国外直升机的发展及在登陆中的应用研究

郝丽江 张 耀

(石家庄陆军指挥学院 河北 石家庄 050000)

国外直升机的发展及在登陆中的应用研究

郝丽江 张 耀

(石家庄陆军指挥学院 河北 石家庄 050000)

根据直升机的技术特征和构型特点，将直升机分为复合式、倾转式及停转3种类型。在梳理3类直升机技术发展历程的基础上，分析了国外直升机的型号与技术发展规律。

直升机；当前现状；发展趋势；对策

直升机是人类研制的仿生机械中最成功的发明之一，以其突出的悬停、低空低速和良好的机动性能，在世界各国经济建设、人们日常生活及现代战争中发挥了不可替代的重要作用。然而，常规的单旋翼带尾桨直升机受自身构型的影响，在大速度平飞时前行桨叶接近声速，后行桨叶出现反流区，带来旋翼升力降低、阻力及功率需求激增，因此，常规构型直升机的最大速度与航程等性能指标难以提升，飞行效率受到诸多限制。

表1给出了早期直升机到现代直升机的速度范围，可以看出目前常规构型直升机的最大平飞速度接近310km/h，要突破350km/h(桨尖马赫数超过0.92)的平飞速度仍然十分困难。

经历几十年的发展，虽然直升机取得了长足的进步，但世界各国一直在探索突破直升机速度限制的新构型和新概念，研究提升直升机速度的不同方法和途径。

尤其近年来，随着X2，X3等新构型技术验证机连续突破直升机的速度限制，以400km/h以上的高速为典型特征的下一代直升机“呼之欲出”，直升机技术已成为新一代直升机装备和产品的技术制高点，世界各国在相应领域的技术竞争也到达了白热化阶段。本文针对直升机技术特征和构型特点，将直升机分为复合、倾转及停转3类，并梳理了3类高速的技术发展历程，分析了国外直升机的典型发展规律，在此基础上提出实现中国直升机跨越发展的建议和措施。

表1 不同时期典型直升机速度

一、直升机分类

根据直升机的构型特征、技术特点、飞行与操纵原理，可将直升机分为：复合式、倾转式和停转式，见图1。

图1 直升机分类

复合式直升机是在常规旋翼/ABC 旋翼的基础上，通过配置辅助推进或升力装置实现高速飞行。如X3型即是通过短翼实现前飞时为旋翼卸载，并依赖辅助螺旋桨推进实现高速前飞。复合式直升机的最大特点是：旋翼在飞行包线内的功能变化相对较小，确保其低空低速性能和近地面机动能力不低于常规构型直升机，同时实现了较高的平飞速度。

缺点是：未从根本上改变高速飞行前后行桨叶气流不对称的问题，直升机的振动问题突出，

最大平飞速度很难超过500km/h。根据国外数据统计，复合式直升机的类型最多，占50%以上。倾转式直升机通过转换旋翼功能实现高速飞行，即利用倾转机构实现其主要的气动部件在旋翼与螺旋桨之间转换，从而实现悬停、低速飞行和垂直飞行时以直升机模式飞行，高速时以螺旋桨飞机模式前飞，从而兼顾低速与高速飞行性能。

倾转式直升机兼顾了直升机与螺旋桨定翼机的特点，具有“跨界”特征。倾转式直升机可实现更高的平飞速度(500～600km/h)，具有振动小、噪声低、经济性好的优点，但近地面机动能力比复合式要低，飞行控制系统和 动 力传动系统 更为复杂。

停转式直升机是通过控制气动部件在低速和高速状态的运行方式，实现兼顾低高速飞行的目的。即低速状态旋翼旋转以提供气动力，高速状态桨叶停转(S-72，X-50A)或 者收缩(盘翼旋翼机)，以定翼机方式提供气动力。停转类是一种较新颖的直升机，兼顾了直升机的特点，并通过喷气发动机等可实现更高速度的飞行；缺点是旋翼系统要兼顾旋转和固定/收缩状态，气动效率较低，飞行控制系统更为复杂。

二、直升机研究进展

(一)复合式

早在20世纪40年代常规构型直升机投入应用开始，人们就开始探索提高直升机飞行速度的各种可能方案。例如，在1936年实现试飞的德国人安东弗兰特纳设计的试验机“弗兰特纳”

F1 185，是目前有据可查的最早的复合式直升机，其特点是在常规构型直升机的机头安装了提供推力的螺旋桨。

目前较成功的复合式高速旋翼机构型有空客直升机公司的X3构型和美国西科斯基公司的X2构型。X3构型复合式高速旋翼机解决了因“旋翼前倾导致阻力大，升力不够”而限制飞行速度的问题，并通过降低旋翼速度来推迟大速度前飞 时 前 行 侧 激 波的出现，巡航速度最高达到了430km/h，显著高于常规直升机。但是旋翼转速的降低会引起后行侧剖面速度减小，为满足升力平衡需要增加迎角，后行侧桨叶易出现失速；并且机翼的存在会导致横滚转动惯量变大，横滚机动能力下降，无法满足武装直升机机动作战使用要求。

西科斯基公司X2构型的主要特点是采用ABC旋翼(即前行桨叶概念)，基于共轴刚性反转的旋翼系统，保证了直升机固有的悬停和低速性能，在高速状态，后行桨叶被卸载，前行桨叶的升力能力得到最大程度的利用。X2构型复合式直升机发展之初，暴露了振动载荷大、操纵难、桨毂阻力大、高速经济性差等缺点，经过近40年的技术发展，振动水平已由最初的0.3降到了目前的0.1以下。解决了纵向操纵不足的问题，操纵功效达到普通直升机的3倍，桨毂阻力由全机的50% 持续降低，最大巡航速度达到了463km/h。目前，西科斯基公司的S-97复合式直升机已进入型号研制阶段。

(二)倾转式

国外倾转旋翼机技术的发展可分为3个阶段。第一个阶段从20世纪50年代到1977年完成 XV-15的试飞验证，通过艰难探索，从飞行原理的角度验证了“倾转旋翼”概念的可行性和优越性。期间，共有8种倾转旋翼机进行了飞行试验，包括倾转机翼和倾转旋翼两种形式。第二阶段为批量装备阶段。

20世纪80年代美国的贝尔和波音共同研制第二代倾转旋翼机V-22，该机巡 航 速 度 为463km/h，有效作战半径为722km，并在2002年定型装备部队。2007年，V-22正式进入伊拉克战场执行 实 战 任 务，至2013年底，美军在本土及海外共部署超过了300架。以“鱼鹰”进入“全速生产”阶段并逐步装备为标志，倾转旋翼机技术已趋于成熟。

美国和欧洲正在发展第3代倾转旋翼机，V-280在 V-22倾转旋翼机的基础上进行了技术升级，提升了低速飞行的机动性，并进一步提高运输效率和航程，是具备运输型和攻击型的倾转旋翼机平台。波音公司在美国国防部的“垂直起降试验飞机”项目中提出了“幽灵雨燕”倾转旋翼机方案。

欧洲直升机公司联合实施了总质量为10T 级、20座的“埃瑞卡”倾转旋翼机研究方案，并向欧洲第五框架研究计划寻求经费支持，该方案旨在进一步提升倾转旋翼机的效率。

(三)停转式

可停转旋翼直升机也拥有旋翼和固定翼两种飞行模式，主要形式有旋翼锁式和盘翼式。旋翼锁定式最大的特征就是有一副既可以高速旋转作为旋翼，又可以锁定作为固定翼的主旋翼。以旋翼模式飞行时，旋翼的高速旋转使得其能够像普通直升机一样垂直起降和低速飞行；当旋翼锁定作为固定翼时，飞机以固定翼模式飞行，彻底解除了旋翼旋转引起的气流不对称对直升机飞行速度的限制，从而能够进行高速飞行。美国 x-50a“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼飞行器是可停转旋翼直升机的最新发展代表，其特点是具有较大尺寸的鸭翼和水平尾翼，去除尾桨，在过渡飞行时鸭翼和水平尾翼提供平飞所需升力从而使得旋翼/机翼完全卸载并停转锁定。另一种可停转旋翼直升机采用蒲扇带有曲度的盘翼作为高速前飞的升力面，见图8。

翼盘上装有若干片能沿径向伸出和缩入的桨叶。因为这些桨叶的位置在外侧，具有较高的圆周速度，因此能产生足够大的升力，实现垂直起降和悬停。大速度时转为飞机模式，小桨叶缩进翼盘中，盘翼停转，并产生升力。从现阶段技术发展水平看，停转类直升机如果图8 盘翼式停转直升机完全摆脱常规直升机设计和限制要素，将性能追求到极致仍是不太现实的。但不可否认，停转类直升机仍是直升机未来发展的一大方向。

三、直升机在登陆行动中的应用

(一)确保航渡编队的空中安全

登陆部队航渡阶段,兵力较为集中、队形暴露,很容易遭受敌空中火力袭击,而一艘输送舰船被击沉就会造成很大的人员伤亡。这就要求对航渡队形进行全方位、多层次的火力掩护。在中高空战斗飞机掩护的同时,在100米以下可以由武装直升机填补这个空间空白区。掩护的方法通常以指挥舰为中心向附近的舰船辐射,形成圆周式防护体系。这样既能突出重点,又能达到以点制面,不给敌以可乘之隙的效果。

(二)输送特种作战分队秘密上岸

在航渡编队出发之前、同时或稍后,利用夜暗、浓雾或不良天候,由直升机搭载精干的特种作战分队,贴近海面飞向敌岸,在敌意想不到的地_点秘密上陆,潜伏在敌指挥所、机场和后方重要基地附近,侦察敌情,接收敌无线电信号,并准备在适当的时机用火力将其摧毁。

(三)协助破障分队开辟通路

直升机在登陆前的破障行动中具有明显的优势。一是可以把工兵和加强的分队快速输送至破障地段,破障成功后迅速转移。二是机动至不易人工破障的地段,选择最佳角度和高度直接参与破障。三是以火力摧毁对破障分队威胁较大的敌火力点、舰艇和地面装甲目标,掩护破障分队行动。

四、结论

直升机具备其他飞行器无法实现的垂直起降、空中悬停和低速机动能力，能够在地形复杂的环境进行起降和低空飞行，独特的飞行特点决定了其不可替代的作用。作为军民通用的航空器，直升机在军事领域具有广泛的用途，是国家综合实力的重要标志之一，直升机产业是事关国家安全、经济建设和科技发展的高科技战略产业，具有知识密集、产业关联性强、高投入、高产出、高风险、周期长的特点。本文重点对国外直升机技术发展现状进行了分析，指出了国内直升机技术水平与国际一流水平的差距，结合国际直升机技术发展趋势，为我国直升机技术的发展提供了思路。

[1]倪先平．直升机手册[M]．北京：航空工业出版社，2013．

[2]李栋，冯婷．比直升机更为经济和安全的新型旋翼机[J]．航空知识，2015(4)：22-23．

郝丽江(1990-)，硕士研究生，石家庄陆军指挥学院。