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直20解锁新场面:我们会有更多探索,但不一定是“中国版鱼鹰”美国波音与洛马公司联手研发的“无畏 X”(Defiant X) 直升机的图像展示了这款新型飞行器的设计概念。直升机的主要弱点体现在两个方面:
首先,相比于固定翼飞机,直升机的飞行速度明显偏慢。典型的例子如美军的AH-64“阿帕奇”武装直升机,其最高速度仅达293公里/小时,而俄罗斯卡-52“短吻鳄”直升机的最快飞行速度约为310公里/小时,这些速度通常是未携带外部武器时测得的。一旦挂载武器,武装直升机的最高速度通常不超过200公里/小时,即便对民用直升机而言也是如此。不论是军事用途还是民用场合,直升机的实际作业飞行速度通常不会超过200公里/小时,这一速度远不及大多数固定翼飞机,甚至比不上高速列车。而在新的世纪,这样的速度显然已显落后。
其次,相较于固定翼飞机,同等起飞重量的直升机具有较短的航程。这是由直升机的工作原理决定的——旋翼向下方倾斜以产生对抗重力的垂直分力,同时产生向前飞行的水平分力。这种方式使得直升机的燃油效率远低于固定翼飞机,后者依靠机身和机翼的空气动力学效应产生升力,因此直升机的燃料消耗主要用于抵消重力,而不是向前推进。尽管这种自由起降的能力是直升机的一大优点,但这也在一定程度上削弱了其性能表现。
直升机的优势源于其独特的旋翼系统,然而正是这一系统成为其发展的桎梏。提高螺旋桨的旋转速度以提升直升机速度的方法虽曾被考虑,但在实践中遇到了瓶颈。
关键问题在于,直升机飞行过程中,旋翼不断旋转,一边的桨叶向前挥动被称为前进桨叶,另一边则向后挥动,被称为后退桨叶。当直升机加速时,左右两边桨叶相对空气的速度差异会产生不平衡的升力,导致机身倾斜。由于旋翼的周期性旋转,左右升力的变化会导致桨叶在不同时刻承受频繁变化的压力,只能依赖于复杂铰接旋翼设计调整旋翼在不同位置的姿态来平衡,但这也限制了直升机速度的进一步提高。
直升机速度越快,两侧旋翼相对空气的速度差增大,进而引发一系列问题。特别是当飞行速度接近极限时,前进桨叶叶尖的速度可能接近音速,此时遭遇“音障”,阻力剧增,不仅增加阻力,还会因杠杆原理产生大的力矩。而与之相反,后退桨叶靠近转轴部分并无此困扰。于是,水平方向前后受力的不断变化,若直升机速度过高,这种阻力不平衡可能导致桨叶断裂,这正是阻碍直升机速度提升的主要难题。
为了克服传统直升机的局限,目前已有多种新型垂直起降飞机的概念设计提出,旨在显著提升飞行速度和飞行距离。其中,已经实现并得到应用的有两种主要类型:
一是以美国V-22“鱼鹰”倾转旋翼机为代表的机型。它既保留了直升机垂直起降的能力,又能像固定翼飞机那样在空中高效平飞。简单地说,它是把常规飞机的螺旋桨与固定机翼之间的特性做了折衷处理,增大螺旋桨直径,减小机翼宽度,创造出了一种性能显著提升的新飞机。V-22的最大时速能达到500公里,转场航程约为4500公里,远超黑鹰直升机的2000多公里航程。
然而,“鱼鹰”倾转旋翼机的安全性是一大挑战,尤其在遭遇不稳定气流时,一旦两侧旋翼的升力失衡,可能导致坠机事故。尽管如此,随着技术进步,“鱼鹰”的安全性正在逐步提升。
另一种方案是由美国陆军正在研发的“未来远程突击飞机”FLRAA项目所代表的,即通过强化旋翼来解决问题。具体做法是采用高强度的刚性双旋翼设计,以增强旋翼的抗拉伸能力,同时在直升机尾部增设推进尾桨,以增加水平推力,例如波音和洛马公司合作开发的“无畏 X”(Defiant X) 直升机(又称SB-1)。相较于俄罗斯卡洛夫设计局的传统双旋翼直升机,刚性双旋翼的桨叶强度更高,能承受接近音速的空气阻力,而且其桨叶弯曲较小,避免了上下旋翼相互碰撞的风险。而像卡-52这样的武装直升机则存在机动过大导致上下叶片碰撞的问题。根据FLRAA项目的要求,“无畏 X”的最大持续巡航速度至少应达到460公里/小时,目标则是达到520公里/小时,几乎是传统直升机的两倍。
展望未来,军用直升机领域似乎出现了两类发展方向:一类是以倾转旋翼机为代表的创新模式,试图打破传统;另一类是通过技术改进来提高现有直升机性能,比如添加推进螺旋桨。如同飞机兴起后,飞艇逐渐被淘汰,仅仅局限于某些特定领域的应用,倾转旋翼机会否也将取代直升机尚未可知。
当前看来,尽管技术改进能对直升机性能提升带来一定的改善,但倾转旋翼机作为一种突破传统的新装备,虽然技术挑战较多,但其潜在的应用前景更为广阔。
然而,评判一种装备是否优秀并不能仅凭性能参数的高低。对于军用领域来说,当前的直升机性能可能稍显不足,但在城市通用航空领域却完全够用,技术也更为成熟稳定。相比之下,倾转旋翼机不仅性能过剩,还面临着成本高昂、安全隐患以及噪音等问题,这让民间用户对此有所顾虑。
因此,未来的直升机与倾转旋翼机可能会在民用和军用领域各自独立发展,难以完全彼此取代。正如我们既有高铁又有普通铁路,二者在不同的市场细分领域内共同发展,互为补充。
以此视角来看,继直-20之后,我国亦将继续探索更多、更先进的飞行器型号,但未必会效仿“中国版鱼鹰”。未来的研究方向可能会结合直升机与倾转旋翼机的特点,弥补各自的不足。无论在军用还是民用领域,具备垂直起降和悬停能力的飞行器始终是技术研发的重点方向。
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