续写鱼鹰辉煌

蔡汝鸿

在过去几十年的作战行动中，美军虽已证明了直升机的价值，但却是花费了高昂的代价，以重大的作战损失取得的。在“伊拉克自由行动”和“持久自由行动”后，美国防部发现美国陆军直升机机群消耗严重。在作战期间，直升机的飞行时间常常是和平时期的5倍之多。由于作战环境极端恶劣和作战地域宽阔，美国陆军不得不使用昂贵的CH-47直升机来执行UH-60的支援任务，并增加医疗后送直升机的数量，以便达到美国防部长1小时内完成伤病员紧急后送命令的要求。另外，现代战争节奏的大大加快也使得直升机机群损耗比预计的要快。由于在作战期间直升机加速老化和暴露出的性能缺陷，美国防部制定了“未来垂直起落飞机”（FVL）计划，以文件的形式表述了更换部队直升机机群所需的垂直起落飞机的关键性，以向联合部队提供必要的垂直起落飞机。

项目概述

2009年，美国防部长领导制定的FVL计划是要集中力量提升垂直起落飞机的能力、技术研制力量以及保持长期的工程能力。2010年，美国国会对垂直起落飞机的未来计划产生了兴趣，进行了垂直起落飞机“联合能力基础评估”（CBA）。这项工作在2012年取得了结果，即产生了由美国防部副部长签字的关于美国防部垂直起落飞机的FVL战略计划。该计划为在今后50多年中更换美国防部6100架老旧直升机提供了必要的基础。

V-280向山顶突击运兵

FVL计划有4个主要目的：向多军种提供性能有极大提高的垂直起落飞机;使美国防部内可用资源效果最大化，以保证及时部署必要的作战力量;验证关键的最新技术;保证储备和不断发展壮大政府和工业部门的装备科学与技术制造者队伍，同时保持与所有利益相关者不间断的工作协调。

在FVL计划下，美军将研制4种不同尺寸的垂直起落飞机。它们将使用共同的硬件，如传感器、航空电子设备、发动机和电子对抗设备。FVL计划意味着将研制替代美陆军UH-60“黑鹰”、AH-64“阿帕奇”、CH-47“支奴干”和OH-58“基尔瓦”直升机的垂直起落飞机。

FVL“联合能力基础评估”确认了在美军直升机中必须克服的55项不同的性能缺陷，要求大大增加航程、速度、有效载荷、生存性、可靠性和减少后勤支援工作量，这些只有通过研制新飞机的FVL方法才能达到。美国直升机制造者一直在改进和提升现有直升机的等级，但没有研发全新的独创型号。FVL新飞机将以适当协调折中，整合先进技术和设计构型，以保证军费负担得起。在以FVL战略为基础做出决定之前，计划将通过前期研究与发展工作以及政府与工业部门的投资来减小风险。

FVL计划以美陆军“联合多用途技术验证机”（JMR TD）项目为先导实施，拟通过该项目了解更多的技术知识并为实现预期的FVL计划减少风险。预计JMR TD在2017财政年度飞行2架验证机以验证所采用的技术。FVL将最大限度地使用共同技术和部件，以减少训练、后勤支援和采购费用。FVL还将利用“联合共同结构”以及即插即用组件式任务设备，以减少与改进、新技术导入和部队专用型别有关的时间和费用。

波音-西科斯基团队提出的SB-1“挑战”

虽然FVL计划对飞机设计要求还在精确细化之中，但对新飞机设想的方案要求是：速度达430千米/时、运载12名士兵、能在1800米高空和35℃高温条件下飞行、作战半径为424千米、中途不加油航程为848千米。执行的任务有：货运、通用、武装侦察、攻击、人道主义援助、医疗后运、反潜、反水面舰艇、陆/海搜索与救援、垂直补给、空中扫雷等等。FVL系列飞机要求具有有人驾驶或自主飞行能力。

JMR竞争的产物

2013年6月5日，美国贝尔直升机公司宣布该公司的第3代倾转旋翼机V-280“英勇”（Valor）设计方案已被美陆军选中参与JMR TD项目竞争。美陆军把这种方案看作是第1类提案。这意味着它是一个与上述项目目标有关的构思优良、科学技术基础可靠的提案，可以满足美陆军的任务要求。

2013年9月9日，贝尔直升机公司宣布与洛克希德·马丁公司组队研制V-280。洛克希德公司负责提供航空电子设备、传感器和武器，并把它们集成到机体中去。穆格公司提供飞行控制系统，通用电气公司提供发动机，吉凯恩集团设计制造尾部结构，势必锐航空系统公司设计制造复合材料机身。以色列航宇工业公司是V-280项目的首个国际合作伙伴，提供发动机短舱。

2013年10月2日，美陆军在JMR项目下授予贝尔直升机公司V-280“英勇”倾转旋翼机一项技术投资合同（TIA），同时授予该项合同的有AVX飞机公司、卡莱姆飞机公司和西科斯基-波音竞争团队。TIA要求这4个竞争团队用9个月时间完成其旋翼机的初步设计，美陆军将对初步设计进行评定并授权制造2架竞争验证机，于2017年试飞。4个竞争团队都得到了美陆军给予该项目第1阶段的研制经费650万美元，不过贝尔直升机公司自己还投入了数目不详的经费。2013年10月21日，贝尔直升机公司在美陆军协会会议上展示了V-280“英勇”的全尺寸实体模型。

V-22的美国海军陆战队型号MV-22

2014年8月11日，美陆军通知贝尔-洛克希德竞争团队，V-280“英勇”已被选中继续进行JMR验证项目，波音-西科斯基团队提出的SB-1“挑战”（Defiant）也被选中。2014年10月3日正式发布了公告，上述2个竞争团队将开始制造技术验证机以用于2017年开始的飞行试验。V-280主要用于运输步兵班，其低速灵活性很像直升机，具有空前高的俯仰、横滚和偏航响应。该机外形尺寸与目前的中型直升机差不多，但是速度和航程却是它们的两倍。贝尔直升机公司为V-280所定的航程目标是能在像太平洋这样广阔的区域上空飞行。该机不需要前线装弹与加油点，有一个国家（如阿富汗）中部的前进作战基地就能覆盖整个国家。V-280还是一种自部署平台，其战略自部署航程达3889千米。

与V-22“鱼鹰”的不同

贝尔直升机公司的新一代V-280“英勇”倾转旋翼机是在V-22“鱼鹰”的基础上研制的，其外形与V-22十分相像。但它不是V-22的简单改进升级，而是该公司在几十年倾转旋翼机研制经验基础上进行全新设计的成果。它比V-22小很多，只能运载11～14名士兵，而V-22能运载24名。V-280的巡航速度为280海里/时（520千米/时），因此命名为V-280，比V-22快60千米/时。其最大速度560千米/时，有效作战航程为930～1480千米，预计最大起飞重量约13608千克，能在35℃的高温和1829米的高度上飞行。

V-280在其他方面与V-22也有很大的差别。首先，V-280的2台发动机以水平姿态固定在两机翼翼尖，而V-22的2台发动机是和旋翼螺桨一起可倾转地安装在机翼翼尖的发动机短舱内。因此，士兵能通过V-280的机舱侧门进出飞机，而不是像V-22那样从机舱后跳板门进出。

V-280旋翼螺桨的直径为10.7米，这与V-22的11.6米差不了多少。但是，V-280最大滑跑起飞重量为17200千克，比V-22的23600千克小很多。因此，V-280的桨盘载荷（桨盘单位面积上的拉力）约是V-22的2/3。V-280的机翼是水平直线的，其展弦比大于V-22，而V-22的机翼有前掠角并有上反角。

V-280起落架采用后三点可收放式布局，即两主起落架在前，一对小机轮的尾起落架在尾部;而V-22的起落架是前三点式的，两对主机轮在后机舱下，一对前机轮在机头下。另外，V-280采用向上的V形尾翼，V-22是H形尾翼。

贝尔直升机公司负责先进倾转旋翼机系统的副董事长兼V-280设计团队领导文斯·托宾（Vince Tobin）说，与V-22比较，V-280的主要设计变化来自两方面的要求：一是来自V-22研制与使用经验和几十年来的技术进步，二是来自美陆军JMR项目的要求。

V-22是在上世纪80年代初由贝尔直升机公司与波音飞机公司联合设计制造的，于2007年投入使用。早在上世纪40年代末期，贝尔直升机公司就开始了对倾转旋翼机技术进行研究，并于上世纪50年代研制出XV-3倾转旋翼机，该机采用活塞式发动机。70年代，贝尔公司参与美国航空航天局和陆军开展的全新的以涡轮轴发动机驱动的倾转旋翼机计划，研制出两架XV-15技术验证机，并成功进行了飞行测试。而XV-15倾转旋翼机便是V-22“鱼鹰”的雏形。V-22是世界上第一种投入生产的倾转旋翼机。美海军陆战队使用V-22已有8年之久，美空军特种作战司令部已使用了6年，取得了丰富的作战使用和维护经验。

下面具体介绍V-280与V-22差别的设计考虑和优势。

不倾转的固定发动机 在V-22以直升机方式垂直降落后，其飞行员必须记住要时不时地断续改变发动机短舱朝向，以防止发动机热排气烧伤舰船甲板或引起草地火灾。在V-22作战使用的最初几年里，发动机热排气引起的草地火灾至少造成3架V-22损坏。就因为这个原因，美国海军被迫对所有计划装备“鱼鹰”的两栖攻击舰的飞行甲板进行特别加固，在没有加固前则使用特制防热毯保护。这对野战机场高强度反复出动是一个很大的限制。而且，发动机热排气会使得沙石树枝杂物高速飞扬，容易造成人员伤害。“鱼鹰”在纽约公众演示时，就出现过树枝沙石杂物飞扬伤人的问题。

还有一个问题是，V-22在起飞与着陆时发动机向上倾转会吸入大量的灰尘、泥沙与杂物，这既会降低发动机寿命又会造成发动机损坏。另外，V-22发动机短舱在向上转动时由于其空气颗粒分离器的液压油滴入发动机中，也容易引起发动机自身着火。

对绝大多数的肩扛式红外制导地空导弹来说，V-22两台发动机舱的排气口如同绝佳的靶子。虽然理论上旋翼螺桨的下洗气流可以冷却燃气热量，但是对于新一代肩扛式导弹来说，发动机舱仍是非常明显的热源信号，而且偏偏因为结构限制，V-22机组也很难通过调整飞行动作来遮蔽排气口。

相比之下，V-280的发动机舱因为不随旋翼螺桨角度调整，就算在直升机飞行模式下，发动机舱的排气也不是直接朝下。这样，发动机的燃气能够迅速被旋翼螺桨下洗气流打散冷却，减少了热源信号特征，大幅降低发动机舱遭到肩扛式导弹直接锁定命中的可能性，避免了上述问题。

其实，贝尔直升机公司把V-280发动机采用固定位置设计，最初并不是为了避免上述这些问题，而是考虑到美陆军进出机舱的习惯。美陆军从1965年起就习惯于从中型直升机的机舱侧门进出。贝尔直升机公司在顾问们的帮助下对此进行了评估，认为美陆军可能还想这样进出飞机。而V-22在以直升机方式起飞与着陆时发动机短舱倾转处于向上位置，短舱离地只有0.3～0.6米，士兵不可能从机舱侧门进出，因为发动机短舱堵住了进出机舱的路径。为了解决这个问题，贝尔公司不得不提出固定发动机而只倾转旋翼螺桨的方法。

将发动机固定在一个位置上对于贝尔直升机公司的工程师来说是一个挑战。最初，有些工程师反对这样做，因为V-22旋翼螺桨减速器和倾转轴减速器之间的连接必须要用完全不同的组件来代替。另外，在V-280机翼之下设置机舱侧门也不容易，因为侧舱门会降低机翼下机身的强度，那儿却正是需要高强度的地方。但是，发动机固定不倾转带来的好处是，在机翼下有2.4米高的净空让士兵无阻碍地从1.8米宽的两侧舱门进出，并有良好的射击范围，大大减少V-22倾转发动机所引起的危险。

V-280的JMR验证机将采用西科斯基CH-53E直升机所用的通用电气公司T64-GE-419发动机。该发动机固定在机翼翼尖发动机短舱中，旋翼螺桨朝上倾转时，发动机短舱前上部原旋翼螺桨桨毂的位置上留下了一个桨毂承窝缺口。由于V-280在做直升机方式起飞降落时才出现这个缺口，所以造成的阻力不大。不过，贝尔直升机公司的工程师们试图盖住这个缺口以防沙尘进入发动机短舱。公司高层认为这是难以解决而又难以避免的问题，决定让缺口留在那儿，认为这没有什么风险。缺口周围的气流会防止它吸入过多的沙尘。人们经过V-280发动机短舱附近进入飞机时肯定会发现，那里的旋翼下洗流很小。发动机短舱附近的气流速度比旋翼螺桨外侧气流速度小很多，因为旋翼螺桨下洗流的速度是旋翼半径的函数。在旋翼螺桨内侧，其下洗流速度就变小。

小直径旋翼螺桨和平直机翼 V-280所用旋翼螺桨的直径与V-22的差不多，但是飞机重量只有后者的一半。这项要求是由使用部队提出的，而不是来自V-22的经验教训。

V-22的主要用户是美海军陆战队。美海军陆战队要求V-22的机舱与CH-46“海上骑士”运兵直升机的机舱一样大以便运输24名全副武装的士兵，并要求飞机能由“塔拉瓦”级两栖攻击舰搭载，在其上能起飞降落。具体包括，V-22在该型舰上滑行经过其上层建筑时旋翼螺桨相距上层建筑的距离不得小于3.9米，外侧机轮的轮胎距离甲板边缘至少1.5米。按照要求，V-22的旋翼螺桨直径不能超过12米，比理想所需的直径约小1.5米。这种情况使得V-22桨盘载荷很高，旋翼螺桨的下洗流十分强烈，简直像台风一样。V-280采用与V-22几乎同样大小的旋翼螺桨，桨盘载荷约为73～78千克/米2，比V-22的桨盘载荷约少1/3，因此下洗流速度至少低20%。这意味着V-280在快速下降时不易出现损失升力引起严重事故的涡环状态。

V-280与V-22的另一个明显不同在于前者采用水平无掠角的平直机翼，与后者上反角的前掠机翼比较有很大的好处。首先，平直机翼可以有较大的展弦比，提高了机翼的升阻比和气动效率。另外，平直机翼又能大大简化旋翼螺桨与传动轴的连接，易于它们协调工作;在一台发动机失效时两副旋翼螺桨还能同时旋转，又不需要像V-22那样的机翼中间减速器，该减速器使V-22重量增加132千克而且制造成本增加。

V-22采用前掠式机翼是基于对倾转旋翼机复杂空气动力学的谨慎考虑。当时，贝尔公司的工程师们完全没有把握确信了解在飞机前飞时旋翼螺桨的挥舞情况。为了保险起见，他们把机翼设计成前掠式，以保证桨叶在飞机内侧位置向后挥舞时不会撞击到机翼。

采用平直机翼是贝尔直升机公司的工程师们努力降低V-280成本和复杂性的一个明显例子。V-22的昂贵成本和高复杂性一直饱受批评，也是V-22拥趸们的心痛之处。采用上反角前掠式机翼时会引起结构复杂化，设计人员必须在两旋翼螺桨之间采用适应的传动轴来连接它们。而平直机翼则没有这方面的问题，可以大大简化制造工艺。

与V-22比较，V-280特别强调减少飞机重量，在机翼、机身和尾翼上广泛采用复合材料。机翼蒙皮和翼肋采用蜂窝增强夹层结构，强度大、重量轻，蒙皮和翼肋是粘结在一起的，不用紧固件。由于采取了这些措施，与成比例的V-22机翼比较，V-280成本减少了30%。

后三点式起落架和V形尾翼 V-280改用可收放后三点式起落架布局，两副主起落架在机头下，一副尾起落架在尾翼下，与V-22的前三点式起落架完全相反。美陆军UH-60“黑鹰”通用运输直升机和A-64“阿帕奇”武装直升机采用的就是后三点式起落架。由于V-280没有妨碍使用这种起落架的后跳板舱门，为了顺从美陆军使用习惯贝尔直升机公司决定采用后三点式起落架。

后三点式起落架布局非常适合陆军在无准备、坡地和崎岖地形进行的典型作战，同时从安全角度考虑也是最佳的。机头上扬着陆，特别是在下坡着陆的情况下，由于后三点式起落架能够保护尾翼，因此安全性比前三点式高。后三点式起落架抗坠毁性能更好，因为它排除了前三点式的前起落架刺入座舱的危险，以及主起落架刺入机身油箱区域的可能性。V-22在不平整的野战场地着陆时，前起落架经常出现折断等故障。因此，美海军陆战队规定V-22在不平整的地面着陆时，前飞速度不得超过5千米/时。而采用后三点式起落架的V-280将能在这种地面上以较快的前飞速度着陆。

V-280的另一个设计改进是选用V形尾翼，而不是V-22那样的H形尾翼。V-22之所以采用H形尾翼，是因为如果用V形尾翼将超出两栖攻击舰甲板机库的高度。对于V-280，美陆军没有提出舰上收藏要求，于是不需要考虑V形尾翼高度的问题。V形尾翼上的两个舵面同时向上或向下，能起升降舵的作用。如果两个舵面一上一下，则产生侧向力使飞机向左或向右转弯，与方向舵所起的作用一样。这种尾翼易于避开机翼的下洗流和旋涡，而且其面积和重量也比平常尾翼小。与H形尾翼相比，V形尾翼还缓解了与天线争用共同位置的问题。另外，由于V-280采用了先进的电传飞行控制系统，V形尾翼的使用让设计师们有机会研制改进的操纵舵面，这能提高飞机操纵性和减少重量。

V-280的未来

势必锐航空系统公司在2015年10月初已向贝尔直升机公司德克萨斯州阿马里洛工厂交付了2架V-280验证机中第1架的机身，目前装配工作正在进行之中。2015年12月初，贝尔直升机公司JMR团队已完成了机翼盒的制造，把机翼上下复合材料蒙皮粘贴在机翼盒上。这是非常重要的一步，因为机翼是复合材料胶接的，只用极少的紧固件。而且，机翼蒙皮的胶接是在室温下压接的而不是在高压釜中进行的。贝尔直升机公司系统综合实验室正在整合使机上3台计算机能互相通讯的飞行控制系统交叉通道数据链，这是V-280飞机三余度飞控系统结构的关键功能。

第1架V-280验证机很快将完成，目前在做风洞试验，飞行控制系统硬件与软件在联合调试，预计于2017年9月进行首飞。托宾和他的团队确信V-280的未来前景将大大超过该机在JMR技术验证机阶段的要求。贝尔直升机公司已经在设计V-280的美海军和海军陆战队用改型，将采用旋翼螺桨折叠与机翼收藏机构。虽然这些机构会增加V-280的重量和成本，但这使V-280既能在陆地上又能在比导弹驱逐舰大的战舰上起飞降落。

不管是用不同型别的V-280执行通用和攻击任务，还是利用同一机体挂载可互换的有效载荷执行上述两种任务，贝尔直升机公司相信V-280倾转旋翼机都能满足任务要求。美海军陆战队对用一种型号飞机取代通用和攻击两类直升机感兴趣，但负责V-280项目的美陆军对此并不赞同，陆军认为用不同型别飞机执行不同任务较好。贝尔-洛克希德团队声称，V-280的派生型AV-280倾转旋翼攻击机能向前或向后发射火箭、导弹甚至投放小型无人驾驶飞机，且不会受到旋翼螺桨的干扰，甚至在旋翼螺桨朝前的前飞巡航模式中也不会受到干扰。

2016年5月4日，美国贝尔直升机公司宣布，第3代倾转旋翼机V-280“英勇”的机身已装配上机翼和发动机短舱。这是V-280研制工作中的一个重要里程碑。该公司计划在2016年11月安装通用电气公司T64-GE-419发动机和减速器。2017年，贝尔直升机公司V-280的研制工作将集中于机上的电传操纵系统。这套系统目前在得州沃思堡的实验室进行研制，闭环地面试验台把液压控制翼面与控制计算机和飞行员操纵杆输入综合起来。2017年上半年，贝尔公司计划开始V-280的系留飞行试验，于2017年9月进行自由飞行试验。

这种革命性的飞机利用了V-22机队30万飞行小时的实际经验和贝尔直升机公司在倾转旋翼机设计研制方面几十年的丰富经验。一旦该机首飞成功， FVL计划领导者将相信贝尔直升机公司具有进入FVL飞机全尺寸工程制造与研制阶段所需要的基础。

（编辑/王路）