同是直升机，飞行构型为何那么多？

2023-12-06

大众科学 2023年8期

与固定翼飞机相比，直升机可以垂直起降，能够在低空超低空的“一树之高”飞行，在工业生产、抢险救灾、军事行动等方面都可以发挥着突出作用。世界各国都非常重视直升机发展，但能够独立研发生产直升机的国家并不多。直升机研发要经过论证、方案设计、工程研制、定型和生产等多个阶段。在设计阶段，确定直升机的构型是一项非常重要的工作。目前有多种成熟的直升机构型应用到不同的直升机上，究竟哪一种更完美呢？

单旋翼带尾桨构型

单旋翼带尾桨是直升机最传统的构型。机头上方水平安装的主旋翼提供上升动力，机尾处近乎垂直安装的是尾桨。尾桨不产生升力，主要是用来抵消主旋翼旋转时在机身上产生的反扭力矩。尾桨直径虽然比主旋翼要小得多，但是必不可少的。空中飞行时尾桨一旦失效，则直升机将无法保持状态，机身螺旋式转动，高度会迅速下降。

中国的直-20直升机

单旋翼带尾桨这种构型相对简单，技术也比较成熟，选择该构型的直升机数量最多。随着新型航空电子设备、新型材料技术不断进步，旋翼构型的不断优化，发动机功率提升，单旋翼带尾桨直升机不断焕发新的生命力。

双旋翼构型

单旋翼带尾桨直升机的尾桨是不产生升力的，但要消耗10%～15%左右的发动机功率。因此，出现了双旋翼构型直升机，有两个转向相反的旋翼，可以相互抵消反扭力矩，不需要尾桨。

纵列式双旋翼

目前，世界上只有一款纵列式双旋翼直升机列装，即美国的CH-47支奴干直升机。CH-47在外观上非常抢眼，很具有辨识度。机体上方两个旋翼串联，没有尾桨。两台发动机在机身后部。后旋翼安装位置比前旋翼要高，这样可以避免两个旋翼叶片发生碰撞。

美国CH-47支奴干直升机

与单旋翼比，前后双旋翼布局，提升了飞行稳定性，飞行受直升机重心变化影响小，特别是悬停能够更稳定，能够满足特殊作战场景需要。较长的机舱空间较大，可以装载更多的人员和物资。但纵列双旋翼直升机研发门槛高，技术复杂，投入大。另外，直升机的操纵系统相对较为复杂，装备保障要求和费用高。

共轴式双旋翼

共轴式双旋翼是把两个旋翼安装在同一个旋转轴上，上下排布，旋转方向相反，反扭力矩可以相互抵消。俄罗斯的卡-28、卡-52直升机都采用了这种布局。

由于没有尾桨，纵列式双旋翼直升机长度可以大为缩短，结构比较紧凑。两个旋翼又提升了直升机的飞行稳定性，非常适合作为舰载直升机使用。但是两个旋翼上下布局，必须增加直升机高度，俄罗斯卡-52高度达到5.4米，比普通直升机高近1-2米。两旋翼转动时气流会相互干扰，在某些特殊的情况下，如在飞行中突然遇到风变，桨叶挥舞变形发生碰撞的概率大为增加，这直接限制了该型直升机的飞行过载。

交叉式双旋翼

交叉式双旋翼直升机有两个旋翼轴，两个旋翼轴横向排布，分别向外倾斜一定角度.两副旋翼在机体上方呈现交叉状，旋翼以齿轮啮合的形式同步控制旋转，因此正常情况下不用担心发生碰撞。目前采用这种构型的直升机是美国的K-MAX直升机。

中国进口的K-28直升机

美国K-MAX直升机

这款怪异的直升机具有一些双旋翼直升机的飞行优点，但军队使用的不多，主要在民用建筑、勘测、采矿、伐木等领域承担起重和吊运任务。该型机双旋翼横向布置，气动阻力较大，飞行控制复杂。

混合式构型

混合式构型是更为特殊的一种构型，也是未来的一个发展趋势。

并列式双旋翼加倾转

并列式双旋翼的两个旋翼，并排安装在一架直升机上，左右排列，反向旋转，中间有传动轴互联。美国现役装备V-22鱼鹰采用了这种构型。旋翼可以随发动机倾转，由水平状态变为垂直状态，直升机飞行模式此时就转变为螺旋桨飞行模式。

这种构型的直升机也被称为倾转旋翼机，实际上已经不再是一款完全意义的直升机。螺旋桨飞行模式可以极大提高飞行速度，鱼鹰直升机的最大航速可以超过500千米/小时。但这款直升机事故率每10万小时要超过6起。最新的事故发生在2023年8月27日，美国一架MV-22B“鱼鹰”倾转旋翼机在澳大利亚参加演习期间坠机。此外，该机研发成本、生产成本、使用成本都很高，单机造价就需要6000万美元。

2 0 1 9 年美国贝尔公司在V-22基础上，为美陆军未来远程攻击飞行器项目改进了一款V280倾转旋翼机。