國外直升機的發展及在登陸中的應用研究

郝麗江 張 耀

(石家莊陸軍指揮學院 河北 石家莊 050000)

國外直升機的發展及在登陸中的應用研究

郝麗江 張 耀

(石家莊陸軍指揮學院 河北 石家莊 050000)

根據直升機的技術特征和構型特點，將直升機分為復合式、傾轉式及停轉3種類型。在梳理3類直升機技術發展歷程的基礎上，分析了國外直升機的型號與技術發展規律。

直升機；當前現狀；發展趨勢；對策

直升機是人類研制的仿生機械中最成功的發明之一，以其突出的懸停、低空低速和良好的機動性能，在世界各國經濟建設、人們日常生活及現代戰爭中發揮了不可替代的重要作用。然而，常規的單旋翼帶尾槳直升機受自身構型的影響，在大速度平飛時前行槳葉接近聲速，后行槳葉出現反流區，帶來旋翼升力降低、阻力及功率需求激增，因此，常規構型直升機的最大速度與航程等性能指標難以提升，飛行效率受到諸多限制。

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

經歷幾十年的發展，雖然直升機取得了長足的進步，但世界各國一直在探索突破直升機速度限制的新構型和新概念，研究提升直升機速度的不同方法和途徑。

尤其近年來，隨著X2，X3等新構型技術驗證機連續突破直升機的速度限制，以400km/h以上的高速為典型特征的下一代直升機“呼之欲出”，直升機技術已成為新一代直升機裝備和產品的技術制高點，世界各國在相應領域的技術競爭也到達了白熱化階段。本文針對直升機技術特征和構型特點，將直升機分為復合、傾轉及停轉3類，并梳理了3類高速的技術發展歷程，分析了國外直升機的典型發展規律，在此基礎上提出實現中國直升機跨越發展的建議和措施。

表1 不同時期典型直升機速度

一、直升機分類

根據直升機的構型特征、技術特點、飛行與操縱原理，可將直升機分為：復合式、傾轉式和停轉式，見圖1。

圖1 直升機分類

復合式直升機是在常規旋翼/ABC 旋翼的基礎上，通過配置輔助推進或升力裝置實現高速飛行。如X3型即是通過短翼實現前飛時為旋翼卸載，并依賴輔助螺旋槳推進實現高速前飛。復合式直升機的最大特點是：旋翼在飛行包線內的功能變化相對較小，確保其低空低速性能和近地面機動能力不低于常規構型直升機，同時實現了較高的平飛速度。

缺點是：未從根本上改變高速飛行前后行槳葉氣流不對稱的問題，直升機的振動問題突出，

最大平飛速度很難超過500km/h。根據國外數據統計，復合式直升機的類型最多，占50%以上。傾轉式直升機通過轉換旋翼功能實現高速飛行，即利用傾轉機構實現其主要的氣動部件在旋翼與螺旋槳之間轉換，從而實現懸停、低速飛行和垂直飛行時以直升機模式飛行，高速時以螺旋槳飛機模式前飛，從而兼顧低速與高速飛行性能。

傾轉式直升機兼顧了直升機與螺旋槳定翼機的特點，具有“跨界”特征。傾轉式直升機可實現更高的平飛速度(500～600km/h)，具有振動小、噪聲低、經濟性好的優點，但近地面機動能力比復合式要低，飛行控制系統和 動 力傳動系統 更為復雜。

停轉式直升機是通過控制氣動部件在低速和高速狀態的運行方式，實現兼顧低高速飛行的目的。即低速狀態旋翼旋轉以提供氣動力，高速狀態槳葉停轉(S-72，X-50A)或 者收縮(盤翼旋翼機)，以定翼機方式提供氣動力。停轉類是一種較新穎的直升機，兼顧了直升機的特點，并通過噴氣發動機等可實現更高速度的飛行；缺點是旋翼系統要兼顧旋轉和固定/收縮狀態，氣動效率較低，飛行控制系統更為復雜。

二、直升機研究進展

(一)復合式

早在20世紀40年代常規構型直升機投入應用開始，人們就開始探索提高直升機飛行速度的各種可能方案。例如，在1936年實現試飛的德國人安東弗蘭特納設計的試驗機“弗蘭特納”

F1 185，是目前有據可查的最早的復合式直升機，其特點是在常規構型直升機的機頭安裝了提供推力的螺旋槳。

目前較成功的復合式高速旋翼機構型有空客直升機公司的X3構型和美國西科斯基公司的X2構型。X3構型復合式高速旋翼機解決了因“旋翼前傾導致阻力大，升力不夠”而限制飛行速度的問題，并通過降低旋翼速度來推遲大速度前飛 時 前 行 側 激 波的出現，巡航速度最高達到了430km/h，顯著高于常規直升機。但是旋翼轉速的降低會引起后行側剖面速度減小，為滿足升力平衡需要增加迎角，后行側槳葉易出現失速；并且機翼的存在會導致橫滾轉動慣量變大，橫滾機動能力下降，無法滿足武裝直升機機動作戰使用要求。

西科斯基公司X2構型的主要特點是采用ABC旋翼(即前行槳葉概念)，基于共軸剛性反轉的旋翼系統，保證了直升機固有的懸停和低速性能，在高速狀態，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構型復合式直升機發展之初，暴露了振動載荷大、操縱難、槳轂阻力大、高速經濟性差等缺點，經過近40年的技術發展，振動水平已由最初的0.3降到了目前的0.1以下。解決了縱向操縱不足的問題，操縱功效達到普通直升機的3倍，槳轂阻力由全機的50% 持續降低，最大巡航速度達到了463km/h。目前，西科斯基公司的S-97復合式直升機已進入型號研制階段。

(二)傾轉式

國外傾轉旋翼機技術的發展可分為3個階段。第一個階段從20世紀50年代到1977年完成 XV-15的試飛驗證，通過艱難探索，從飛行原理的角度驗證了“傾轉旋翼”概念的可行性和優越性。期間，共有8種傾轉旋翼機進行了飛行試驗，包括傾轉機翼和傾轉旋翼兩種形式。第二階段為批量裝備階段。

20世紀80年代美國的貝爾和波音共同研制第二代傾轉旋翼機V-22，該機巡 航 速 度 為463km/h，有效作戰半徑為722km，并在2002年定型裝備部隊。2007年，V-22正式進入伊拉克戰場執行 實 戰 任 務，至2013年底，美軍在本土及海外共部署超過了300架。以“魚鷹”進入“全速生產”階段并逐步裝備為標志，傾轉旋翼機技術已趨于成熟。

美國和歐洲正在發展第3代傾轉旋翼機，V-280在 V-22傾轉旋翼機的基礎上進行了技術升級，提升了低速飛行的機動性，并進一步提高運輸效率和航程，是具備運輸型和攻擊型的傾轉旋翼機平臺。波音公司在美國國防部的“垂直起降試驗飛機”項目中提出了“幽靈雨燕”傾轉旋翼機方案。

歐洲直升機公司聯合實施了總質量為10T 級、20座的“埃瑞卡”傾轉旋翼機研究方案，并向歐洲第五框架研究計劃尋求經費支持，該方案旨在進一步提升傾轉旋翼機的效率。

(三)停轉式

可停轉旋翼直升機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，旋翼的高速旋轉使得其能夠像普通直升機一樣垂直起降和低速飛行；當旋翼鎖定作為固定翼時，飛機以固定翼模式飛行，徹底解除了旋翼旋轉引起的氣流不對稱對直升機飛行速度的限制，從而能夠進行高速飛行。美國 x-50a“蜻蜓”鴨式旋翼/機翼飛行器是可停轉旋翼直升機的最新發展代表，其特點是具有較大尺寸的鴨翼和水平尾翼，去除尾槳，在過渡飛行時鴨翼和水平尾翼提供平飛所需升力從而使得旋翼/機翼完全卸載并停轉鎖定。另一種可停轉旋翼直升機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。因為這些槳葉的位置在外側，具有較高的圓周速度，因此能產生足夠大的升力，實現垂直起降和懸停。大速度時轉為飛機模式，小槳葉縮進翼盤中，盤翼停轉，并產生升力。從現階段技術發展水平看，停轉類直升機如果圖8 盤翼式停轉直升機完全擺脫常規直升機設計和限制要素，將性能追求到極致仍是不太現實的。但不可否認，停轉類直升機仍是直升機未來發展的一大方向。

三、直升機在登陸行動中的應用

(一)確保航渡編隊的空中安全

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

(二)輸送特種作戰分隊秘密上岸

在航渡編隊出發之前、同時或稍后,利用夜暗、濃霧或不良天候,由直升機搭載精干的特種作戰分隊,貼近海面飛向敵岸,在敵意想不到的地_點秘密上陸,潛伏在敵指揮所、機場和后方重要基地附近,偵察敵情,接收敵無線電信號,并準備在適當的時機用火力將其摧毀。

(三)協助破障分隊開辟通路

直升機在登陸前的破障行動中具有明顯的優勢。一是可以把工兵和加強的分隊快速輸送至破障地段,破障成功后迅速轉移。二是機動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。三是以火力摧毀對破障分隊威脅較大的敵火力點、艦艇和地面裝甲目標,掩護破障分隊行動。

四、結論

直升機具備其他飛行器無法實現的垂直起降、空中懸停和低速機動能力，能夠在地形復雜的環境進行起降和低空飛行，獨特的飛行特點決定了其不可替代的作用。作為軍民通用的航空器，直升機在軍事領域具有廣泛的用途，是國家綜合實力的重要標志之一，直升機產業是事關國家安全、經濟建設和科技發展的高科技戰略產業，具有知識密集、產業關聯性強、高投入、高產出、高風險、周期長的特點。本文重點對國外直升機技術發展現狀進行了分析，指出了國內直升機技術水平與國際一流水平的差距，結合國際直升機技術發展趨勢，為我國直升機技術的發展提供了思路。

[1]倪先平．直升機手冊[M]．北京：航空工業出版社，2013．

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

郝麗江(1990-)，碩士研究生，石家莊陸軍指揮學院。