X-49A“速度鹰”验证机

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高速、远距的诱惑

基本技术分析

低成本引领未来

高速、远距的诱惑

能够让飞行器不依靠特殊场地就可以使用是设计师和使用者的梦想,直升机就是这一愿望在技术上所取得的最终成果,现代化直升机虽然满足了起降不需要特殊场地的优点,但是依靠旋翼装置作为升力和动力的驱动设计方法,却使直升机在飞行速度和航程上远远的低于常规推进式螺旋桨飞机。改变直升机速度慢的问题是各国直升机设计师努力的重点,曾经出现的X翼飞机和V-22鱼鹰”倾转旋翼机也都是为了解决这个问题。虽然X冀机和V-22都能满足性能指标的要求,但是这些方案在成本和技术难度上都远比传统的直升机要高,而且复杂的动力和飞行控制系统也使可靠性和飞行安全性存在缺陷。 X-49A“速度鹰”(Speedhawk)是由美国军方提供经费开发的高速直升机技术验证和发展项目,目标是通过对直升机动力系统的改进设计,大幅度提高现役直升机的飞行速度、作战半径、飞行性能和任务灵活性。X-49A最初的计划是作为海军执行扫雷任务的一个潜在的平台,而美空军则计划用X-49A的技术来改进HH-60直升机,用于执行“战斗搜索和救援”(CSAR)任务,并且可以凭借高速度的优势扩大军用直升机的应用范围。X-49A的背后寄托着美国陆、海、空三军对高速直升机的希望。X-49A相对于高风险的V-22和不成熟的X翼机的最大优势就是便宜和低风险,而且还可方便利用现有直升机的机体进行改装,无论是在研制还是装备、维护方面都对用户有着很大的吸引力。

基本技术分析

X-49A是在SH-60F“海鹰”直升机上加装机翼及矢量推力涵道螺旋桨推进器(VTDP)的复合直升机,技术目标是提高现役陆军直升机的速度、航程和飞行高度,并且在需要的时候可以利用X-49A的技术对现有直升机进行改进设计,这就决定了X-49A利用现役直升机改造的特点。X-49A在2007年6月30日的首飞,是提高直升机飞行速度的长期努力的新成果。X-49A在首飞的15分钟里进行了基础的悬停、转弯和低速度下的前飞和侧飞,成功证明了使用VTDP可以提供有效的配平能力,在取消尾桨后的抗扭矩和方向控制方面以可以满足安全使用的要求。“速度鹰”机身侧面增加的固定机翼可以在前向飞行时提供所需要的部分升力,翼面上装有襟副翼在增升的同时还能够起到一定的控制作用。动力系统结构的变化可以同时提高X-49A相对SH-60的飞行速度和航程。按照目前设计单位公开的数据来看,X-49A的飞行速度超过390千米,小时。而动力系统工作效率的提高也可以将直升机典型任务的作战半径由200千米提高到约500千米,原本只能在战区行动的UH/SH-60在进行类似改进后就可以执行纵深作战任务,能够在离基地更远的距离上完成比现有直升机复杂得多的任务。 X-49A起降时的动力装置工作方法与常规直升机没有什么不同,但是在利用VTDP产生推进力和为固定翼面提供升力时,X-49A的动力功率分配和控制方式则更加类似旋翼机的飞行原理。SH-60直升机传统的螺旋桨在起降时的作用没有变化,原本由尾桨担负的抵消旋翼扭矩的功能由VTDP完成。而在直升机平飞时,VTDP为直升机提供向前飞行的主要动力,这就使“速度鹰”的主旋翼不需要全面承担拉动直升机飞行的功能。新增短翼产生的升力也可以部分分担旋翼螺旋桨的作用。这样一来,更高效率的组合动力系统使典型的直升机在进行改进后,速度、航程和飞行高度都有所提高,性能更加接近常规螺旋桨飞机。

低成本引领未来

X-49A目前存在的问题主要是VIDP的结构重量超过了传统的尾桨,这样就在垂直起降和悬停时增加了升力螺旋桨的负担,而且在整机结构重量分配和装载有效载荷的工作中也存在问题。庞大的机尾涵道体积和被弹面过大,对于地形干扰和外力破损的敏感程度也要比常规的UH-60高。因此,现在就说X-49A的技术改进措施满足实用性要求还为时过早。 尽管目前X-49A还存在一些不足,但是VIDP提供的高速飞行能力的确可以改善直升机的作战性能,在垂直起降时可以提供直升机更高的飞行速度和更大的升限。如果采用复合动力短距起飞也可以大幅度提高有效载荷和航程,尤其作为舰载直升机执行搜索和反潜任务时,更大的飞行速度和作战半径能提高作战效率。在陆军航空兵直升机部队中也适合担负对速度要求较高的救援和侦察任务。 “速度鹰”直径约2.4米的涵道推进螺旋桨已经通过了基础的结构测试,动力传动系统和减速装置也即将完成寿命和可靠性试验,在展示出技术可行性的同时也兼顾了技术上的可靠性。 X-49A采用验证机的X而不是原型机的Y作为样机的编号,代表着它仍然属于不成熟的试验性系统,未来能否作为改进美国军队现役直升机的措施,关键是其综合技术水平和效费比是不是具备足够大的吸引力。根据现有的投资规模可以感受到项目的实用化要求并不迫切,而且美军投资的类似项目也并不仅仅只有X-49A,只是用X-49A的技术改进现有直升机的条件上略有优势,属于利用现有技术和基础平台进行改进提高的组合式技术方案。 X-49A项目为验证新技术而投入的资金和技术资源可说是微不足道,但在投入和使用的技术对比上可说是低成本的典型。该项目涉及到气动、结构、动力和控制等非常广泛的范围,对动力装置的改进设计涉及到了直升机的整个性能指标变化。但采用这些大胆和激进的技术,最终目标也不过是在全新设计的高速直升机成熟前,提供技术储备和在必要的情况下满足现役飞机性能提高的需要。 在美国航空技术发展过程中经常可以看到类似的低成本技术验证机,在有限的投入下却可以获得非常可观的技术收获,是在实践方面推动美国整体航空技术快速发展的重要动力来源。X-49A激进的技术途径与保守的应用前景是美国雄厚航空技术基础的表现。通过美国航空工业长期以来所发展的大量技术验证机来看,可以感受到在雄厚航空基础、创造力和进取心背后认真谨慎的态度。

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