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直升機世界的五國演義

三國演義好看,是因為有三個玩家在大戰,錯綜複雜比雙邊對打要精彩多了。在美國,一場五國演義正在進行,這就是美國陸軍的“未來武裝偵察飛機”(簡稱FARA)的競標。這是用於取代OH-58D“基俄瓦武士”的。

武直的作用人盡皆知,但武直實際上分偵察武直和攻擊武直,兩者配對使用。前者利用輕巧、快捷為後者偵察敵情,並引導攻擊,只有在萬不得已或者等不及呼叫後者的情況下,才會用自身武器攻擊。後者依靠裝甲保護,在前者的引導下,用攜帶的武器躍起攻擊。偵察武直一般只有輕武裝,甚至無武裝;攻擊武直則是重武裝的。

在美國陸軍,OH-58D就是偵察武直,而AH-64“阿帕奇”則是攻擊武直。在中國陸軍,對應的就是直-19和直-10。

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OH-58D本身只有輕武裝,依靠輕巧、敏捷和地形掩護來躲避發現和打擊

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OH-58D通常與阿帕奇配對出動,一個偵察,一個出拳

原型貝爾206在1966年1月就首飛了,改進型OH-58D也在1983年10月首飛,已經使用很久了。另外,OH-58D在設計時是無武裝的,機槍、火箭彈或者“地獄火”導彈都是後來加裝的,既影響效能,也有使用效果不好的問題。美國陸軍需要一架在設計時就把機載武器考慮在內的偵察武直,或者說像中國直-19那樣。

在90年代,美國陸軍研製RAH-66“科曼奇”,希望取代OH-58D,但因為超時、超支和戰略環境改變而下馬了。此後替換計劃三起三落,FARA是最新的努力。FARA只許成功,不許失敗,因為OH-58D太老舊了,已經退役。現在直接用“阿帕奇”擔任偵察,重量大,不夠靈巧,也成本太高。美國陸軍的偵察直升機計劃沒法拖下去了。

美國陸軍規定了不超過12米的旋翼直徑,要求採用通用電氣T901渦軸發動機,速度不低於180節(330公里/小時)。旋翼直徑規定是要滿足城市和林地作戰需要,較小的直徑意味著可以在樓宇之間和不寬的街道上貼地飛行,這也便於在林中運作。T901是美國陸軍最新的通用渦軸發動機,要求在尺寸和重量上不超過現有“黑鷹”和“阿帕奇”共用的通用電氣T700,並且在在安裝上能夠互換,但功率要求增加50%,油耗下降25%,壽命延長20%。通用電氣還是用簡單的單轉子結構,透過材料技術和燃燒室最佳化來深挖潛力,發動機研發功力值得羨慕。180節的速度高於現有直升機,OH-58D的極限速度只有129節,巡航速度110節。“阿帕奇”更快,極限速度158節,巡航速度143節,都低於FARA的180節要求。偵察武直必須要比攻擊武直的速度更快,才比較有效。

美國陸軍邀請波音(原麥道直升機)、貝爾、西科斯基、AVX和卡萊姆提交設計方案,波音是最後一個提交的。

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除了採用推進螺旋槳外,波音方案平淡無奇,串列而且高低錯落的雙座,常規的主旋翼和尾槳。不過六葉主旋翼比一般的直升機要多,有利於降低轉速和噪音,但重量較大。機械上倒未必增加多少複雜性,因為波音採用無鉸槳葉,取消了揮舞鉸,而依賴復材的固有彈性解決疲勞問題,而且在進行側飛、倒飛、滾轉等直升機特有機動的時候,比常規的有鉸槳葉更加敏捷。這是德國MBB的BO105在70年代首創的。波音FARA的推進螺旋槳與尾槳共用傳動軸,用離合器和變速器耦合。波音認為這樣並不增加多少複雜性和重量。值得注意的是,波音方案沒有短翼。波音認為,短翼的升力作用不大,降低主旋翼的效用,掛載武器的作用可用側開式機內武器艙解決,不僅改善隱身,還降低阻力。推進螺旋槳可為主旋翼解除安裝,在平飛中起主要的推進作用,而主旋翼只需要低出力旋轉,負責產生升力就足夠了。這是波音方案提高速度而避免主旋翼後行失速的關鍵。波音將採用在T-7“紅鷹”和MQ-26“黃貂魚”的研發和製造中經過考驗的數字設計-製造的模型化技術,在下料前,就在虛擬製造過程中把所有技術細節打通,大大縮短研發過程,並與製造過程緊密銜接,降低研發和製造成本。

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相比之下,AVX方案就比較異類。這採用俄系卡莫夫風格的傳統同軸反轉雙旋翼,沒有尾槳,但有一對後置的推進涵道風扇。除了H型尾翼,還有一對不小的短翼,提供平飛時的升力。雙旋翼不需要尾槳,而且可以產生推力。但同樣為了避免旋翼後行失速問題,AVX用推進風扇提供推力,平飛時為雙旋翼解除安裝。由於可產生升力的短翼的存在,高速平飛時,雙旋翼基本處於風車狀態,不須產生升力和推力,大大緩解了後行失速和振動問題。雙旋翼本來振動就小,操控特性好,卡莫夫直升機的飛行員在懸停作業時,常常單手操控,而且很穩定,這是單旋翼直升機望塵莫及的。這樣穩定、易操作的懸停特性對武直的觀察、武器發射很有用。但AVX方案顯然機械上很複雜,抗戰損性不好,不僅有產生升力的機翼,還另有吊掛武器的短翼,重量和阻力都大,隱身則擴音。AVX方案的另一個特點是並列雙座。這樣的受彈面積大,但便於飛行員和觀察員都擁有良好的前向視界,有利於觀察和武器控制。

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卡萊姆的方案更加異類。採用剛性旋翼,在迴轉中不斷地週期性調整每片槳葉迎角,以控制升力和抑制後行失速問題。這也用推進螺旋槳產生推力,所以主旋翼不須產生推力。一對機翼的翼展對於直升機來說很大了,而且可以改變安裝角。在垂直起落時,機翼轉動到豎直的位置,減少對旋翼的遮擋;在平飛時,機翼水平,產生升力。推進螺旋槳實際上是可轉動的,在主旋翼出力以產生升力時,推進螺旋槳轉動到側位,產生反扭力;在主旋翼進入風車狀態而無需反扭力時,推進螺旋槳轉到後位,產生推力。卡萊姆的方案比AVX在機械上更加複雜,也更加激進,技術風險很大。這也是並列雙座的。

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貝爾方案已經有型號名了:貝爾360“不屈者”。由於美國陸軍12米旋翼直徑的限制,貝爾只能放棄鍾愛的傾轉旋翼,改用常規旋翼。這旋翼還真是常規,直接從貝爾525來的,不僅產生升力,也產生推力,就像典型的單旋翼直升機一樣,只是五葉改四葉,再把槳轂用整流罩包起來。採用帶外傾角的涵道風扇,這算美國直升機裡比較特別的,噪聲低,阻力小。帶一點外傾角使得涵道風扇可以產生一點尾升力,在主旋翼最大出力時,涵道風扇也達到最大出力,尾部的額外升力形成前傾姿態,有利於迅速增加前進速度。在“科曼奇”上就是這樣的設計。貝爾360也有一對短翼。說是短翼,其實不短了,但是沒有卡萊姆的那麼誇張。這是用於產生平飛時的升力的,為旋翼解除安裝,但不用於吊掛武器。側開式機內武器艙的艙門同時兼做武器掛架。有意思的是,貝爾360除了T901主發動機,還有一臺PW207輔助發動機。這是功率只有T901主發動機20%的小渦軸,儘管本身也作為驅動MBB BO105、歐洲直升機EC135、阿格斯塔A109等輕型直升機的主發動機的。民航客機都有輔助發動機(APU),但直升機通常沒有,直接從主減速器引出動力,驅動發電機、航電和其他輔助動力使用者。採用單獨的APU不僅可為主發動機和主減速器解除安裝,還可在需要額外出力的時候,透過離合器匯入主減速器,為主發動機加力。所以貝爾不稱這為輔助發動機(APU),而稱這為補充發動機(SPU)。這也容許直升機在隱蔽待命時,只用SPU保持航電執行,而主發動機停車。既節約燃油、降低噪聲和磨損,也更加隱身。在需要躍起時,SPU啟動主發動機,馬上就可起飛。串列雙座符合軍方習慣,SPU則是很特別也很實用的設計。

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西科斯基方案也有名字:S-91“掠襲者”。這是又一個激進設計,同軸反轉雙旋翼,還是剛性槳葉,當然還有推進螺旋槳。剛性旋翼在機械上簡單,可靠性好,氣動效率比常規的柔性旋翼更高,機動性更好,速度更快,槳葉揮舞極大抑制後,上下槳葉的間距大大減小,降低阻力,過去很難解決疲勞和振動問題,現在用復材解決。這也是並列雙座。

在五個方案中,卡萊姆方案估計是為了鼓勵和活躍思路而納入的,入選和量產的可能性很小。AVX方案有一定的優點,但太複雜,估計也是陪讀的。西科斯基的剛性旋翼技術葉也用於“黑鷹”換代的FLRAA,所以技術成熟度還是靠譜的。但貝爾360和波音方案在技術上最成熟,對實戰需要的考慮也最多,尤其是貝爾的SPU,但波音的六葉無鉸槳葉也有亮點。波音的方案相對來說還是太保守,旋翼、尾槳加推進螺旋槳也太囉嗦,最終贏家可能在貝爾和西科斯基之間產生,貝爾的贏面更大一點。如果與波音的無鉸槳葉相結合,贏面更大。在5選2之後,廠家之間可能重新結盟,歷史上的先例很多。

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