倾转旋翼机发展史话

曹素琴 王宝

什么是倾转旋翼机？它的基本设计思想是：通过传动装置，驱动装在机翼翼端的两台发动机上的旋翼。当发动机位于垂直位置时，旋翼轴向上，由旋翼产生的拉力可使直升机垂直起飞。当飞机需要巡航飞行时，发动机连同旋翼轴一起倾转至水平位置，使旋翼变成螺旋桨，此时，由旋翼产生拉力，机翼产生升力，以维持飞机水平飞行。

倾转旋翼机的发展并非一帆风顺，在过去的半个世纪里，共开发研制过43种不同的型号，但多数以失败而告终。只有贝尔公司成功地研制出了XV－3， XV－15及贝尔/波音V－22系列倾转旋翼机。下面以XV－3、XV－15、V－22为例，将倾转旋翼机发展历程作一简单回顾。

XV－3，倾转旋翼机的雏形倾转旋翼机的研制始于50年代的贝尔XV－3。1951年，美国军方提出“陆军－空军联合作战”计划，贝尔直升机公司在空军的支持下开始研制XV－3倾转旋翼机。当时，美国一家飞机公司已开发出一种轻型倾转旋翼机“1G”模型，但该机由于旋翼系统的机械故障，试飞未能获得成功。

贝尔直升机采用“1G”模型的设计思想，研制出两架XV－3原型机。原型机的机身长9.3米，旋翼直径7米，翼展16米，全机总重量约为2218公斤（包括燃油、飞行员和机载设备），原设计总重为2131公斤。XV－3为单座，设置了向下弹射的飞行员弹射座椅系统。动力装置采用普惠公司的R985“小黄蜂”发动机，功率为450马力。

XV－3的第一架原型机于1955年8月进行了首次飞行试验，但这次飞行仅试验了垂直升降模式。两个月后，该机坠毁，未完成模式转换飞行。贝尔公司不得不对第二架原型机进行全面风洞实验。与此同时，飞行员也练习飞机模式转换程序和起落架的收放。完成模式转换程序需要20秒钟，要求飞行员能熟练操纵桨距操纵杆和燃油控制杆。风洞实验表明，XV－3旋翼系统存在气动弹性不平衡的问题，为此，设计人员将XV－3的3片桨叶铰接式旋翼系统改为2片桨叶半刚性旋翼系统。

XV－3的第二架原型机于1958年12月12日在爱得华兹空军基地首飞，6天后，该机的两副旋翼实现了90度完全模式转换飞行，整个转换过程仅需10秒钟。该机累计飞行256次，完成了110次完全模式转换。它以飞机模式飞行的最大速度可达213公里/小时，小角度俯冲速度可达287公里/小时。但是，由于爱得华兹空军基地海拔高度的影响，发动机的动力以显不足，因此XV－3没能进行悬停试验。

正如人们推测：XV－3采用的横列式旋翼存在着不稳定性，飞机的性能受到严格限制。1965年在风洞实验中，第二架原型机的旋翼与机身脱离，飞机以在风洞中解体而告终。

但是，XV－3轻型倾转旋翼机的成功飞行试验，证实了倾转旋翼概念具有强大的生命力，它必将引起美国航空航天局的关注。

XV－15，倾转旋翼机的进步1972年，美国航空航天局和陆军开展了一项全新的、以涡轴发动机驱动的倾转旋翼机计划。该计划拟订生产两架原型机，耗资4000万美元。波音和贝尔公司分别提出设计方案。经过全面评估，贝尔公司于1973年获得此项合同。

贝尔直升机公司生产的第一架XV－15原型机，于1977年5月在得克萨斯州阿林顿机场完成首次悬停试验，在3个小时的短暂飞行后，该机进行了多项风洞实验。风洞实验以遥控方式在风洞中进行，以调查不同转换飞行模式的情况和寻找动力不平衡的原因。第二架原型机1979年4月23日进行首次悬停试验，7月24日完成了直升机模式和飞机模式的相互转换。到1986年，该机累计完成1500次模式转换飞行。

XV－15的原型机最初采用T－34C涡桨发动机作为动力装置，但实验证明，T－34C达不到高性能倾转旋翼机的要求。以后又曾采用过T－37发动机，但在一次飞行试验中，由于这种发动机出现了故障，贝尔公司最终选择了莱康明公司功率为1155千瓦的T53－TLCIK－4K涡轴发动机。试验中，XV－15飞机在短距起落时的最大起飞重量为6804公斤，水平飞行速度为555公里/小时，最大俯冲速度为639公里/小时，滑行速度为46公里/小时，滑行距离为61米，飞机能悬停，并能以74公里/小时的速度后退飞行。

1981年，第一架XV－15原型机代表贝尔公司和美国陆军在巴黎航展上展出，它在连续11天的飞行表演中，给世界直升机协会留下了深刻印象。有两天的飞行表演，XV－15都是当天唯一进行飞行表演的飞机。XV－15飞机在此次航展上卓越的、具有创造性的表演，促使了JVX，即后来V－22计划的诞生。

XV－15的两架原型机一直进行着飞行试验，直至1992年第一架原型机失事。第二架原型机于1994年由美国国家航空航天局返回贝尔公司，用作民用倾转旋翼机的试验机并进行声学实验。

倾转旋翼机的成熟V－22“鱼鹰”，1986年，美政府实施了“多军种先进垂直起落飞机”计划，美国陆军全面负责计划的实施。不久，资金问题迫使陆军退出“多军种先进垂直起落飞机”计划，该计划转而由海军负责。

该计划原型机最早定名为JVX，由贝尔和波音直升机公司联合研制。第一架原型机于1988年5月出厂，1989年3月首飞，同年9月实现了模式转换飞行。恰在此时，生产合同被美国国防部取消。事后来看，取消生产合同是明智之举，当时“鱼鹰”还不具备生产条件，原型机存在许多设计缺陷，例如：V－22的座舱设施在遇到紧急情况时，不能及时、有效地为飞行员提供关键信息，座舱内的仪表布局也与常规布局不一样等等。总之，机身设计和仪表设置没能借鉴以往的成功经验，V－22并不适合军用。

1992年6月，V－22的第四架原型机在维吉尼亚州失事。事故调查表明：飞机在模式转化飞行时，右发动机发生故障。这次意外事故当然不是倾转旋翼概念的错误，所以设计人员通过发动机设计的改进和增加保护措施，已避免了这类事故再次发生的可能性。

剩下的两架原型机继续进行飞行试验。1995年，已退役的第二架V－22原型机与保留下来的XV－15参加了巴黎航展。波音/贝尔合作研制的V－22倾转旋翼机在航展上大出风头，赢得众人青睐。

V－22的空机重量为14433公斤，机长17.5米，机高为6.4米，俯冲速度为556公里/小时，作战航程大于853公里，动力装置采用艾利逊公司的两台T406－AD－400涡轴发动机，单台功率达4586千瓦，由于采用了这种低转速、大功率的发动机，因而噪音很低，这对军用、民用都很有价值。

V－22的良好性能引起了美国军方的极大兴趣，美国各军种纷纷订货，并提出了各自不同的设计要求。海军陆战队把设计型号订为“MV－22A”型，用于取代正在服役的CH－46和CH－53直升机，要求能以463公里/小时的速度飞行，执行3700公里作战半径的战斗任务，具体要能运输24名全副武装的陆战队士兵，能有4540公斤的外挂重量的能力；海军则把型号定为“HV－22A”，用于取代目前在海军服役的HH－3直升机，要求能以463公里/小时的速度飞行，执行852公里作战半径的战斗、搜索和救援任务；海军还提出一种反潜型，定型为“SV－22”，用于取代目前的固定翼飞机S－3“海盗”；空军则把型号定为“CV－22A”，将用它为特种作战部队提供新的全球范围作战能力，要求能在任务半径为1297公里的范围内运输12名特种兵，或能在463公里/小时的速度下，运送1300公斤物资飞行1297公里；美国陆军则同意以海军陆战队的型号为标准，但要改为比较适用陆上的作战型，用来执行多种战斗运输任务。

1998年9月，V－22进入生产型开发阶段，该阶段的工作包括为期8个月的作战评估，一个月的海上试验，以及对动力装置的验证。生产型V－22比原型机作了许多改进，包括：仪表板、操纵杆、起落架定位装置等，并加强了铝机舱的结构。目前4架V－22的生产型试验飞机已累计试飞约1000小时，在试飞过程中未发现任何大的设计失误与性能不良问题。

1999年2月，贝尔公司开始在阿马里洛工厂总装首架海军用的生产型MV－22倾转旋翼机，这标志着生产型开发阶段的结束。同年5月，首架生产型MV－22交付美国海军陆战队的VMMT204训练中队，第二架于7月交付。

空军的CV－22型的12项设计评审工作的最后一项，已于1998年12月完成。1999年4月，贝尔公司生产的第七架和第九架V－22被改装成美国空军特种作战机型。CV－22的首架生产型样机于1999年10月首飞，2000年将交付美国空军，以进行为期12个月的试验。

展望从最早的XV－3开始，历时近半个世纪，倾转旋翼机技术才趋向成熟。现在，该机型已向民用发展。贝尔－609倾转旋翼机就是军转民的一个成功之作，主要采用V－22军用型的设计技术。

贝尔和波音公司在成功研制了具有两副旋翼的V－22倾转旋翼机后，又在此基础上提出了研制具有四副旋翼的倾转旋翼机设计方案，其目的是想用这种垂直起飞总重和最大有效载荷均为V－22两倍的大型倾转旋翼机作为老龄重型运输直升机和战术运 输机的替代机种。这个计划已经引起了包括海军陆战队在内的一些用户的兴趣。预计在21世纪，倾转旋翼机将全面投入使用，并将继续得到发 展。■