从趋势看必须行动,中国2款新机惊艳展布

2019-12-11 07:17栏目:澳门新葡亰手机版登录网址

美国一家直升机制造公司与两家船厂合作开发一种新的部队运输概念,该概念主要包括两个方面:研制一型超级重型起重直升机;开发一种高速海运船,两者组合使用,以克服军队进入港口时面临的各种困难。高速海运船作为运载直升机和作战部队的平台。当需要运送作战部队至陆上时,既可以由高速海运船直接驶入港口卸载,也可依靠直升机将其空运至战区。这种设想的好处包括减少舰艇在港口卸货的时间和使部队能够独立作战。超级重型起重直升机的主要特征是一套同轴旋翼系统和小巧的机身。飞机的旋翼直径达35米,机身则比UH-60"黑鹰"直升机的机身还小。这种超级重型起重直升机能够运载20吨与美国陆军未来作战系统平台的重量等同的有效载荷。其航程可达500海里。而高速海运船则采用双体、气垫设计,主要特征包括采用重量轻并应用减阻技术的碳复合材料,以及用于支持武器系统和网络集成的"电子龙骨"技术。

新闻提示 前不久,在亚特兰大美国陆军航空协会举办的峰会上,美国西科斯基和波音公司宣布,共同研发SB-1“无畏”高速直升机。与此同时,贝尔直升机公司已经将V-22倾转旋翼机的升级版——V-280“勇猛”联合多用途技术验证机的机翼和机身组合成功。目前两款直升机都处于原型机研制和试验验证阶段,并将经历漫长的技术攻关过程,可以看出,美军新型高速直升机正展开一场激烈的角逐。未来谁将取代“黑鹰”,成为多方关注的焦点。

澳门新葡亰手机版登录网址 1 上图为中国“绝影8”无人飞行器,下图为美国S-97新概念旋翼机

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  日前,美国陆军对外发布消息,根据联合多功能验证机(JMR-TD)项目的安排,他们已经同4家公司签定了技术开发投资协议,用以研发新的技术验证机,进而寻求和确定未来军用旋翼机的发展方向。

两翼齐飞——不同机型优劣共存 在经历了伊拉克和阿富汗战争后,美军认识到“黑鹰”直升机的性能局限,他们迫切需要一种可以飞得更高、更快、更远,并搭载更大有效载荷的新型空中作战平台。为此,在美军“未来垂直起降飞行器”计划,以及FVL的先导项目“联合多任务旋翼机”计划中明确指出,将研制多用途高速旋翼机,在保留现役直升机低空悬停、快速起降的性能基础上,将高速、远程作为两项关键指标。未来新机型将全面替代“黑鹰”等现役直升机。 经过几十年的技术沉淀,高速旋翼机技术已形成“复合推进式”和“倾转旋翼式”两翼齐飞的格局。2014年8月,美国陆军JMR计划将验证机研制合同授予西科斯基/波音公司的SB-1“无畏”复合推进式直升机和贝尔公司的V-280“勇猛”倾转旋翼机。虽然目前两款机型仍处于原型机研制和试验验证阶段,但两家公司都宣布将于2017年完成首飞,2020年之前完成全部演示验证和评审工作。美国陆军将选择一个方案开展工程机研制,预计在2028年前后交付部队使用。 SB-1沿用了西科斯基公司引以为豪的共轴刚性旋翼技术,V-280则采用了贝尔公司一贯坚持的倾转旋翼技术。共轴刚性旋翼在最大程度上保留了直升机的工作模式,能够具备更高的悬停效率和更好的机动性;倾转旋翼既是垂直起降时的旋翼,又是高速前飞时的螺旋桨,其稳定前飞模式与固定翼飞机无异,前飞效率更高。两款直升机最大巡航速度分别达到460公里/时和520公里/时,最大起飞重量不约而同设定为13.6吨。 紧贴实战——目标一致各有所长 作为世界公认的战术通用直升机典范,“黑鹰”直升机具备优良的超低空突防、战场生存和全域全时作战能力,能够担负对地攻击、预警侦察、战场搜救、机降作战、运输保障等多种作战任务。SB-1和V-280发布之初,都宣称以替代“黑鹰”直升机为目标,但两款直升机不同的技战术特点,注定作战性能各有所长。 在战场生存方面,SB-1的动力-传动系统隐蔽在机体内部,结构上更为紧凑,核心部件可以得到机体的遮蔽,轻型防空武器不易对其造成毁伤;而V-280的动力-传动系统置于机翼两端,传动系统、燃料管路和控制系统贯穿于机翼内部,受弹面积较大,尤其是低速低空飞行时,战场生存力稍差。 在运载效能方面,SB-1内部空间结构过于集中,造成燃料和有效载荷空间减少,制约了在机身上开舱门的结构条件,尤其是对于运输直升机至关重要的尾舱门无法设置,降低了运载能力;而V-280机体内部可用空间较大,舱门位置和空间搭配的选择也比较灵活,有效载重能力更强。 在武器兼容性方面,SB-1可采用常规直升机的短翼挂载方式,载弹量、武器类型和挂载方式不会受到过多限制;而V-280前飞时,螺旋桨盘几乎遮蔽了整个机翼,如果采用机翼挂载或加装短翼的方式携带武器,前飞时将无法开火,武器兼容性比SB-1要差。 综合来看,SB-1更适合作为战术侦察机和高速、高机动性攻击机使用,它不仅可以完成对战场前沿、浅近纵深进行高速空中侦察和战场监视,还可以利用速度和机动性优势,突破敌防空系统,对敌指挥所、火力点、高技术兵器阵地、坦克、装甲运输车等目标进行精确打击。V-280则更适合作为中远程运输机使用,它可搭载地面突击部队实施空中机动作战,攻击、夺占敌纵深的交通枢纽、指挥中心、重要桥梁、预备队、炮兵群阵地等关键地域和目标,也可利用自身优势,为前线部队提供远程快速的人员和物资运输。 未来前景——既是机遇也是挑战 随着美国传统直升机的速度和航程短板日渐突出,严重制约了美国地面作战力量的远程投放。美陆军对FVL计划寄予厚望,预期投入高达1000亿美元。高速旋翼机列装部队,将显着提升美陆军的反应速度和作战范围,提高战场生存和后勤补给能力,使美军地面部队能够获得更迅捷、更全面的空中支援。 不过,经过十几年的发展,高速旋翼机仍问题颇多,即使是已列装部队的V-22,也饱受军方诟病。 共轴刚性旋翼机在试飞初期,就暴露了旋翼刚性不足、气动阻力大、整机振动大、操纵困难等一系列问题。而倾转旋翼机也存在过渡状态不稳,起降和低速飞行阶段下发动机吞砂、易进入涡环等问题。虽然通过持续升级和型号改进,西科斯基/波音和贝尔公司均宣称最新技术成果的SB-1和V-280技术上已趋于成熟,但两种机型服役后能否如美军所愿,还是一个未知数,正是基于这样的考虑,美军一直对高速旋翼机的选择未曾表态。 或许,波音公司在机型设计中透露出一些信息,从它最初选择与贝尔公司合作研发V-22,现又转而与西科斯基公司合作开发SB-1,有人猜测这也许代表了行业内对高速旋翼机发展方向的判断。但贝尔公司强调V-280将在2024年具备作战能力,这一时间要比SB-1“无畏”的预期日期提前好多,这也许会成为军方考虑选择“黑鹰”替代者的一大变数。

  根据已经签定的投资协议,4家公司将各自研制一款技术验证机,并完成所有的测试,从而为未来垂直运输系统(FVL)项目积累数据,FVL的目标是取代现役数量庞大的军用直升机群。在军方的计划里,未来的FVL系统无论是飞行速度,还是任务半径以及航程,都远远超过现役的直升机。

  实力雄厚的美国团队

  4家被选中的公司分别是AVX飞机公司、贝尔直升机公司、Karem飞机公司(2004年该公司被波音并购,之后整合进波音防卫系统分部)以及西科斯基公司。据美国陆军介绍“被选中的公司提交的方案,在技术指标上要满足未来的需求,包括飞行速度、航程等,这些数据未来将直接应用于FVL项目。”另外,未来的FVL项目将会发展成为一个包括诸多型号的飞机家族,而不是单一的飞机型号。

  获得资金支持的4家公司所提出的方案大体分为两种,一种是倾转旋翼机方案,兼有直升机和传统布局飞机的优点;另一种是与传统直升机类似的概念,采用固定旋翼系统+推进式螺旋桨布局。

  AVX谋求后来居上

  AVX公司与西科斯基公司的方案属于后者,其中AVX公司的方案采用共轴双旋翼+两个管道式风扇布局,双主旋翼提供垂直起飞的能力,管道式风扇提供前进的动力。

  2005年,几位从贝尔直升机公司出走的技术人员组建了自己的公司,这就是AVX飞机公司。AVX公司在成立之后的短短几年内,就亮出了几个让业界震惊的大动作,包括参与OH-58D直升机升级计划,竞争美国陆军JMR-TD项目等。

澳门新葡亰手机版登录网址,  更准确地说,AVX提出的设计概念采用的是共轴双旋翼+两个管道风扇的无尾气动布局,其中管道风扇可以提供40%的升力,而主旋翼则可以提供60%的升力。同时在前机身两侧设计了短翼,这样可以在高速飞行时提供额外的升力。该方案的机舱采用了与大型运输机类似的斜坡式尾舱门,能够满足同时装载两个460升标准货盘,而人员和轻型车辆等装备也能更快速地装卸。攻击型还可以在机舱内安装30毫米口径的炮塔以及反装甲导弹系统,这些武器虽然安装在机舱内部,但是可以通过机舱底板上的舱门滑出进行发射。

  在机身设计上,为了减小飞行时的气动阻力,该机的机头设计有轻微的上反角。同样出于减小机身机动阻力的考虑,两个推进螺旋桨采用了管道式设计,这种结构比常用的开放式推进螺旋桨的结构要轻,并且在飞行过程中的阻力也更小。

  据AVX公司的官方数据显示,在运载12名士兵以及4名机组乘员的情况下,该方案的起飞重量为12吨。与陆军现役UH-60M相比,该方案的最大外挂能力达到5.9吨(UH-60M为3.8吨),能够吊运陆军装备的M777A2型155毫米榴弹炮等重火力装备;其机舱截面尺寸达到6英尺×6英尺,几乎相当于UH-60M的2倍,所以其内部载荷能力达到了3.6吨。

  飞行过程中,该方案在不使用管道风扇的情况下,飞行速度为320千米/时,而在使用管道风扇的情况下最大速度可以达到430千米/时。

  西科斯基:S-97进展迅速

  西科斯基的S-97型设计概念,则采用共轴双旋翼+后机身推进式螺旋桨布局,该布局已经在之前的X-2技术验证机上完成了大量测试。目前,S-97首架原型机的机身已经完成装配。

  西科斯基研制S-97的初衷,是希望将其发展成为一款多功能武装侦察直升机,并能够赢得国防部的订货。但是,包括美国国防部和美国陆军在内,都没有对西科斯基明确表态。而这次选中该公司参与JMR-TD项目,也算为S-97找到了新的出路。

  S-97的设计完全基于西科斯基公司的X-2技术验证机,采用共轴反转双旋翼,尾部装推力螺旋桨。NASA在70年代的研究中发现,通过采用刚性共轴双旋翼布局的直升机是未来高速直升机的出路之一,因为上下两个互相反转的旋翼在直升机的两侧始终同时都存在前行桨叶,从而弥补了后行桨叶失速的缺陷,获得更大的飞行速度,但是为了充分发挥前行桨叶的升力特性,必须采用刚性旋翼。而西科斯基在与NASA联合开展研制的过程中获益匪浅,并将此技术一直传承下去。西科斯基公司的资料显示,X-2在之前试验中已达到253海里/时(469千米/时)的前飞速度,且只需要消耗最大功率的70%。在进行一些改进后(如加装旋翼头整流罩),X-2将能够达到280海里/时(520千米/时)的前飞速度。

  该构型具备更高的机动性,与常规构型直升机相比,其加速/减速性能更高。在悬停性能方面,该构型比机械结构和气动特性更加复杂的V-22相比更好。

  S-97的极限速度限定为220海里/时(407千米/时),这个指标明显达不到陆军JMR-TD项目的要求,但是在西科斯基看来提升其速度并不是难事,X-2已经打下了雄厚的基础。西科斯基公司计划于2013年开始首架S-97的建造,并希望能够在2014年完成首飞。

  贝尔:用V-280重写V-22辉煌

  贝尔公司的V-280倾转旋翼方案,与目前已经在美国空军和美国海军陆战队服役的V-22属于同一类型,只是机身外形更大,装备的发动机功率也更大,倾转旋翼技术更为成熟。一个月前,贝尔公司宣布与洛克希德·马丁公司结成合作伙伴,共同致力于V-280项目的研制。

  贝尔直升机公司参与V-280项目的技术高管表示,V-280能够很好地满足美国陆军对于高速飞行能力的需求,其巡航速度可以达到519千米/时。而美国陆军在其JMR-TD项目中,对参与竞争的机型提出的巡航速度要求则为425千米/时,在FVL项目中对巡航速度的要求也是如此。

  作为第三代倾转旋翼机的技术探索者,V-280上的许多技术尽管都是基于贝尔/波音联合研制的V-22倾转旋翼机,但是都进行了大幅的升级和改进。V-280在低速灵活性、高速大过载机动性能、燃油效率等各方面都大大优于V-22,并且能飞更远的航程。当然,这些都需要经过实际验证。此外,贝尔直升机公司希望通过为V-280研制一套全新的三余度电传飞控系统,以保证其拥有出色的操纵性能。

  V-280倾转旋翼机在35℃的高温环境下,无地效悬停高度可达1830米,在保持519千米/时巡航速度条件下作战航程可以达到930~1480千米;其无空中加油情况下最大航程可以达到3890千米,具备出色的全球自部署能力。

  Karem:TR36TD以快取胜

  Karem公司提出的倾转旋翼机方案,最大的亮点在于其采用的转速优化旋翼技术,即根据起飞重量、飞行高度和飞行速度的不同,对旋翼的转速进行调整优化,从而提高飞机在整个包线内的飞行性能。目前,这项转速优化旋翼技术已经在波音的A160“蜂鸟”无人机上完成了总计18个小时的飞行测试。

  不出意外的话,Karem公司的方案将在其之前已经公布的TR36TD基础上发展而来,该方案采用倾转旋翼设计,并采用了上述提到的转速优化旋翼技术,最大速度可以达到670千米/时。TR36TD应该是4家公司方案中速度最快的一种。

  尽管4家公司方案进展有快有慢,但是根据美国陆军要求,所有的方案都要在2017年开始飞行测试。

  崛起的中国势力

  对于下一代高速垂直起降飞行器,中国一直都没有停止过探索和追赶的脚步。在今年的天津直升机博览会上,中航工业就展出了两种新的未来高速垂直起降飞行器概念,即“绝影”和“蓝鲸”,两者分别采用了已经被普遍接受的气动布局。

  “绝影”8高速直升机概念采用了与西科斯基X-2验证机类似的共轴双旋翼 螺旋桨布局,只不过螺旋桨改为了前置双排对转拉进式。

  直升机在飞行时,两副旋翼共轴反转相互平衡反扭矩,同时提供飞行器垂直起降、悬停及前飞时所需的升力;双排对转拉力桨提供前飞所需的拉力,稳定性更好,大速度前飞时,螺旋桨工作,以提供高速前飞时所需的拉力,而经过特殊设计的桨叶能够很好地解决后行桨叶失速问题,从而实现直升机的高速飞行。

  在机身外形上,“绝影”采用了两头尖中间大的类似梭型的设计,这种设计既能减小机身的气动阻力,还能有效降低机身的雷达反射截面。此外,该机还采用了可收放式起落架,同样有利于降低机身阻力,从而对提升速度有所帮助。据业内专家表示,采用该布局的“绝影”直升机概念,未来的最大速度有可能超越500千米/时。

  而按照国外的发展思路,在概念出来之后,会先制造技术验证机,用以对飞机的外形、气动性能以及各主要子系统进行可行性和可靠性测试,然后才会在验证机的基础上制造原型机。“绝影”则可以走一条有自身特色的发展之路,现在概念的基础上制造大型的无人机验证机,用以对各项技术和子系统进行测试,然后再发展出原型机。

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