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美军高速直升机即将诞生,中国将采用哪种方案?欧洲还是美国路线

阅读量:3811179 2019-10-26



随着新世纪的到来,直升机工业也迎来了又一次重大革命,最关键的看点是,停滞几十年的直升机速度,终于开始松动,美国启动了多个项目,美国直升机巨头西科斯基公司退出了X2高速直升机计划,主要设计特点是刚性共轴双旋翼,外加尾部推进发动机,很轻松地打破了400公里每小时的记录,而且还不断增加,最终X2直升机计划升级为S97直升机,和波音公司合作竞标美国陆军通用运输直升机称为SB-1,但是前景黯淡,进展和性能远远落后于对手贝尔公司的倾转旋翼V-280神器,败亡近在咫尺。
2000年后,美国陆军对老化的直升机日渐不满,提出了新一代直升机的要求,其中最重要的是速度:直升机最大速度将从常规设计300公里每小时提升到400甚至更高,最终按照机型替换,分成两个型号招标:一个是通用运输直升机项目,替换老旧的黑鹰直升机,另外一个项目就是侦察攻击直升机,替换OH-58D直升机。针对黑鹰直升机替换,两个竞争方案是波音和西科斯基合作的SB-1共轴双旋翼加尾部助推方案,另外一个是V-280倾转旋翼方案,最终竞标结果尚未宣布,但是舆论已经认定,SB-1直升机出局已成定局,原因是V-280方案性能大幅度领先,而且试飞进展更快更加顺利。
就运输而言,V-280灭了所有高速直升机方案V-280直升机优势何在?最大特点是速度特别快,当高速直升机超过400公里每小时都很困难,但是倾转旋翼飞机轻松超500公里每小时,而且直升机飞行高度一般都在3000米以下,舒适性比较差,倾旋转翼轻松爬升到7,8000米高度,和客机一样平稳;更大的优点在于,同等数量的燃油,倾旋转翼的飞机飞得更远,航程轻松翻番。但是到了侦察攻击直升机项目,则出现了逆转,贝尔公司的V-280倾转旋翼方案则消失不见,取而代之的小改科曼奇直升机,和SB-1直升机相比劣势明显,原因就是对于侦察攻击直升机,对于悬停性能要求更高,而这是倾转机的弱点,V-22多次因为下降过快,两侧涡环不对称而造成失事。
SB-1直升机在攻击直升机上优势更大一些
在这场竞争中,全世界几乎都是旁观者,由于没有强烈的军事需求,所以直升机的另外一个重头:欧洲,也没有加入这场竞赛中,但是欧洲直升机技术还是非常强悍,他们在2010年利用海豚直升机,改造之后成为一款高速小魔王,巡航速度高达407公里每小时,比常规直升机230-250公里每小时速度提高了整整60%!
这就是法国人的竞赛机-高速海豚,编号为X3,和美国X2遥遥呼应
这款直升机的主要特点是,取消了海豚直升机的尾桨,在机身两侧采用了大型短翼,发动机为两台罗罗公司RTM322-01/9a涡轴发动机,功率为 1,693 kW ,短翼尖端安装了2个5叶推进螺旋桨,主旋翼也是5叶,推进螺旋桨和主旋翼都依靠两台涡轴发动机通过传动系统提供动力。这种设计方案最大的好处是改装方便,高速飞行时候,通过两个短翼尖端螺旋桨提供推动力,高速飞行过程中短翼产生50%左右的升力为主旋翼卸载,大大降低了发动机功率需求。
高速海豚降低阻力设计很仔细,桨毂做了整体包裹,进气道也进行减阻设计
这种直升机设计独特之处在于,需要满足悬停和高速飞行的扭转力矩,在悬停时候,两个短翼尖端螺旋桨,一侧推一侧拉产生反向力矩平衡飞机控制,而在高速飞行时候,这两个螺旋桨则需要控制转速,左右两侧有个转速差,形成控制力矩,保证飞机姿态。
和美国强盛的军用需求相比,欧洲X3高速直升机直接面对民用市场7-14吨直升机市场技术研究,这款直升机为了短平快,采用了老海豚直升机的机体,海豚2代的旋翼,NH90的大功率发动机,加全新的传动和短翼和尾翼设计而来。
军用上,EH-101改型更合理,安全性无碍,改进效率更快
2013年6月7日,这架直升机完成了255节(472千米/时)的水平飞行速度记录,几天前下降时达到263节(487千米/时),2014年试验结束,飞机被放入博物馆,宣告退役,这款直升机试验性质很浓厚,很多细节都没有进行处理,比如螺旋桨为了高效,直接面对旅客出入舱门,带来了潜在的安全隐患。
X3直升机结束后,欧洲人拿到了高速直升机的所有数据,英国人在EH-101直升机上推出了改进方案,就避免了安全性缺失:螺旋桨端面挪到短翼后面,避开旅客乘坐区,但是一直没有获得客户订单,直升机追求更高速度在军事上用处很大,在民用则不太投机,因为常用直升机飞行距离比较短,稍微高一点的速度,并不带来太多的时间节省,和昂贵票价相比,是一个很容易的选择事情,所以高速直升机前景不容乐观。
现在就中国下一代直升机换代,很多朋友就猜测中国会采用哪种方案,就运输直升机而言,中国下一代方案一定是一种倾转旋翼设计,原因并不用多说,倾转旋翼方案超强的性能优势直接横扫一切直升机推进方案。而中国新一代武装直升机方案选择,则有两条路线,一种欧洲X-3直升机路线,一种美国的X-2路线,也就是现在的SB-1方案,从改进难度来说,X-3直升机难度较小,SB-1采用共轴双旋翼设计,优点很多,但是问题也很多。共轴旋翼飞高速唯一的好处是气动平衡比较好,不容易发生不平衡失速,但是高速的共轴桨由于两片桨叶间距太小,假如飞行过载太大,容易打桨自我毁灭,SB-1飞机在试飞时候曾经出现过险情,而且高速飞行时候,主动力分一部分给尾桨,产生推力推动前进,另一部分推动旋翼旋转产生升力,桨盘并不像传统直升机大幅度倾斜,旋翼的桨盘面积的垂直分量产生升力托着飞机,水平面积分量推动飞机前进。
SB-1采用共轴旋翼设计,麻烦很多SB-1方案最大问题在于,尾桨刚性硬铰接使用离合器,靠变距增加推力,因此产生推力的转速和推力的大小,范围非常窄而随着飞机速度提高,主旋翼和直升机模式不一样,需要的动力不是上升了,反而下降了,这反过来限制推进桨的功率输出。而且从共轴双桨的特性来说,最大的风险风险就在于,飞行速度越快巨大增加后,前行桨桨叶速度(迎着气流方向转动的桨叶)比飞机前行速度更快得多,飞机做机动时,气动力增加很大,挥摆量也很大,而后行桨叶容易处于深失速,下摆量没法改善,当飞机出现滚转,或者盘旋时,一侧的气动力突然激增的时候,就容易出现失控,SB-1构架在最大速度范围,极有可能不具备像样机动性:包括带过载转弯。
欧洲的X3直升机方案可靠性更高,代价更低从技术风险来说,欧洲的X3直升机方案风险更小,有一对短翼提供升力,大大降低了旋翼的载荷,除了升力之外还提供控制力,旋翼载荷相对比较小,而且直升机的阻力主要来源于桨盘面积和桨殻,单桨X3方案面积比双桨的小很多,高速方案中,单桨叶方案阻力会小很多,飞机航程估计会增加30%,是一种比较合适的方案。猜你喜欢
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