傾轉旋翼機發展史話

曹素琴 王寶

什么是傾轉旋翼機？它的基本設計思想是：通過傳動裝置，驅動裝在機翼翼端的兩臺發動機上的旋翼。當發動機位于垂直位置時，旋翼軸向上，由旋翼產生的拉力可使直升機垂直起飛。當飛機需要巡航飛行時，發動機連同旋翼軸一起傾轉至水平位置，使旋翼變成螺旋槳，此時，由旋翼產生拉力，機翼產生升力，以維持飛機水平飛行。

傾轉旋翼機的發展并非一帆風順，在過去的半個世紀里，共開發研制過43種不同的型號，但多數以失敗而告終。只有貝爾公司成功地研制出了XV－3， XV－15及貝爾/波音V－22系列傾轉旋翼機。下面以XV－3、XV－15、V－22為例，將傾轉旋翼機發展歷程作一簡單回顧。

XV－3，傾轉旋翼機的雛形傾轉旋翼機的研制始于50年代的貝爾XV－3。1951年，美國軍方提出“陸軍－空軍聯合作戰”計劃，貝爾直升機公司在空軍的支持下開始研制XV－3傾轉旋翼機。當時，美國一家飛機公司已開發出一種輕型傾轉旋翼機“1G”模型，但該機由于旋翼系統的機械故障，試飛未能獲得成功。

貝爾直升機采用“1G”模型的設計思想，研制出兩架XV－3原型機。原型機的機身長9.3米，旋翼直徑7米，翼展16米，全機總重量約為2218公斤（包括燃油、飛行員和機載設備），原設計總重為2131公斤。XV－3為單座，設置了向下彈射的飛行員彈射座椅系統。動力裝置采用普惠公司的R985“小黃蜂”發動機，功率為450馬力。

XV－3的第一架原型機于1955年8月進行了首次飛行試驗，但這次飛行僅試驗了垂直升降模式。兩個月后，該機墜毀，未完成模式轉換飛行。貝爾公司不得不對第二架原型機進行全面風洞實驗。與此同時，飛行員也練習飛機模式轉換程序和起落架的收放。完成模式轉換程序需要20秒鐘，要求飛行員能熟練操縱槳距操縱桿和燃油控制桿。風洞實驗表明，XV－3旋翼系統存在氣動彈性不平衡的問題，為此，設計人員將XV－3的3片槳葉鉸接式旋翼系統改為2片槳葉半剛性旋翼系統。

XV－3的第二架原型機于1958年12月12日在愛得華茲空軍基地首飛，6天后，該機的兩副旋翼實現了90度完全模式轉換飛行，整個轉換過程僅需10秒鐘。該機累計飛行256次，完成了110次完全模式轉換。它以飛機模式飛行的最大速度可達213公里/小時，小角度俯沖速度可達287公里/小時。但是，由于愛得華茲空軍基地海拔高度的影響，發動機的動力以顯不足，因此XV－3沒能進行懸停試驗。

正如人們推測：XV－3采用的橫列式旋翼存在著不穩定性，飛機的性能受到嚴格限制。1965年在風洞實驗中，第二架原型機的旋翼與機身脫離，飛機以在風洞中解體而告終。

但是，XV－3輕型傾轉旋翼機的成功飛行試驗，證實了傾轉旋翼概念具有強大的生命力，它必將引起美國航空航天局的關注。

XV－15，傾轉旋翼機的進步1972年，美國航空航天局和陸軍開展了一項全新的、以渦軸發動機驅動的傾轉旋翼機計劃。該計劃擬訂生產兩架原型機，耗資4000萬美元。波音和貝爾公司分別提出設計方案。經過全面評估，貝爾公司于1973年獲得此項合同。

貝爾直升機公司生產的第一架XV－15原型機，于1977年5月在得克薩斯州阿林頓機場完成首次懸停試驗，在3個小時的短暫飛行后，該機進行了多項風洞實驗。風洞實驗以遙控方式在風洞中進行，以調查不同轉換飛行模式的情況和尋找動力不平衡的原因。第二架原型機1979年4月23日進行首次懸停試驗，7月24日完成了直升機模式和飛機模式的相互轉換。到1986年，該機累計完成1500次模式轉換飛行。

XV－15的原型機最初采用T－34C渦槳發動機作為動力裝置，但實驗證明，T－34C達不到高性能傾轉旋翼機的要求。以后又曾采用過T－37發動機，但在一次飛行試驗中，由于這種發動機出現了故障，貝爾公司最終選擇了萊康明公司功率為1155千瓦的T53－TLCIK－4K渦軸發動機。試驗中，XV－15飛機在短距起落時的最大起飛重量為6804公斤，水平飛行速度為555公里/小時，最大俯沖速度為639公里/小時，滑行速度為46公里/小時，滑行距離為61米，飛機能懸停，并能以74公里/小時的速度后退飛行。

1981年，第一架XV－15原型機代表貝爾公司和美國陸軍在巴黎航展上展出，它在連續11天的飛行表演中，給世界直升機協會留下了深刻印象。有兩天的飛行表演，XV－15都是當天唯一進行飛行表演的飛機。XV－15飛機在此次航展上卓越的、具有創造性的表演，促使了JVX，即后來V－22計劃的誕生。

XV－15的兩架原型機一直進行著飛行試驗，直至1992年第一架原型機失事。第二架原型機于1994年由美國國家航空航天局返回貝爾公司，用作民用傾轉旋翼機的試驗機并進行聲學實驗。

傾轉旋翼機的成熟V－22“魚鷹”，1986年，美政府實施了“多軍種先進垂直起落飛機”計劃，美國陸軍全面負責計劃的實施。不久，資金問題迫使陸軍退出“多軍種先進垂直起落飛機”計劃，該計劃轉而由海軍負責。

該計劃原型機最早定名為JVX，由貝爾和波音直升機公司聯合研制。第一架原型機于1988年5月出廠，1989年3月首飛，同年9月實現了模式轉換飛行。恰在此時，生產合同被美國國防部取消。事后來看，取消生產合同是明智之舉，當時“魚鷹”還不具備生產條件，原型機存在許多設計缺陷，例如：V－22的座艙設施在遇到緊急情況時，不能及時、有效地為飛行員提供關鍵信息，座艙內的儀表布局也與常規布局不一樣等等。總之，機身設計和儀表設置沒能借鑒以往的成功經驗，V－22并不適合軍用。

1992年6月，V－22的第四架原型機在維吉尼亞州失事。事故調查表明：飛機在模式轉化飛行時，右發動機發生故障。這次意外事故當然不是傾轉旋翼概念的錯誤，所以設計人員通過發動機設計的改進和增加保護措施，已避免了這類事故再次發生的可能性。

剩下的兩架原型機繼續進行飛行試驗。1995年，已退役的第二架V－22原型機與保留下來的XV－15參加了巴黎航展。波音/貝爾合作研制的V－22傾轉旋翼機在航展上大出風頭，贏得眾人青睞。

V－22的空機重量為14433公斤，機長17.5米，機高為6.4米，俯沖速度為556公里/小時，作戰航程大于853公里，動力裝置采用艾利遜公司的兩臺T406－AD－400渦軸發動機，單臺功率達4586千瓦，由于采用了這種低轉速、大功率的發動機，因而噪音很低，這對軍用、民用都很有價值。

V－22的良好性能引起了美國軍方的極大興趣，美國各軍種紛紛訂貨，并提出了各自不同的設計要求。海軍陸戰隊把設計型號訂為“MV－22A”型，用于取代正在服役的CH－46和CH－53直升機，要求能以463公里/小時的速度飛行，執行3700公里作戰半徑的戰斗任務，具體要能運輸24名全副武裝的陸戰隊士兵，能有4540公斤的外掛重量的能力；海軍則把型號定為“HV－22A”，用于取代目前在海軍服役的HH－3直升機，要求能以463公里/小時的速度飛行，執行852公里作戰半徑的戰斗、搜索和救援任務；海軍還提出一種反潛型，定型為“SV－22”，用于取代目前的固定翼飛機S－3“海盜”；空軍則把型號定為“CV－22A”，將用它為特種作戰部隊提供新的全球范圍作戰能力，要求能在任務半徑為1297公里的范圍內運輸12名特種兵，或能在463公里/小時的速度下，運送1300公斤物資飛行1297公里；美國陸軍則同意以海軍陸戰隊的型號為標準，但要改為比較適用陸上的作戰型，用來執行多種戰斗運輸任務。

1998年9月，V－22進入生產型開發階段，該階段的工作包括為期8個月的作戰評估，一個月的海上試驗，以及對動力裝置的驗證。生產型V－22比原型機作了許多改進，包括：儀表板、操縱桿、起落架定位裝置等，并加強了鋁機艙的結構。目前4架V－22的生產型試驗飛機已累計試飛約1000小時，在試飛過程中未發現任何大的設計失誤與性能不良問題。

1999年2月，貝爾公司開始在阿馬里洛工廠總裝首架海軍用的生產型MV－22傾轉旋翼機，這標志著生產型開發階段的結束。同年5月，首架生產型MV－22交付美國海軍陸戰隊的VMMT204訓練中隊，第二架于7月交付。

空軍的CV－22型的12項設計評審工作的最后一項，已于1998年12月完成。1999年4月，貝爾公司生產的第七架和第九架V－22被改裝成美國空軍特種作戰機型。CV－22的首架生產型樣機于1999年10月首飛，2000年將交付美國空軍，以進行為期12個月的試驗。

展望從最早的XV－3開始，歷時近半個世紀，傾轉旋翼機技術才趨向成熟。現在，該機型已向民用發展。貝爾－609傾轉旋翼機就是軍轉民的一個成功之作，主要采用V－22軍用型的設計技術。

貝爾和波音公司在成功研制了具有兩副旋翼的V－22傾轉旋翼機后，又在此基礎上提出了研制具有四副旋翼的傾轉旋翼機設計方案，其目的是想用這種垂直起飛總重和最大有效載荷均為V－22兩倍的大型傾轉旋翼機作為老齡重型運輸直升機和戰術運 輸機的替代機種。這個計劃已經引起了包括海軍陸戰隊在內的一些用戶的興趣。預計在21世紀，傾轉旋翼機將全面投入使用，并將繼續得到發 展。■