薛 蒙，孫 強

(1.海裝項目管理中心， 北京 100071；2.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

常規(guī)直升機飛行速度已經接近構型極限，瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢對其時效性提出了更高的使用需求，促使人們對新構型直升機技術的發(fā)展進行更深入的探索。除復合式直升機以外，目前一個方向是針對旋翼系統(tǒng)性能的提升研究，如ABC旋翼，形成共軸或單旋翼帶單側機翼構型；另一個方向是傾轉旋翼構型，通過旋翼傾轉，大速度飛行時使旋翼旋轉方向與來流速度垂直，使其理論最大速度可逼近音速。第三代傾轉旋翼機V-280超越了V-22的各項性能，在2019年1月份達到了280節(jié)(約518千米/小時)的巡航速度，遠超過美國陸軍對新一代旋翼機的巡航速度要求(425千米/小時)。不同載重下，V-280的作戰(zhàn)半徑最低為930千米，最高可達1480千米[1]。

傾轉旋翼機生存力強，速度與航程遠優(yōu)于常規(guī)構型直升機，油耗是同噸位直升機的50%，噪聲水平遠低于同噸位直升機，綜合運輸效率遠高于共軸剛性旋翼高速直升機和常規(guī)構型直升機，特別適合執(zhí)行兵員/裝備突擊運輸、戰(zhàn)斗搜索和救援、特種作戰(zhàn)、后勤支援、醫(yī)療后撤等方面的任務。隨著技術的成熟和發(fā)展，傾轉旋翼機以其卓越的飛行性能和潛力，越來越顯示出這樣一種可能，即像人們所期望的那樣成為21世紀的主流機種之一[2]。

1 傾轉旋翼機軍事需求分析

1.1 傾轉旋翼機是海軍兩棲作戰(zhàn)之利器

在相同噸位情況下，傾轉旋翼機運輸效率約為常規(guī)的直升機4-6倍。艦載旋翼類運輸機中，傾轉旋翼機運輸效率最高。

強于世界者必盛于海洋。遍觀世界局勢，大國之爭與未來資源之爭直指海洋。海洋、島嶼爭端和摩擦必將不斷升級。在此背景下，傳統(tǒng)軍事強國以及新興大國海軍都有加強兩棲登陸裝備建設的迫切需求。固定翼飛機由于對跑道要求較高，難以在兩棲登陸艦上起降，且受重量尺寸限制，對機艦適配性要求較高。而傾轉旋翼機由于具備速度快、可垂直起降、無視水深和海岸地形等方面的優(yōu)勢，可作為未來首選的兩棲登陸裝備。

傾轉旋翼機執(zhí)行兩棲突擊任務，可從本土沿海機場或驅逐艦起飛，覆蓋500千米半徑的圓形區(qū)域，并保持近1個小時的任務時間，具有極強的戰(zhàn)術靈活性。在沖突爆發(fā)時，能夠完成作戰(zhàn)力量的及時投送，搶得先手優(yōu)勢。與登陸艇主要用于較低對抗強度下的大規(guī)模登陸運輸不同，傾轉旋翼機主要用于人員和輕型裝備突擊運輸、遠距離/大縱深兩棲突擊機降等突出機動性、靈活性的任務。在海軍整體的兩棲作戰(zhàn)中，傾轉旋翼機作為先鋒和奇兵，能顯著增強海軍登陸作戰(zhàn)中的機動部署能力和奇襲能力，有助于迅速開辟灘頭陣地和搶占有利地形，取得先手優(yōu)勢。

1.2 傾轉旋翼機是近?？焖偻端偷睦硐牍ぞ?/h3>

傾轉旋翼機航程和速度都倍優(yōu)于普通直升機，且可以通過機翼和旋翼之間的優(yōu)化設計，實現4倍以上的航程，或3倍以上的飛行速度，尤其適合近?？焖偻端?。

距離本土陸地較遠的近海，如300千米以外區(qū)域，目前由于缺乏合適的運輸工具，對大多數島嶼上駐守的官兵的補給和支援主要是依靠船只，其速度慢，對于突發(fā)事件的應對能力差，難以滿足島嶼物資和人員的快速運輸需求。通過修建機場跑道雖然能解決日常供給，但是考慮到在戰(zhàn)時，機場跑道通常容易受到敵方的首先攻擊和破壞，因此戰(zhàn)時需要考慮采用非常規(guī)固定翼運輸機的方式，來實現人員和物資的快速補給和增援，以快速應對突發(fā)事件，掌握主動權。而目前常規(guī)直升機受限于航程和載荷，難以完成上述任務，因此海軍亟需發(fā)展近?？焖偻端脱b備。而傾轉旋翼機能夠利用其大載荷、遠航程、垂直起降能力，實現跨海域直飛，大幅提高前線基地的快速運輸和補給能力；也可以以典型前線島嶼基地作為支點，實現對大范圍海域地區(qū)的覆蓋，大幅提高軍事強國對海洋的管控能力。

1.3 傾轉旋翼機是艦載運輸反潛搜救的重要組成部分

在海軍航空母艦、大型水面艦艇作戰(zhàn)編隊中，要求快速運輸、反潛能力與之配套提升。傾轉旋翼機相比直升機具有更快的速度、更遠的航程、更大的載荷，更適合作為艦載反潛的平臺，可以攜帶雷達、聲納、磁探測等多種搜索設備，遂行反潛任務。

傾轉旋翼機可與艦載運輸機等一同構成航空母艦等大型水面艦艇的快速運輸體系，利用其垂直起降的特性，在沒有機場的區(qū)域遂行特種運輸任務，彌補常規(guī)艦載運輸機需要跑道的缺陷，提升海軍特種運輸的能力，特別是提升了人員、物資的緊急運輸能力，可滿足醫(yī)療轉移、人員緊急轉移等需求。

傾轉旋翼機特別適合作為搜索和救援的平臺，能夠在第一時間快速奔赴救援地點，開展搜索與救援工作，也能在海上、山區(qū)等特殊環(huán)境中執(zhí)行人員/物資快速運輸、傷員轉移、災難評估等任務。作為未來搜索和救援體系的主力機型之一，該機型能夠大幅提升海洋搜救能力。例如在民用航班失事或戰(zhàn)時搜救行動中，若采用傾轉旋翼機，并以大型水面艦艇為搭載平臺，則能夠實現在南海、印度洋等區(qū)域的快速大范圍搜救，提高搜救效率。

此外，傾轉旋翼機還可以對關鍵航道進行護航，對海盜等武裝分子進行快速打擊；也可執(zhí)行武裝偵察任務，攜帶偵察設備在中低威脅區(qū)域對水面艦艇等進行監(jiān)視，在海上維權、海上反恐等方面發(fā)揮獨特的作用。

2 傾轉旋翼機關鍵技術

2.1 傾轉旋翼機旋翼-機翼的氣動干擾問題

傾轉旋翼機特有的氣動干擾問題涉及到旋翼-機翼、旋翼-旋翼、旋翼-機身、旋翼-尾部等多個方面，其中以垂直飛行和懸停時旋翼-機翼的氣動干擾最為重要，它對傾轉旋翼機的有效載荷影響最大。國外通過機翼傾轉、部分機翼傾轉以及襟副翼偏轉盡量降低相互干擾，見圖1。

圖1 傾轉旋翼機旋翼-機翼氣動干擾

2.2 旋翼傾轉過程中的氣動特性問題

傾轉旋翼機垂直飛行和懸停時的氣動特性與橫列式直升機相似，巡航飛行時與渦槳飛機類似，這兩種狀態(tài)下氣動特性的解決都有類似的成果或經驗可借鑒，但旋翼在傾轉過程中的氣動特性的確定是傾轉旋翼機獨有的關鍵技術之一，是一個非常復雜困難的問題，見圖2。

圖2 國外旋翼傾轉過程中非定常氣動特性研究

2.3 傾轉旋翼機的動力學問題

傾轉旋翼機的動力學分析是傾轉旋翼機發(fā)展的技術難題之一。槳葉揮舞/擺振耦合、槳葉之間通過槳轂的相互運動、動力耦合等都無法用傳統(tǒng)的直升機旋翼動力學方法進行分析。XV-3 傾轉旋翼機曾在飛行中反復遭遇機翼/旋翼塔柱/旋翼穩(wěn)定性問題，其飛行試驗幾乎花了3年時間才取得有限進展。1956年7月，第1架 XV-3因旋翼空中不穩(wěn)定而墜毀。為了消除XV-3的不穩(wěn)定性，機翼增加了外支撐來提高機翼剛度，用半剛硬的2片槳葉旋翼取代全鉸接式3片槳葉旋翼，見圖3。

2.4 傾轉旋翼機過渡走廊的飛行控制問題

傾轉旋翼機過渡飛行模式的傾轉過程只能在一定的飛行速度范圍內進行。短艙傾轉角度-飛行速度包線稱為“過渡走廊”，只有在這個范圍內過渡飛行才是安全的。

圖3 2片槳葉的XV-3

傾轉旋翼機在低速飛行模式下類似于直升機，旋翼是主要的升力面、推進器。高速飛行模式下，機翼為升力面，旋翼僅承擔提供拉力的角色。過渡飛行模式的旋翼隨發(fā)動機短艙不斷傾轉，飛行器的氣動外形和飛行速度不斷變化，因而過渡飛行是一種變構型、變速的飛行過程。短艙開始傾轉進入傾轉飛行模式時，升力從主要由旋翼承擔過渡到主要由機翼承擔。飛行速度過低會導致機翼失速，飛行速度過高則受到旋翼前行槳葉壓縮性與后行槳葉失速的限制以及旋翼可用功率的限制，甚至還受旋翼/機翼動力穩(wěn)定性的限制。由于傾轉旋翼機既有直升機的操縱，又有飛機操縱，存在操縱冗余，因此，過渡路徑很多，有必要研究最優(yōu)過渡路徑，使過渡飛行模式既安全，又平穩(wěn)。相關控制律設計還涉及冗余操縱、可靠性、安全性和魯棒性等問題，較為復雜。

3 傾轉旋翼機發(fā)展思路建議

除美國外，加拿大、以色列、韓國、意大利等國家均已有傾轉旋翼機實現了軍事應用或商業(yè)化發(fā)展，包含有人和無人多種構型。隨著技術的成熟，其安全性的優(yōu)勢也逐漸彰顯。美國海軍陸戰(zhàn)隊45萬小時的飛行數據表明，其事故率僅為常規(guī)直升機的一半。通過科研探索，實現原理樣機的飛行，對具有直升機工業(yè)基礎的國家和地區(qū)，難度也不大。

但傾轉旋翼機技術發(fā)展至今，其意義已遠非一種型號，而演變?yōu)橐环N與直升機并列或替代的機種平臺。在此基礎上，為了進一步拓展傾轉旋翼機適用范圍和提升其發(fā)展?jié)摿?，應當把傾轉旋翼機作為下一代直升機發(fā)展方向之一進行大力推進。需要在與傾轉旋翼構型相匹配的機體結構、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、傳感器、武器系統(tǒng)等諸方面開展針對性的研究，并逐步實現跨代技術的工程實用化。此外，應結合目前人工智能等新興技術的發(fā)展，針對性地在智能多旋翼傾轉構型、變轉速變直徑技術、涵道傾轉自主控制、油電混合及特殊動力等方面進行突破，以研發(fā)出飛行效率更高的傾轉旋翼機。

任何事物都有其兩面性，傾轉旋翼機也存在技術復雜度大，精密制造要求嚴，單機成本高，執(zhí)行高速突擊任務時著彈面廣等局限性。從客觀現實和長遠綜合看，傾轉旋翼機融合了直升機與固定翼飛機的優(yōu)點，是一種軍民兩用的高技術產品，在未來高技術戰(zhàn)爭和國民經濟建設中必將發(fā)揮巨大和廣泛的作用。