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重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK
2019-09-23 00:08:56

美国直升机已经领先?

当西科斯基-波音公司合作打造的SB>1掠夺者复合式直升机腾空而起,当贝尔公司的V-280勇气倾转旋翼机呼啸而过,当AVX、卡瑞姆等公司凭借种种新颖构型的高速旋翼飞行器获得美国陆军的青睐之时,俄罗斯的直升机专家已经能够确认“重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK高速”已经成了美国下一代军用直升机的关键指标,更重要的是:美国陆军已经通过“未来垂直升力计划”,经由多家军事-工业综合体之手实现了多型原型机的研制和测试工作,下一代高速直升机似乎已经近在眼前,而美国则当之无愧是这一领域的领头羊,甚至是“独角兽”。

▲贝尔的V-280倾转旋翼机可谓是下一代旋翼飞行器中飞行速度最高的飞行器

这一结果,对于那些在国际上久负盛名的米里、卡莫夫直升机厂的重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK直升机专家而言显然是难以接受的——要知道,俄罗斯在直升机技术方面多年来一直与美国并驾齐驱——如果不考虑产量只考虑技术的话——或许还有过之而无不及——难道如今,美国直升机已经要将俄罗斯甩在身后了吗?

▲上世纪,卡-22复合式直升机诞生的时候,创造了一系列世界第一记录,完全掩盖了美国直升机的风头

为了应对这一“恶劣的重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK局势”,保持俄罗斯直升机在国际军民航空领域的影响力,俄罗斯也曾尝试出台过“轰轰烈烈”的《新一代高速旋翼飞行器计划》(New Generation High-Speed Rotary-Wing Aircraft Project),其中包括和西科斯基的SB>1概念类似的卡-92复合式共轴高速直升机、和曾经的皮亚塞基速度鹰类似米-X1复合式高速直升机、以及类似于支奴干加装辅助推进装置的卡-102复合式高速直升机等等。

▲如果不关注两侧的辅助推进螺旋桨,卡-102复合式直升机几乎就像是波音CH-47支奴干直升机的某种衍生型号

可惜的是,俄罗斯经济确实不景气,有限的国防预算基本都只能用在改进和升级现有的“畅销”机型,对于这种新概念的探索实在很难落实到原型机的打造上,所以上述机型都只能停留在概念阶段,根本没有机会像SB>1或者V-280那样翱翔长空。更值得玩味的是,这一系列看似很热闹的俄罗斯新一代高速旋翼飞行器个个都像是某种程度上的“山寨货”——每一种新概念上都能看到美国直升机的身影——俄罗斯直升机似乎已经陷入了一种“失去先机”的困境,处处都要受到美国的掣肘。

▲卡-92复合式直升机的旋翼系统和西科斯基的前行桨叶概念共轴刚性旋翼如出一辙

这种情况下,俄罗斯的直升机专家该怎么办?

俄罗斯打算如何破局?

在这种情况下,对俄罗斯直升机而言,最重要的是什么?答案其实很简单:认清自己。

对美国军队而言,他们有着长期的两栖作战和远征突击需求,所以说,直升机高速机动能力相对而言是非常重要的,这一点在美国陆军的“未来垂直升力计划”指标要求中也是相当明确的。

▲美国直升机发展的速度和统治地位几乎已经无法撼动了

对于俄罗斯军队来说,其目标需求则不尽相同。事实上,俄罗斯直升机的下一代发展规划中,其需求主要集中在:①在北极、西伯利亚远东等地区的开发提供运输和后勤支持;②在对应地区没有机场的地方提供搜索、救援、区域人员运送、紧急医疗救援和人道主义行动支持;③在边界和局部冲突地区开展“反恐行动”和小规模军事行动支持等等。

▲俄罗斯的北极战略需要新一代高速直升机的支撑(图为俄罗斯北极高速直升机的一种概念)

从这些具体需求来看,俄罗斯确实需要打造一种高速型直升机来提高支援能力和效率,但是相对美国来说,俄罗斯特有的任务需求(尤其是在北极的那些需求)则需要更关注直升机的垂直起降和悬停性能以及尽可能高的运输续航能力,远征突击能力这种要求则应该相对淡化。这也就意味着,俄罗斯实际上并不迫切需要一种类似倾转旋翼机那样的飞行器,因为尽管倾转旋翼机能够实现接近固定翼飞机的飞行速度,但是其载重能力和悬停效率却远远弱于常规直升机,从这个角度来说,俄罗斯需要的更是某一种介于常规直升机和倾转旋翼机之间的直升机。

▲直升机最大飞行速度对比,其中蓝色虚线对应的倾转旋翼机直升机模式,蓝色实线对应倾转旋翼机固定翼模式

在认清自己实际需求的情况下,米里直升机厂创新中心终于决定要打造一型真正属于俄罗斯的新一代复合式高速直升机,为此他们推出了“先进高速复合式交叉布局直升机概念研究和基于缩比模型和全尺寸模型的关键技术发展演示项目”,并为此打造了米-450高速型复合式直升机的概念。

米-450横列式旋翼复合重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK式高速直升机概念

▲米-450三维模型电子样机

为什么叫米-450呢?其实这是一种简单粗暴的命名法,其内涵就是该机的巡航飞行速度至少能够达到甚至超过450千米/时(远超常规直升机,不过相比倾转旋翼机还差一些)。

为验证新一代复合式直升机的巡航速度能够超过每小时450公里,俄罗斯米里直升机工厂决意采用一种新颖的横列布局的双旋翼复合式直升机构型,其主要结构特征如下:

①采用了一种新型旋翼系统,该旋翼系统由两副安装在两侧短机翼上方的刚性旋翼组成,两副刚性旋翼在高速前飞的状态下其旋翼转速能够降低;

②采用了模块化的扭矩分离变速箱组成,配备了大直径传动轴,传动轴内部安装了桨叶桨距电传操纵驱动装置;

③旋翼桨叶桨根部位内嵌安装了挥舞铰/摆振铰;

④该机的机身为固定翼运输机机身配置,并配装了高能量吸收式起落架和新一代的机载系统。

▲米-450复合式高速直升机的三视图

那又为什么要采用横列式设计?

米-450的旋翼和传动重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK系统的设计和技术特点使得该机能够避免卡-22横列式复合式直升机的设计缺陷【笔者注:卡-22设计之初在操纵控制系统和动力传动系统方面都碰上了显著的技术障碍,但是在苏联直升机专家的奋力攻坚之后,操控系统问题解决了,但是复杂的传动系统问题一直没能妥善解决,直到试飞仍然存在】,卡-22当时就是因为存在这一关键缺陷而坠毁并导致了项目的最终取消,米-450的布局相比卡-22就合理了许多。除此之外,横列式布局还能在某种程度上规避单旋翼和共轴双旋翼直升机固有的垂直增重问题。

▲米-450复合式高速直升机的渲染图

研究结论认为,与常规直升机和倾转旋翼机相比,米-450复合式直升机在100~400千米/时的速度下水平飞行时功率消耗要低得多。不过从另一方面来说,由于旋翼下洗流导致的机翼增重和尾迹干扰问题会使得该机在悬停和低速飞行时消耗更多的功率。值得注意的是,尽管在上述某些情况下,米-450的功率消耗会增大,但是相比倾转旋翼机,其增大的幅度没有那么惊人,且其自转下滑性能也没有像倾转旋翼机那么差。

从总的运输效率来说,米-450是要高于传统直升机的,从数据分析来看,其性能接近倾转旋翼机的水平。

​▲和米-450吨重振俄罗斯航空荣光,米里规划局选用新式直升机规划,与美正面PK位近似的倾转旋翼机三视图(示意图)

综合上述,相比倾转旋翼机这类飞行器,米-450的主要优势有如下方面:

①结构简单且重量较轻,研制、生产、认证、操作和维护成本都会比较低;

②较低的桨盘载荷、较高的旋翼转动惯量和较小的桨叶负扭度使得该机在发动机故障或者受损的情况下能够安全地自转降落;


米-450高速型直升机除了在布局上的创新之外,也“引入”了不manage少美国直升机界的尖端技术,比如说:主旋翼降转速技术、前行桨叶概念技术、降噪设计技术等等,总的来说,虽然区区一个概念设计样机无法撼动西科斯基、贝尔、波音等美国航空公司在世界直升机界的统治地位,但是至少让人看到了俄罗斯在高速直升机方面的积极探索和尝试,对于航空技术的发展何尝不是一件好事?