陸軍航空兵高速直升機(jī)的發(fā)展研究

高衛(wèi)軍 蔡 軍

（1、陸軍航空兵學(xué)院，北京101123 2、61255 部隊(duì)機(jī)務(wù)營(yíng)，山西 侯馬043000）

直升機(jī)作為陸軍航空兵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)陸航）的主戰(zhàn)裝備，主要擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)、運(yùn)輸、偵查等任務(wù)。陸航目前裝配的直升機(jī)都屬于常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)，存在著航長(zhǎng)短、速度慢、（最大平飛速度接近310km/h，要突破350km/h 的平飛速度仍然十分困難。）震動(dòng)和噪聲較大等缺點(diǎn)。為了更好地發(fā)揮直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，世界各軍事大國(guó)都積極的發(fā)展高速無(wú)人直升機(jī)。陸航作為陸軍的“主戰(zhàn)突擊”力量，應(yīng)該緊跟世界直升機(jī)的發(fā)展潮流，盡快發(fā)展適合陸航自己的高速直升機(jī)，讓陸軍飛的更快、更遠(yuǎn)。

1 高速直升機(jī)介紹

1.1 高速直升機(jī)的概念。直升機(jī)在空中飛行所需的上升力和推力都必須依靠旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)獲得，根據(jù)傳統(tǒng)的旋翼機(jī)飛行原理，直升機(jī)飛行過(guò)快時(shí)前行槳葉常常會(huì)產(chǎn)生激波，后行槳葉會(huì)產(chǎn)生失速現(xiàn)象，因而傳統(tǒng)直升機(jī)都無(wú)法突破340km/h 這個(gè)極限。航空界普遍認(rèn)為凡是采用非傳統(tǒng)旋翼設(shè)計(jì)，且最大巡航速度超過(guò)傳統(tǒng)旋翼機(jī)前飛速度340km/h 極限速度的直升機(jī)都可視為高速直升機(jī)。目前世界上主要的高速直升機(jī)有美國(guó)的X-2 高速直升機(jī)、V-22 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和X-49A“速度鷹”，歐直的X-3 高速?gòu)?fù)合直升機(jī)等。（如圖1）

1.2 高速直升機(jī)類(lèi)別。目前高速直升機(jī)主要可分為三種：復(fù)合式、傾轉(zhuǎn)式和停轉(zhuǎn)式。

復(fù)合式高速直升機(jī)是安裝輔助的動(dòng)力推動(dòng)裝置，改變了傳統(tǒng)直升機(jī)的旋翼既產(chǎn)生升力又產(chǎn)生推力的一種新型直升機(jī)。讓機(jī)翼為旋翼卸載是復(fù)合式高速直升機(jī)技術(shù)的核心。復(fù)合式高速直升機(jī)在懸?；虻退贂r(shí)，以傳統(tǒng)直升機(jī)模式工作。速度再提高時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速降低，機(jī)翼逐步承載。典型機(jī)型有美國(guó)X2、X49A-“速度鷹”、歐洲的X3 等。復(fù)合式高速直升機(jī)具有可利用現(xiàn)役直升機(jī)進(jìn)行改裝、造價(jià)低風(fēng)險(xiǎn)低等特點(diǎn)。

傾轉(zhuǎn)式高速直升機(jī)是利用傾轉(zhuǎn)機(jī)使氣動(dòng)部件自由的轉(zhuǎn)換成旋翼和螺旋槳，從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)懸停和低速飛行功能和螺旋槳飛機(jī)的高速飛行功能。構(gòu)典型機(jī)型如V22-“魚(yú)鷹”，憑借兩臺(tái)可自由旋轉(zhuǎn)的旋翼，在起飛和降落時(shí)兩臺(tái)螺旋槳推進(jìn)器在頂部旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入平飛狀態(tài)后推進(jìn)器與地面平行，直升機(jī)變身為固定翼飛機(jī)。

圖1 典型的高速直升機(jī)

停轉(zhuǎn)式高速直升機(jī)在低速飛行時(shí)氣動(dòng)部件以旋翼的形式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)件，進(jìn)入高速飛行狀態(tài)后，旋翼停轉(zhuǎn)或收縮以固定翼方式提供氣動(dòng)力。如美國(guó)的“蜻蜓”研究機(jī)。（目前只在研究階段）

2 高速直升機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。直升機(jī)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)是指在掌握豐富的直升機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用并行工程的設(shè)計(jì)方法和虛擬設(shè)計(jì)的技術(shù)手段對(duì)直升機(jī)所涉及的技術(shù)和系統(tǒng)進(jìn)行全面的綜合和優(yōu)化，從而提高直升機(jī)的性能，降低研制成本，縮短研制周期。直升機(jī)飛行時(shí)旋翼所處流場(chǎng)比固定翼飛機(jī)飛行時(shí)所處的簡(jiǎn)單穩(wěn)定的氣流流場(chǎng)要復(fù)雜的多，不僅有前進(jìn)方向，還有旋轉(zhuǎn)切向和徑向方向。此外，機(jī)身與旋翼間還有復(fù)雜的縱向馬蹄形流和橫向渦流。為了進(jìn)一步降低直升機(jī)高速飛行時(shí)的阻力，高速直升機(jī)普遍采用一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，使機(jī)身更加緊湊，擁有流線(xiàn)型外形。

2.2 新型高效發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。為突破340km/h 這個(gè)飛行極限，需要發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?yàn)楦咚僦鄙龣C(jī)提供充足的動(dòng)力。新型高效發(fā)動(dòng)機(jī)普遍具有10%～20%的儲(chǔ)備功率，對(duì)需要垂直起降和高速飛行的直升機(jī)非常重要?？梢哉f(shuō)沒(méi)有新型的優(yōu)秀發(fā)動(dòng)機(jī)，高速直升機(jī)的研制就會(huì)失去根基。因此在高速直升機(jī)研制中普遍采用新型高效發(fā)動(dòng)機(jī)作為高速直升機(jī)動(dòng)力裝置的首選，如美國(guó)的X-2 高速直升機(jī)就采用當(dāng)今世界最先進(jìn)的T800 新型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。

2.3 智能旋翼技術(shù)。智能旋翼也稱(chēng)自適應(yīng)旋翼，它能利用智能材料對(duì)噪聲、震動(dòng)等進(jìn)行主動(dòng)控制。在高速直升機(jī)的研制中絕大部分性能指標(biāo)都與旋翼性能密切相關(guān)。如X2 采用雙重復(fù)合式旋翼技術(shù)，采用主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，在旋翼中植入振動(dòng)傳感器、光電傳感器等，使計(jì)算機(jī)對(duì)槳葉完成主動(dòng)控制。旋翼可以隨飛行狀態(tài)的變化自動(dòng)變化，使直升機(jī)保持最佳的氣動(dòng)外形，同時(shí)減輕20%～40%的槳葉重量，并且對(duì)噪聲和振動(dòng)具有很好地抑制作用。

2.4 電傳操控智能座艙技術(shù)。智能化駕駛艙是指綜合使用各類(lèi)電子信息技術(shù)，通過(guò)提升直升機(jī)駕駛艙的程序化和自動(dòng)化駕駛水平，從而減少駕駛員的工作負(fù)荷，提高飛行品質(zhì)的直升機(jī)駕駛艙設(shè)置。如故障顯示系統(tǒng)可以自動(dòng)診斷電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的故障，甚至能預(yù)報(bào)將發(fā)生的故障，并顯示出防范措施。如X2 就是采用先進(jìn)的數(shù)字化電傳操控系統(tǒng)，其飛行控制，通信導(dǎo)航，火力控制，電子對(duì)抗的性能得到大幅提高。

3 我國(guó)高速直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)高速直升機(jī)的研制還處于驗(yàn)證和試驗(yàn)階段。近日，有新聞媒體報(bào)道了中航直升機(jī)所研制的“絕影”無(wú)人高速直升機(jī)（圖2）已經(jīng)進(jìn)入驗(yàn)證機(jī)實(shí)驗(yàn)階段?！敖^影”采用和X-2、S-97 相同的共軸雙旋翼螺旋槳的結(jié)構(gòu)，共軸雙旋翼的優(yōu)點(diǎn)是利用2 個(gè)旋翼的對(duì)轉(zhuǎn)消除旋翼對(duì)于機(jī)身的扭矩，從而可以取消機(jī)尾的尾槳，騰出機(jī)尾空間來(lái)安裝推進(jìn)系。

復(fù)合推進(jìn)直升機(jī)的缺點(diǎn)就是擁有兩套傳動(dòng)/推進(jìn)系統(tǒng)，占據(jù)機(jī)內(nèi)寶貴的空間，降低載荷，經(jīng)濟(jì)性較低，維護(hù)比較復(fù)雜，另外就是速度仍舊有限制，因此復(fù)合推進(jìn)直升機(jī)一般被視為高速直升機(jī)發(fā)展過(guò)程之中的一個(gè)過(guò)渡，而傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)則被認(rèn)為是未來(lái)發(fā)展的方向，目前中航直升機(jī)也進(jìn)行了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的研究。如圖3 為“藍(lán)鯨”高速直升機(jī)概念模型

圖2“絕影”無(wú)人高速直升機(jī)

圖3“藍(lán)鯨”高速直升機(jī)概念模型

4 陸航高速直升機(jī)的發(fā)展方向

4.1 重視高速新構(gòu)型直升機(jī)的基礎(chǔ)研究。高速直升機(jī)長(zhǎng)期持續(xù)的蓬勃發(fā)展，關(guān)鍵是切實(shí)抓好基礎(chǔ)研究。陸航學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)可以憑借多年在直升機(jī)方面的科研積累，從一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、新型高效發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、智能旋翼技術(shù)和電傳操控智能座艙技術(shù)四個(gè)方面開(kāi)展高速直升機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究。我們?cè)趯W(xué)習(xí)借鑒的同時(shí)，又要堅(jiān)持自主創(chuàng)新，為發(fā)展陸航自己的高速直升機(jī)提供充足的技術(shù)動(dòng)力。

4.2 發(fā)展具有陸航特色的高速直升機(jī)構(gòu)型。根據(jù)陸航現(xiàn)有直升機(jī)類(lèi)型，我認(rèn)為陸航發(fā)展高速直升機(jī)應(yīng)首選復(fù)合式高速直升機(jī)作為主要研究方向。復(fù)合式高速直升機(jī)是在常規(guī)直升機(jī)的基礎(chǔ)上附加升力和推力的，它具有低風(fēng)險(xiǎn)和低造價(jià)的特點(diǎn)，可以方便的利用現(xiàn)有的直升機(jī)機(jī)體進(jìn)行改裝，大幅提升現(xiàn)役直升機(jī)的速度、航程、機(jī)動(dòng)性和生存能力。

例如2000 年美國(guó)啟動(dòng)X-49A“速度鷹”復(fù)合直升機(jī)驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃，在UH-60-“黑鷹”直升機(jī)基礎(chǔ)上加裝機(jī)翼及矢量推進(jìn)涵道螺旋槳推進(jìn)器，使直升機(jī)速度提升到360km/h。歐直X-3 高速直升機(jī)以海豚系列直升機(jī)為改進(jìn)基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)來(lái)自EC-155 直升機(jī)，主齒輪箱及傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)自EC-175 直升機(jī)。從飛行測(cè)試來(lái)看X-3 機(jī)動(dòng)性和低振動(dòng)水平十分理想。陸航擁有大量的在海豚基礎(chǔ)上改型的直-9 型系列直升機(jī)。長(zhǎng)期的飛行證實(shí)了該機(jī)型的成熟可靠，在直-9 型直升機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行高速直升機(jī)的改裝，周期短并且容易獲得成功。

4.3 廣泛開(kāi)展國(guó)內(nèi)合作，加速陸航高速直升機(jī)發(fā)展。陸航可以借鑒與國(guó)內(nèi)航空企業(yè)多年合作的成功經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展、項(xiàng)目合作、轉(zhuǎn)包生產(chǎn)技術(shù)合作等形式的合作。利用國(guó)內(nèi)的航空資源提高技術(shù)、管理水平和技術(shù)創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)陸航高速直升機(jī)快速發(fā)展。中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“絕影”復(fù)合式高速直升和“藍(lán)鯨”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)代表著國(guó)內(nèi)高速直升機(jī)的前沿。陸航可以嘗試尋求雙方都感興趣的切人點(diǎn)積極參與分工或開(kāi)展對(duì)等合作。

與世界和國(guó)內(nèi)直升機(jī)同行相比，陸航的高速直升機(jī)研究還未得到充分的重視。我們要抓住難得的直升機(jī)高速發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期，把握住高科技加速發(fā)展的特點(diǎn)，真正走出具有陸航特色的高速直升機(jī)研制道路。我們相信通過(guò)全體陸航人的不解努力，陸航的高速直升機(jī)必將翱翔于祖國(guó)的藍(lán)天，給陸軍插上高速飛行的翅膀。