郝麗江 張 耀

(石家莊陸軍指揮學(xué)院 河北 石家莊 050000)

國(guó)外直升機(jī)的發(fā)展及在登陸中的應(yīng)用研究

郝麗江 張 耀

(石家莊陸軍指揮學(xué)院 河北 石家莊 050000)

根據(jù)直升機(jī)的技術(shù)特征和構(gòu)型特點(diǎn)，將直升機(jī)分為復(fù)合式、傾轉(zhuǎn)式及停轉(zhuǎn)3種類型。在梳理3類直升機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，分析了國(guó)外直升機(jī)的型號(hào)與技術(shù)發(fā)展規(guī)律。

直升機(jī)；當(dāng)前現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)；對(duì)策

直升機(jī)是人類研制的仿生機(jī)械中最成功的發(fā)明之一，以其突出的懸停、低空低速和良好的機(jī)動(dòng)性能，在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人們?nèi)粘Ｉ罴艾F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了不可替代的重要作用。然而，常規(guī)的單旋翼帶尾槳直升機(jī)受自身構(gòu)型的影響，在大速度平飛時(shí)前行槳葉接近聲速，后行槳葉出現(xiàn)反流區(qū)，帶來(lái)旋翼升力降低、阻力及功率需求激增，因此，常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)的最大速度與航程等性能指標(biāo)難以提升，飛行效率受到諸多限制。

表1給出了早期直升機(jī)到現(xiàn)代直升機(jī)的速度范圍，可以看出目前常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)的最大平飛速度接近310km/h，要突破350km/h(槳尖馬赫數(shù)超過(guò)0.92)的平飛速度仍然十分困難。

經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，雖然直升機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但世界各國(guó)一直在探索突破直升機(jī)速度限制的新構(gòu)型和新概念，研究提升直升機(jī)速度的不同方法和途徑。

尤其近年來(lái)，隨著X2，X3等新構(gòu)型技術(shù)驗(yàn)證機(jī)連續(xù)突破直升機(jī)的速度限制，以400km/h以上的高速為典型特征的下一代直升機(jī)“呼之欲出”，直升機(jī)技術(shù)已成為新一代直升機(jī)裝備和產(chǎn)品的技術(shù)制高點(diǎn)，世界各國(guó)在相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)也到達(dá)了白熱化階段。本文針對(duì)直升機(jī)技術(shù)特征和構(gòu)型特點(diǎn)，將直升機(jī)分為復(fù)合、傾轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)3類，并梳理了3類高速的技術(shù)發(fā)展歷程，分析了國(guó)外直升機(jī)的典型發(fā)展規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出實(shí)現(xiàn)中國(guó)直升機(jī)跨越發(fā)展的建議和措施。

表1 不同時(shí)期典型直升機(jī)速度

一、直升機(jī)分類

根據(jù)直升機(jī)的構(gòu)型特征、技術(shù)特點(diǎn)、飛行與操縱原理，可將直升機(jī)分為：復(fù)合式、傾轉(zhuǎn)式和停轉(zhuǎn)式，見圖1。

圖1 直升機(jī)分類

復(fù)合式直升機(jī)是在常規(guī)旋翼/ABC 旋翼的基礎(chǔ)上，通過(guò)配置輔助推進(jìn)或升力裝置實(shí)現(xiàn)高速飛行。如X3型即是通過(guò)短翼實(shí)現(xiàn)前飛時(shí)為旋翼卸載，并依賴輔助螺旋槳推進(jìn)實(shí)現(xiàn)高速前飛。復(fù)合式直升機(jī)的最大特點(diǎn)是：旋翼在飛行包線內(nèi)的功能變化相對(duì)較小，確保其低空低速性能和近地面機(jī)動(dòng)能力不低于常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的平飛速度。

缺點(diǎn)是：未從根本上改變高速飛行前后行槳葉氣流不對(duì)稱的問題，直升機(jī)的振動(dòng)問題突出，

最大平飛速度很難超過(guò)500km/h。根據(jù)國(guó)外數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，復(fù)合式直升機(jī)的類型最多，占50%以上。傾轉(zhuǎn)式直升機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)換旋翼功能實(shí)現(xiàn)高速飛行，即利用傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其主要的氣動(dòng)部件在旋翼與螺旋槳之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)懸停、低速飛行和垂直飛行時(shí)以直升機(jī)模式飛行，高速時(shí)以螺旋槳飛機(jī)模式前飛，從而兼顧低速與高速飛行性能。

傾轉(zhuǎn)式直升機(jī)兼顧了直升機(jī)與螺旋槳定翼機(jī)的特點(diǎn)，具有“跨界”特征。傾轉(zhuǎn)式直升機(jī)可實(shí)現(xiàn)更高的平飛速度(500～600km/h)，具有振動(dòng)小、噪聲低、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，但近地面機(jī)動(dòng)能力比復(fù)合式要低，飛行控制系統(tǒng)和 動(dòng) 力傳動(dòng)系統(tǒng) 更為復(fù)雜。

停轉(zhuǎn)式直升機(jī)是通過(guò)控制氣動(dòng)部件在低速和高速狀態(tài)的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)兼顧低高速飛行的目的。即低速狀態(tài)旋翼旋轉(zhuǎn)以提供氣動(dòng)力，高速狀態(tài)槳葉停轉(zhuǎn)(S-72，X-50A)或 者收縮(盤翼旋翼機(jī))，以定翼機(jī)方式提供氣動(dòng)力。停轉(zhuǎn)類是一種較新穎的直升機(jī)，兼顧了直升機(jī)的特點(diǎn)，并通過(guò)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等可實(shí)現(xiàn)更高速度的飛行；缺點(diǎn)是旋翼系統(tǒng)要兼顧旋轉(zhuǎn)和固定/收縮狀態(tài)，氣動(dòng)效率較低，飛行控制系統(tǒng)更為復(fù)雜。

二、直升機(jī)研究進(jìn)展

(一)復(fù)合式

早在20世紀(jì)40年代常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)投入應(yīng)用開始，人們就開始探索提高直升機(jī)飛行速度的各種可能方案。例如，在1936年實(shí)現(xiàn)試飛的德國(guó)人安東弗蘭特納設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)“弗蘭特納”

F1 185，是目前有據(jù)可查的最早的復(fù)合式直升機(jī)，其特點(diǎn)是在常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)的機(jī)頭安裝了提供推力的螺旋槳。

目前較成功的復(fù)合式高速旋翼機(jī)構(gòu)型有空客直升機(jī)公司的X3構(gòu)型和美國(guó)西科斯基公司的X2構(gòu)型。X3構(gòu)型復(fù)合式高速旋翼機(jī)解決了因“旋翼前傾導(dǎo)致阻力大，升力不夠”而限制飛行速度的問題，并通過(guò)降低旋翼速度來(lái)推遲大速度前飛 時(shí) 前 行 側(cè) 激 波的出現(xiàn)，巡航速度最高達(dá)到了430km/h，顯著高于常規(guī)直升機(jī)。但是旋翼轉(zhuǎn)速的降低會(huì)引起后行側(cè)剖面速度減小，為滿足升力平衡需要增加迎角，后行側(cè)槳葉易出現(xiàn)失速；并且機(jī)翼的存在會(huì)導(dǎo)致橫滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變大，橫滾機(jī)動(dòng)能力下降，無(wú)法滿足武裝直升機(jī)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)使用要求。

西科斯基公司X2構(gòu)型的主要特點(diǎn)是采用ABC旋翼(即前行槳葉概念)，基于共軸剛性反轉(zhuǎn)的旋翼系統(tǒng)，保證了直升機(jī)固有的懸停和低速性能，在高速狀態(tài)，后行槳葉被卸載，前行槳葉的升力能力得到最大程度的利用。X2構(gòu)型復(fù)合式直升機(jī)發(fā)展之初，暴露了振動(dòng)載荷大、操縱難、槳轂阻力大、高速經(jīng)濟(jì)性差等缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)近40年的技術(shù)發(fā)展，振動(dòng)水平已由最初的0.3降到了目前的0.1以下。解決了縱向操縱不足的問題，操縱功效達(dá)到普通直升機(jī)的3倍，槳轂阻力由全機(jī)的50% 持續(xù)降低，最大巡航速度達(dá)到了463km/h。目前，西科斯基公司的S-97復(fù)合式直升機(jī)已進(jìn)入型號(hào)研制階段。

(二)傾轉(zhuǎn)式

國(guó)外傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)技術(shù)的發(fā)展可分為3個(gè)階段。第一個(gè)階段從20世紀(jì)50年代到1977年完成 XV-15的試飛驗(yàn)證，通過(guò)艱難探索，從飛行原理的角度驗(yàn)證了“傾轉(zhuǎn)旋翼”概念的可行性和優(yōu)越性。期間，共有8種傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，包括傾轉(zhuǎn)機(jī)翼和傾轉(zhuǎn)旋翼兩種形式。第二階段為批量裝備階段。

20世紀(jì)80年代美國(guó)的貝爾和波音共同研制第二代傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)V-22，該機(jī)巡 航 速 度 為463km/h，有效作戰(zhàn)半徑為722km，并在2002年定型裝備部隊(duì)。2007年，V-22正式進(jìn)入伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)執(zhí)行 實(shí) 戰(zhàn) 任 務(wù)，至2013年底，美軍在本土及海外共部署超過(guò)了300架。以“魚鷹”進(jìn)入“全速生產(chǎn)”階段并逐步裝備為標(biāo)志，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)技術(shù)已趨于成熟。

美國(guó)和歐洲正在發(fā)展第3代傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，V-280在 V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)，提升了低速飛行的機(jī)動(dòng)性，并進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率和航程，是具備運(yùn)輸型和攻擊型的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)平臺(tái)。波音公司在美國(guó)國(guó)防部的“垂直起降試驗(yàn)飛機(jī)”項(xiàng)目中提出了“幽靈雨燕”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)方案。

歐洲直升機(jī)公司聯(lián)合實(shí)施了總質(zhì)量為10T 級(jí)、20座的“埃瑞卡”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研究方案，并向歐洲第五框架研究計(jì)劃尋求經(jīng)費(fèi)支持，該方案旨在進(jìn)一步提升傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的效率。

(三)停轉(zhuǎn)式

可停轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)也擁有旋翼和固定翼兩種飛行模式，主要形式有旋翼鎖式和盤翼式。旋翼鎖定式最大的特征就是有一副既可以高速旋轉(zhuǎn)作為旋翼，又可以鎖定作為固定翼的主旋翼。以旋翼模式飛行時(shí)，旋翼的高速旋轉(zhuǎn)使得其能夠像普通直升機(jī)一樣垂直起降和低速飛行；當(dāng)旋翼鎖定作為固定翼時(shí)，飛機(jī)以固定翼模式飛行，徹底解除了旋翼旋轉(zhuǎn)引起的氣流不對(duì)稱對(duì)直升機(jī)飛行速度的限制，從而能夠進(jìn)行高速飛行。美國(guó) x-50a“蜻蜓”鴨式旋翼/機(jī)翼飛行器是可停轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)的最新發(fā)展代表，其特點(diǎn)是具有較大尺寸的鴨翼和水平尾翼，去除尾槳，在過(guò)渡飛行時(shí)鴨翼和水平尾翼提供平飛所需升力從而使得旋翼/機(jī)翼完全卸載并停轉(zhuǎn)鎖定。另一種可停轉(zhuǎn)旋翼直升機(jī)采用蒲扇帶有曲度的盤翼作為高速前飛的升力面，見圖8。

翼盤上裝有若干片能沿徑向伸出和縮入的槳葉。因?yàn)檫@些槳葉的位置在外側(cè)，具有較高的圓周速度，因此能產(chǎn)生足夠大的升力，實(shí)現(xiàn)垂直起降和懸停。大速度時(shí)轉(zhuǎn)為飛機(jī)模式，小槳葉縮進(jìn)翼盤中，盤翼停轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生升力。從現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展水平看，停轉(zhuǎn)類直升機(jī)如果圖8 盤翼式停轉(zhuǎn)直升機(jī)完全擺脫常規(guī)直升機(jī)設(shè)計(jì)和限制要素，將性能追求到極致仍是不太現(xiàn)實(shí)的。但不可否認(rèn)，停轉(zhuǎn)類直升機(jī)仍是直升機(jī)未來(lái)發(fā)展的一大方向。

三、直升機(jī)在登陸行動(dòng)中的應(yīng)用

(一)確保航渡編隊(duì)的空中安全

登陸部隊(duì)航渡階段,兵力較為集中、隊(duì)形暴露,很容易遭受敵空中火力襲擊,而一艘輸送艦船被擊沉就會(huì)造成很大的人員傷亡。這就要求對(duì)航渡隊(duì)形進(jìn)行全方位、多層次的火力掩護(hù)。在中高空戰(zhàn)斗飛機(jī)掩護(hù)的同時(shí),在100米以下可以由武裝直升機(jī)填補(bǔ)這個(gè)空間空白區(qū)。掩護(hù)的方法通常以指揮艦為中心向附近的艦船輻射,形成圓周式防護(hù)體系。這樣既能突出重點(diǎn),又能達(dá)到以點(diǎn)制面,不給敵以可乘之隙的效果。

(二)輸送特種作戰(zhàn)分隊(duì)秘密上岸

在航渡編隊(duì)出發(fā)之前、同時(shí)或稍后,利用夜暗、濃霧或不良天候,由直升機(jī)搭載精干的特種作戰(zhàn)分隊(duì),貼近海面飛向敵岸,在敵意想不到的地_點(diǎn)秘密上陸,潛伏在敵指揮所、機(jī)場(chǎng)和后方重要基地附近,偵察敵情,接收敵無(wú)線電信號(hào),并準(zhǔn)備在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)用火力將其摧毀。

(三)協(xié)助破障分隊(duì)開辟通路

直升機(jī)在登陸前的破障行動(dòng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。一是可以把工兵和加強(qiáng)的分隊(duì)快速輸送至破障地段,破障成功后迅速轉(zhuǎn)移。二是機(jī)動(dòng)至不易人工破障的地段,選擇最佳角度和高度直接參與破障。三是以火力摧毀對(duì)破障分隊(duì)威脅較大的敵火力點(diǎn)、艦艇和地面裝甲目標(biāo),掩護(hù)破障分隊(duì)行動(dòng)。

四、結(jié)論

直升機(jī)具備其他飛行器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的垂直起降、空中懸停和低速機(jī)動(dòng)能力，能夠在地形復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行起降和低空飛行，獨(dú)特的飛行特點(diǎn)決定了其不可替代的作用。作為軍民通用的航空器，直升機(jī)在軍事領(lǐng)域具有廣泛的用途，是國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一，直升機(jī)產(chǎn)業(yè)是事關(guān)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技發(fā)展的高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，具有知識(shí)密集、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、高投入、高產(chǎn)出、高風(fēng)險(xiǎn)、周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。本文重點(diǎn)對(duì)國(guó)外直升機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了國(guó)內(nèi)直升機(jī)技術(shù)水平與國(guó)際一流水平的差距，結(jié)合國(guó)際直升機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了思路。

[1]倪先平．直升機(jī)手冊(cè)[M]．北京：航空工業(yè)出版社，2013．

[2]李棟，馮婷．比直升機(jī)更為經(jīng)濟(jì)和安全的新型旋翼機(jī)[J]．航空知識(shí)，2015(4)：22-23．

郝麗江(1990-)，碩士研究生，石家莊陸軍指揮學(xué)院。