两难中的艰难选择。不这么做，发动机很可能进入喘振，那就彻底完了。在夏威夷事故中，发动机最后还是进入了喘振，倒霉的机组已经不可能挽救了。


　　这也不是贝尔-波音脱离实际，凭空设计。MV-22在设计中是考虑到沙尘分离问题的，但效果显然没有达到要求。MV-22的优点在很大程度上造就了问题，涡流环问题是由于旋翼的桨盘载荷过高，沙尘分离问题则是由于发动机和旋翼的相互位置。常规直升机的发动机和旋翼是分开布置的，发动机固定在机身结构某处，通常在机身顶部，然后通过伞齿轮和减速箱与旋翼连接。由于发动机和旋翼在物理上分离，发动机进气口安装纱网过滤装置很容易，必要的时候可以加大和使用多层纱网，安装空间一般不是问题。












MV-22不一样，发动机和旋翼是紧耦合的，两者之间没有安装传统纱网的位置。更大的问题在于MV-22的速度。纱网的压力损失较大，但常规直升机的速度不高，纱网压力损失的问题不严重。MV-22的速度接近两倍于常规直升机，使用纱网好比迫使运动员带着口罩赛跑，动力损失很大。贝尔-波音提出用浸油的棉纱作为空气滤清器的填料，提高吸附沙尘的效率，但在高空干净空气高速飞行时，打开旁通空气回路，增加空气流量。这个方案已经验证性试飞50小时，但要到2017年才可能完成正式设计和开始测试有效性。贝尔声称，可以提高发动机寿命8倍。


　　即使沙尘不至于造成发动机喘振，沙尘对发动机寿命的影响依然很大，玻璃状沉积物必须定时在发动机大修中清除。CH-47F的霍尼韦尔T55发动机大修间隔是3000小时，但2011年时MV-22的罗尔斯·罗伊斯T406在阿富汗战区“翼上”时间平均为100-200小时，也就是说，每100-200小时就需要把发动机从翼尖位置拆下来大修。算上在其他更干净、更轻松的使用环境，如在海上的两栖攻击舰上或者在铺装良好而且干净的机场，全机队的“翼上”时间平均为560小时。几年下来，发动机可靠性有了进一步提高，但依然只有861小时。早在2007年，陆战队就有换发动机的想法，但2014年8月，美国海军（代管海军陆战队的装备采购和飞行安全）终于向工业界发出征询，了解适用产品的情况。通用电气是唯一有资格应征的公司，通用电气T408（用于CH-53K）是唯一达到罗尔斯·罗伊斯T406同等功率级的涡轴发动机，但真正的换发还遥遥无期。


夏威夷事故不是与发动机吸砂有关的唯一事故。美国海军飞行安全当局在调查中，还发现3起与发动机吸砂有关的事故，其中一起事故在飞机坠地后起火烧毁。2010年4月，美国空军一架CV-22在战斗搜救作业中，也发生了类似问题，飞机在约60米高度突然发生超过600米/分的急剧下降，飞行员被迫试图短滑跑着陆，但撞入一条沟渠后前起落架折断，飞机毁坏，4人丧生，其中包括飞行员、飞行机械师、另一美军机上人员和一名文职人员，16人受伤，其中包括副驾驶，受伤后失忆。救援队未能取回黑盒子，飞机坠毁在塔利班控制地区，美国空军随后出动飞机轰炸，销毁残骸，所以事故调查完全凭当时在场的另一架飞机上拍摄的视频。美国空军开始时结论是飞行员错误，现在倾向于认为也是由于发动机吸砂而造成喘振而失去升力，最后坠毁。


　在没有更正式的解决办法之前，美国海军飞行安全当局决定，在高沙尘环境进行RVL时，从降落到离去（包括在地面发动机保持运转的时间）的总时间不得超过60秒，夏威夷事故是在高沙尘环境110秒后发生问题的，减半得到安全工作时间。高沙尘状态从45米低空和20节一下速度开始计算。在地面时，可以发动机前倾75度以减少吸入沙尘。另外，在高沙尘环境使用后，应该对发动机热端用高压水清洗。



　　本来RVL已经是为了涡流环问题而做出的牺牲，带一点前进速度的倾斜降落需要更大的着陆场，也增加敌人火力下的暴露时间。但在地面时发动机还要前倾75度，对士兵的影响更大。MV-22只有尾门可以进出，本来高桨盘载荷就是的下洗气流集中、强烈，向后吹拂在减少发动机吸入的同时，吹向士兵进出飞机的方向，除了有天然的烟幕作用，对在匆忙中登机、离机的士兵不是好消息。MV-22在纽约中央公园向公众展示时，强烈下洗气流吹起的树枝、碎石曾打伤若干观众。航空展示中观众都被隔离到一定距离之外，登机、离机的士兵就近在眼前了。


　　60秒时间限制也可能造成战术使用上的问题。直升机在敌前降落、起飞都是时间越短越好，但地形、敌情有时候要求在最后一秒钟改主意，高沙尘环境看不清地面和敌情的时候尤其如此。拉起后重新进入不一定有这个时间，但要抢在敌人前面又需要冒发动机吸入过量沙尘而喘振的危险。最糟糕的是，海军陆战队经常需要在高沙尘的环境下作战，除了芳草茵茵或者有沥青或者混凝土铺装的地方，大部分适合直升机起落的平地都是砂土地，MV-22发动机吸砂问题不解决，将严重影响战斗力。高压水清洗是一个奇怪的规定，浮灰可以冲掉，但一般来说，玻璃化的沉积物用水是清洗不掉的。美国海军用打碎的核桃壳混在高压水里，冲洗舰载飞机发动机的热端，但那能冲掉积盐，对于更加坚硬、吸附更加牢固的玻璃状沉积物就不一定有用了。T406的压气机和涡轮叶片也有不耐腐蚀的问题，美国海军使用新型涂层，有望解决这个问题，但玻璃化沉积物不是涂层能解决的问题。



　　MV-22因为采用了革命性的新技术，也遇到了前所未有的新问题，为此做出很多设计上的折中除了上面提到的，MV-22还不能做自旋着陆。自旋着陆是直升机特有的飞行模式，在发动机停车后，可在重力和气动作用下，旋翼像风车一样旋转，提供一定的升力，降低坠落的速度，在很多时候可以挽救乘员的生命。但MV-22的桨盘载荷高，无法做有效的自旋着陆，所以在设计要求中就取消了这一要求。事实上，如果MV-22有自旋着陆能力的话，夏威夷事故中的飞机或许不一定会坠毁，在阿富汗的CV-22也或许可以保全。


　MV-22是可贵的尝试，有些基本设计导致的本质问题很难解决，但这不等于倾转旋翼的概念就是不可取的。在美国下一代直升机JMR计划中，贝尔提出的V-280“勇敢”在保留倾转旋翼的基础上，大胆改动了很多基本设计。首先，翼尖发动机不再倾转，而是固定在翼尖位置。不再需要整个沉重的发动机短舱和旋翼一起倾转大大简化了机械设计，但神来之笔是旋翼的倾转和传动方式。


　　一般的螺旋桨飞机的动力传动路线是一直线的，发动机在轴线延长线上直接驱动螺旋桨；一般直升机的动力传动路线是L形的，发动机轴线是水平的，但通过伞齿轮转弯90度，把动力传递到顶上的旋翼。在MV-22上，发动机短舱带动旋翼一起倾转，这避免了动力轴与旋翼之间无级改变倾转角度的机械设计困难，但V-280一改思路，动力传动路线是独特的Z形。发动机的动力水平首先向内横向传递，这只是把通常直升机的L形动力传递路线“倒”到水平，没有技术难度。巧妙之处在第二步，水平向内的转轴用伞齿轮再把动力转弯90度传递到水平向前的旋翼转轴，这是Z形的第二拐，这也没有技术难度；但这第二拐的关节是活动的，旋翼转轴可以围绕转动支点向上倾转90度（实际上可以超过90度，倾转到后仰的角度），而对与伞齿轮来说，动力传递关系不变，只是主动轮和被动轮的传动平面随之倾转。这是大大简化的倾转设计，转动部分的重量大大降低，可靠性提高，还有很多使用上的好处。



　　在MV-22的使用中，一个问题是发动机炽热喷气对地面的烧蚀。T406发动机的喷气温度本来就较高，在起飞和着陆状态下，喷口接近地面垂直往下吹拂，喷流的热量非常集中。V-280的发动机是固定的，喷流水平向后，离地较高，就没有这个问题。MV-22起飞、着陆时发动机倾转的另一个问题是遮挡侧向射界，MV-22不可能像常规直升机一样，通过侧门机枪为登机和离机的士兵提供火力掩护。V-280没有这个问题，不仅可以安装侧门机枪，士兵还可以从侧门进出，大大加快登机、离机。V-280两侧都开侧门，不仅增加战术灵活性，也使得尾门根本没有必要，除非用于装卸车辆、货物。



　由于发动机与旋翼分离，V-280也容易在发动机进气口安装沙尘分离装置，多层纱网或者进气旁通都有空间可以安装。但V-280没有解决MV-22的所有问题，旋翼直径有所加大，但桨盘载荷依然较高。现在还不清楚V-280是否彻底解决了涡流环问题，但应该有更多的考虑，至少放宽使用容限。



　　倾转旋翼是很有吸引力的概念，但MV-22也证明了倾转旋翼概念的成熟应用难度很大。MV-22之后没有别的军用倾转旋翼直升机，充分说明了这条路的艰难和前景不明。V-280把倾转旋翼的概念大大推进了一步，可能唤起倾转旋翼的第二春，只是这一步对已经大量服役的MV-22来得有点晚了。

[ 本帖最后由 bbs12345 于 2016-5-18 13:39 编辑 ]

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chukefu461

文中详细解释了为什么要对鱼鹰进行升级的原因，很好！不过涡流环可以通过增大旋翼距离来改善（虽然改善后我觉得好丑啊……但F-117教育我们不要以貌取“机”），但固定短舱这个对飞机结构刚度要求更高了（当然前者也会增加重量）

看来老美在搞出B787以后是放开手脚用复合材料了啊！这也难怪，毕竟性价比在那里扔着，只要设计得好基本上你可以送一个歪七扭八的东西上天~

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