直升機發(fā)展至今，憑借獨特的垂直起降、低空低速飛行等優(yōu)勢，在軍用和民用領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。正是因為這種獨特的構(gòu)型，直升機飛行速度難以突破360km/h。長期以來，技術(shù)人員一直在探尋更先進的技術(shù)，力圖設計一種既具有固定翼飛機高速飛行能力，又具有直升機垂直起降和空中懸停能力的新構(gòu)型飛行器。

國外傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)展

國外傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)展分為早期構(gòu)想階段、中期探索階段、型號應用階段和未來概念設計階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，傾轉(zhuǎn)旋翼機飛行包線不斷拓展，飛行性能不斷提升。

早期構(gòu)想階段

自20世紀30年代英國航空工程師萊斯利？埃弗雷特？拜恩斯（Leslie Everett Baynes）申請第一個傾轉(zhuǎn)旋翼機專利以來，國際一直對傾轉(zhuǎn)旋翼機研究保持高度關(guān)注，并持續(xù)加大研發(fā)投入。

早在1932年，德國飛機設計師海因里希？?？撕透駹柕?？阿赫格利斯便開始設計FW 61傾轉(zhuǎn)旋翼機。該機由一臺活塞發(fā)動機為動力，發(fā)動機前面的小螺旋槳用于冷卻空氣，并產(chǎn)生部分拉力。這種能在垂直方向和前飛方向產(chǎn)生拉力的構(gòu)型，是兼具垂直起降和高速巡航能力的最早飛行器之一。

1938年，德國威悉公司設計了一種傾轉(zhuǎn)旋翼機驗證機，名為“威悉”P 1003/1（Weser P 1003/1）。該機有兩副傾轉(zhuǎn)旋翼，采用一臺戴姆勒-奔馳公司DB600活塞發(fā)動機驅(qū)動安裝在每個機翼翼尖的大型螺旋槳旋轉(zhuǎn)。但由于項目開發(fā)沒有足夠的資金，“威悉”P 1003/1傾轉(zhuǎn)旋翼機在1944年被放棄。

1943年，德國?？斯驹O計了另一款傾轉(zhuǎn)旋翼機Fa 269。這架雙發(fā)傾轉(zhuǎn)旋翼機的每個機翼可安裝一臺戴姆勒-奔馳公司DB-601或DB-605活塞發(fā)動機，發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)。該機設計最大飛行速度600km/h。在起降時，螺旋槳向下傾轉(zhuǎn)約85度達到垂直位置，F(xiàn)a 269離開地面。在飛行中，螺旋槳向上傾轉(zhuǎn)到機翼后方位置。雖然該機已經(jīng)完成風洞試驗，但在1944年被放棄。

由上文可知，早期傾轉(zhuǎn)旋翼機以活塞發(fā)動機為動力，其構(gòu)型與現(xiàn)今傾轉(zhuǎn)旋翼機相差無幾。受當時航空技術(shù)與外部因素的制約，大部分概念方案僅為圖紙設計，幾乎未進入制造、試飛階段。但無可否認的是，概念方案的提出對后來的傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。

中期探索階段

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，美國軍方及航空技術(shù)實力較強的公司展開了傾轉(zhuǎn)旋翼機研究。例如，陸軍空軍聯(lián)合垂直起降項目（The Joint U.S. Army and U.S. Air Force Convertaplane Program）。美軍開發(fā)出XV-1、XV-3、XV-15、采用傾轉(zhuǎn)涵道的X-22、采用傾轉(zhuǎn)機翼的XC-142、JVX等諸多垂直起降飛行器。最典型的機型是XV-3即貝爾公司200型（Model 200）和XV-15即貝爾公司300型（Model 300）傾轉(zhuǎn)旋翼機。

XV-3是貝爾公司設計生產(chǎn)的一種小型傾轉(zhuǎn)旋翼機，安裝了一臺功率為330kW的活塞發(fā)動機。XV-3首飛后，由于在懸停時存在較強的振動問題，轉(zhuǎn)而進行地面試驗和理論分析。后來，當旋翼傾轉(zhuǎn)至17度時，XV-3又出現(xiàn)振動問題，并導致傾轉(zhuǎn)旋翼機損壞和飛行員受傷。隨后，技術(shù)人員對XV-3進行大量改進，加強了機翼結(jié)構(gòu)強度，優(yōu)化了旋翼控制系統(tǒng)。最終，XV-3實現(xiàn)了直升機模式向固定翼飛機模式轉(zhuǎn)換的飛行。在固定翼飛機模式下，該機最大平飛速度達到213km/h，最大俯沖速度達到287km/h。

較為成功的飛行試驗對XV-3傾轉(zhuǎn)旋翼機的發(fā)展至關(guān)重要。在隨后的美國空軍試飛中，愛德華空軍基地的軍官和工程師們一致建議美軍認真考慮傾轉(zhuǎn)旋翼機的軍用價值。在為期13年的驗證試驗階段，該機共飛行125h，開展了110次飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)換試驗。

隨后，美國進行XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機研究。XV-15計劃自20世紀60年代一直持續(xù)到90年代，主要目的是驗證技術(shù)，解決XV-3存在的問題，研究傾轉(zhuǎn)旋翼機如何實現(xiàn)飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)換，為軍用民用傾轉(zhuǎn)旋翼機制造奠定基礎。

XV-15最大起飛重量6810kg，旋翼直徑7.62m，直升機模式下的最大飛行速度是222km/h，固定翼飛機模式下的最大飛行速度突破555km/h，最大飛行高度超過7000m。該機采用2臺LTC1K-4K渦軸發(fā)動機提供動力，單臺發(fā)動機海平面最大功率為1140kW，2min瞬時功率可達1323kW。槳葉通過張力-扭力條和槳距滾珠軸承聯(lián)結(jié)到鈦合金槳轂上。不銹鋼槳葉具有大扭曲度，既適合直升機模式飛行，也適合固定翼飛機模式飛行。槳葉采用貝爾公司經(jīng)過改進的NACA 6系列中的翼型。在首次飛行試驗前，全尺寸驗證機完成了大量仿真試驗。XV-15驗證機的成功研制為后來的V-22軍用傾轉(zhuǎn)旋翼機、AW609民用傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)展提供了重要支撐。

20世紀50年代至80年代，美國對傾轉(zhuǎn)旋翼機技術(shù)的持續(xù)探索是成功的，為美軍V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機的問世和服役奠定了基礎。隨著技術(shù)的進一步成熟，AW609民用傾轉(zhuǎn)旋翼機于2003年完成首飛。近期，隨著第5架生產(chǎn)型樣機的下線，該機適航取證在穩(wěn)步推進中。2022年底，美國陸軍宣布，V-280“勇士”傾轉(zhuǎn)旋翼機在“未來遠程突擊機”（Future Long Range Assault Aircraft，F(xiàn)LRAA）項目競標中獲勝。該機成為陸軍下一代主力運輸機，以替代常規(guī)構(gòu)型的“黑鷹”直升機。從最初的XV-3技術(shù)驗證機，到2022年在競標中勝出的V-280“勇士”傾轉(zhuǎn)旋翼機，兼具垂直起降和高速巡航能力的傾轉(zhuǎn)旋翼機已經(jīng)走向成熟。

此后，貝爾公司推出了V-247傾轉(zhuǎn)旋翼無人機，以適應未來無人化作戰(zhàn)的發(fā)展趨勢。該機可執(zhí)行情報、監(jiān)視、打擊等多樣化任務。相比于之前的傾轉(zhuǎn)旋翼機，V-247的短艙外部加裝了機翼，以增大機翼展弦比，提高巡航效率。短艙外部加裝的機翼隨短艙一同傾轉(zhuǎn)，可有效減小垂直增重，提高無人機垂直起飛能力。

自20世紀50年代以來，美國持續(xù)開展傾轉(zhuǎn)旋翼機研究，投入巨大資金，同時美國軍方也給予大力支持。最終，傾轉(zhuǎn)旋翼機從概念方案走向工程應用，其中諸多經(jīng)驗值得借鑒。

傾轉(zhuǎn)旋翼機技術(shù)發(fā)展

變直徑旋翼技術(shù)發(fā)展

隨著軍事和型號需求的變化，技術(shù)人員不斷對傾轉(zhuǎn)旋翼機技術(shù)進行探索。傾轉(zhuǎn)旋翼機采用兼顧懸停效率和巡航效率的變直徑旋翼技術(shù)，能最大程度發(fā)揮空中懸停和高速巡航優(yōu)勢。

美國西科斯基公司率先對可伸縮變直徑旋翼展開研究，并進一步探索變直徑旋翼技術(shù)在傾轉(zhuǎn)旋翼機上的應用。在圖5中，當飛行器懸停時，旋翼在機身上方，不受機身寬度限制，旋翼直徑可以適當增大；在高速巡航時，旋翼傾轉(zhuǎn)，此時旋翼直徑需要縮小，以避免旋翼干涉機身，同時提高巡航效率。

后來，美國進行了一系列變直徑旋翼風洞試驗，得到17%縮比變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼機（VDTR）的風洞試驗結(jié)果。試驗評估了變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼機在飛行姿態(tài)轉(zhuǎn)換、懸停、巡航時的飛行性能和氣動彈性。這是采用變直徑旋翼技術(shù)的傾轉(zhuǎn)旋翼機開展第一次風洞試驗。試驗結(jié)果證明，變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼機具有旋翼載荷重量可降低、懸停性能可提高、巡航模式下的縱向操縱效率可提高等潛在優(yōu)點。

國外技術(shù)人員創(chuàng)建了弦長、扭轉(zhuǎn)、后掠角、槳尖速度、巡航時旋翼直徑、懸停時旋翼直徑等參數(shù)模型，對變直徑旋翼進行氣動優(yōu)化設計，并利用渦流理論方法對變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼機的懸停和巡航性能進行計算。同時，國外有關(guān)文獻指出，槳尖后掠等復雜氣動外形對巡航性能無關(guān)緊要，并且槳尖速度越小，巡航效率越高。

總的來看，國外主要在變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼機風洞試驗、結(jié)構(gòu)設計等方面展開了一些實質(zhì)性工作。

停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)發(fā)展

另一種兼顧懸停效率和巡航效率的構(gòu)型是停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機（Stop/ Fold Tilt Rotor）。這種構(gòu)型的傾轉(zhuǎn)旋翼機進入固定翼飛機巡航模式后，旋翼停止旋轉(zhuǎn)，并緊貼短艙折疊起來，以減小全機阻力。此時，發(fā)動機由渦軸模式轉(zhuǎn)入渦噴模式，為前飛提供動力。早在1972年2月，貝爾公司就制造了一副直徑為7.62m的停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼模型，并進行風洞試驗。但由于該旋翼結(jié)構(gòu)復雜，以及當時項目沒有變循環(huán)發(fā)動機技術(shù)的支撐，因此研究被暫時擱置。

兼具垂直起降和高速巡航能力的新構(gòu)型飛行器包括復合飛行器、傾轉(zhuǎn)旋翼機、傾轉(zhuǎn)機翼飛行器、傾轉(zhuǎn)涵道飛行器、停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機等。停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型對空機重量和功率的需求適中，并且擁有更大的飛行包線，最符合未來的軍事需求。圖6顯示，傾轉(zhuǎn)旋翼機的最大飛行速度不超過600km/h，飛行高度一般不超過8000m。而停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機最大飛行速度超過800km/h，飛行高度超過10000m，飛行包線接近固定翼民航客機飛行包線。如此優(yōu)異的飛行性能讓停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機擁有更加廣泛的應用場景。

隨著變循環(huán)發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，2021年8月，貝爾公司推出軍用高速垂直起降（HSVOL）旋翼機概念方案。該方案涵蓋了從最大起飛重量為2t的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機到最大起飛重量為50t的傾轉(zhuǎn)旋翼有人機等多種機型。貝爾公司將停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機納入研究計劃，并于同年12月完成全尺寸驗證機停轉(zhuǎn)/折疊旋翼技術(shù)和飛控技術(shù)驗證試驗。該驗證機最大飛行速度預計達到740km/h，是V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機最大飛行速度的1.4倍。與此同時，貝爾公司為停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機申請了專利。由此可見，貝爾公司對停轉(zhuǎn)/折疊傾轉(zhuǎn)旋翼機研制充滿了信心。

此外，直升機模式和固定翼飛機模式下的旋翼變轉(zhuǎn)速技術(shù)可提高傾轉(zhuǎn)旋翼機的巡航效率，旋翼變轉(zhuǎn)速能力主要依賴于發(fā)動機變轉(zhuǎn)速能力。由于傾轉(zhuǎn)旋翼機前飛所需的拉力遠小于懸停時旋翼產(chǎn)生的拉力。因此，傾轉(zhuǎn)旋翼機以較小的旋翼轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)高速巡航的目標，同時降低旋翼型阻功率和誘導功率。目前的傾轉(zhuǎn)旋翼機基本都采用旋翼變轉(zhuǎn)速技術(shù)。

綜上所述，國外技術(shù)人員相繼展開了變直徑旋翼、停轉(zhuǎn)/折疊旋翼、變循環(huán)發(fā)動機等技術(shù)研究，力求不斷拓展傾轉(zhuǎn)旋翼機的飛行包線，希望在可預見的未來，研制出飛行速度接近亞聲速的傾轉(zhuǎn)旋翼機。

總結(jié)

本文對傾轉(zhuǎn)旋翼機構(gòu)型和相關(guān)技術(shù)發(fā)展進行分析。伴隨旋翼技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)、氣動分析方法的發(fā)展，傾轉(zhuǎn)旋翼機的飛行性能邊界將不斷拓展，速度-高度飛行包線逐漸向亞聲速固定翼飛機的飛行包線靠近。隨著傾轉(zhuǎn)旋翼機技術(shù)的日益成熟以及無人機技術(shù)的快速發(fā)展，傾轉(zhuǎn)旋翼無人機在軍用和民用領(lǐng)域中的應用場景將更加廣闊。