晨楓

——引子：據(jù)美國《防務新聞》網(wǎng)站4月10日報道,，美測試的新式攻擊直升機速度可以達到250節(jié)（約每小時463公里）,。 美國西科斯基飛機公司正加緊為將成為最快攻擊直升機的飛機首次飛行測試做準備。這架飛機就是最近剛解密的重達2404.08公斤重的X2驗證攻擊直升機,，按照設計它將達到250節(jié)的巡航速度,。 "作為一款輕型戰(zhàn)術直升機，X2配備有一挺機槍、火箭炮和類似"地獄火"導彈的精確武器,。我們與顧客協(xié)商,，根據(jù)他們需求來決定安裝什么武器。" 西科斯基飛機公司高級項目經(jīng)理Jim Kagdis說,。 如果能夠突破250節(jié)的速度,，那么X2攻擊直升機將會比現(xiàn)有的"阿帕奇"攻擊直升機快100節(jié)（約每小時185公里）。"阿帕奇"直升機的最大速度只能達到170節(jié)（約每小時314.5公里）,。Kagdis說,，X2直升機擁有兩個重疊的復合螺旋槳，使用的是被取消的"科曼奇"直升機項目的1400馬力發(fā)動機,。有一個推進螺旋槳在飛機后方為飛機提供推動力,。

X2直升機

雖然X2驗證機是在上月在德克薩斯州休斯頓一次直升機展上解密的。X2直升機的飛行速度將突破直升機歷史上的最高記錄,。X2直升機的設計巡航速度能達到460千米/小時,，比現(xiàn)役直升機快得多。軍方一直希望直升機擁有具備高速機動能力,，但由于直升機飛行原理限制,，現(xiàn)役直升機中沒有一種能飛得像X2一樣快的。目前美國現(xiàn)役直升機的最大速度只能達到315千米/小時,，俄羅斯的卡-50要快一些,，但也不超過350千米/小時，而且這還是它們的最大速度,，傳統(tǒng)直升機的巡航速度都在200千米/小時左右,。因此，X2在速度上的優(yōu)勢對于現(xiàn)役直升機來說將是壓倒性的,。

據(jù)傳聞,，X2直升機的設計師對其具有厚望，希望他的速度是普通直升機的2倍,，也就是速度×2,，所以被冠以一個奇特的編號X2。X2直升機的高速度主要取決于它的獨特設計,。X2采用共軸式布局,，兩副反向旋翼的共軸旋翼，一體化動力和旋翼系統(tǒng),，尾部裝有高速飛行用的推進式螺旋槳,，座艙為前后串列雙座布局，與現(xiàn)有武裝直升機十分不同的是,，X2類似于固定翼飛機機身的流線型外形,，除此之外,，它還采用了電傳飛行控制系統(tǒng)和更輕、剛性更好的旋翼材料,。它在保持高速的前提下不犧牲直升機的任何性能,，保持有靈活起降、低速機動,、貼地飛行、自轉(zhuǎn)飛行和拉斤斗,、打橫滾等直升機特有能力,，在性能水平上比同屬雙槳共軸的俄羅斯的卡-50更勝一籌。X2還采用“前行槳葉概念”（Advancing Blade Concept,簡稱ABC旋翼）,，加大推進螺旋槳的功率來實現(xiàn)高速前飛,，這種旋翼不但省去了旋翼系統(tǒng)的許多復雜的傳動和平衡關節(jié)，更加重要的是它在飛行過程中,，上下兩副旋翼的空氣動力作用能夠相互平衡和補充,，保持總的飛行升力不變，即使高速飛行時,，也用不著提高旋翼的轉(zhuǎn)速,，只要通過增大槳葉角來提高旋轉(zhuǎn)的升力，從而避免飛行速度增大后,，后行槳葉失速帶來的一系列性能,、機動能力和載荷等問題。

該機大量采用已經(jīng)下馬的“科曼奇”項目的成熟技術,，比如為“科曼奇”發(fā)展的復合材料,，這使得X2更輕，更快,，隱身能力更強,。尾部裝設的高速飛行用的推進螺旋槳，采用“科曼奇”直升機的動力系統(tǒng),，一臺輸出功率1400馬力的LHTECT-800渦軸發(fā)動機,，使其巡航速度以達463公里/小時?！翱坡妗表椖康南埋R雖然令人扼腕,，不過在“科曼奇”項目中所發(fā)展的許多成熟技術為X2的發(fā)展鋪平了道路，使其項目風險大大降低,。

雙槳共軸直升機發(fā)展歷程

美國宣布研制共軸式高速直升機X2后,，在新聞界產(chǎn)生很大反響，引起世界航空專家的關注是,，共軸式直升機一直是俄國人獨占領域,，是卡氏直升機家族的拿手絕活,，美國等西方國家多年來無人涉足。這一次,，一向以生產(chǎn)單旋翼直升機而著稱的美國西科斯基公司,，突然宣布發(fā)展共軸式直升機。在共軸式直升機領域同俄國人較起勁來,，估計對俄國人的心理沖擊不小,。

實際上美國在共軸雙旋翼直升機的起步并不晚，美國西科斯公司的創(chuàng)始人西科斯基早在1909年就開始建造他的第一架共軸雙旋轉(zhuǎn)翼直升機,，與其它直升機先驅(qū)們一樣,，他所面臨的引擎馬力不足及有效控制直升機等問題一直無法獲得解決，因此他在1910年放棄直升機轉(zhuǎn)而往固定翼飛機的建造方面發(fā)展,。1938年,，已經(jīng)在美國聯(lián)合直升機公司工作多年的西科斯基組建專門的公司研制直升機，單旋轉(zhuǎn)翼直升機就是在此時期,，因為西科斯基的成功變成美國軍方直升機型式的主流,。但是西科斯公司本身卻一直沒有放棄對共軸直升機技術的研究。上世紀70年代,，同樣采用同軸共槳的 S-69（軍用代號 XH-59A）就參加了 LHX（實驗輕型直升機計劃）競爭,。在2005年，西科斯基公司展示過它的共軸式“X2技術起重直升機”(X2 Technology Crane),。X2高速直升機是在相同技術概念下發(fā)展的攻擊型直升機,。

就在美國軍方因單旋翼直升機的成功而逐步放棄共軸直升機的發(fā)展時，前蘇聯(lián)卻在該領域獲得了相當大的成功,。1949年,，由卡莫夫直升機公司制造為前蘇聯(lián)海軍研制的卡-10輕型直升機問世，它奠定了前蘇聯(lián)共軸直升機的基礎,。根據(jù)軍方的需要,，卡莫夫在卡-10的基礎上增大了機體，結(jié)構設計也更加復雜,，得到了新型的卡-15（1953年）,、卡-15M（1956年），作戰(zhàn)型的卡-25（1961年）,、卡-27（1973年）和卡-28,；運輸/戰(zhàn)斗型卡-29（1976年）。從卡-15的研制成功,，標志著前蘇聯(lián)實用型岸基直升機時代的開始,，卡-15與其發(fā)展型在海軍和國內(nèi)服役長達20年之久。而令人感到有趣的是,，難道只有俄國血統(tǒng)的人對雙槳共軸直升機的研發(fā)具有天份,？因為西科斯基公司的主要創(chuàng)始人之一西科斯基是俄裔美國人,。

雙槳共軸直升機的特點

直升機雙槳共軸式布局的優(yōu)點很多：

方便的維護無尾槳結(jié)構。由于上下旋翼反向旋轉(zhuǎn),，形成了直升機水平方向的力矩平衡,，所以雙槳共軸直升機不需要尾槳來平衡直升機水平方向上的力矩。前蘇軍在阿富汗的作戰(zhàn)經(jīng)驗表明,，作戰(zhàn)中損失的蘇軍直升機有30%與尾槳有關,。主要是：尾槳的彈傷或異物損傷；承載的尾梁損傷,；長距離的尾槳傳動軸系損傷等,。共軸式直升機因取消了尾槳，所以不僅和與尾槳有關的損傷無緣,，而且也可節(jié)省尾槳所耗用的額外功率。這帶來了更方便的維護和更強的生存能力,，比如俄國的卡-50機身后半部分的結(jié)構主要是出于氣動布局的需要,，即便該部分被擊毀，直升機依然可以進行正常的飛行,。

氣動特性對稱,，機動性好。在使用相同發(fā)動機的情況下,，兩副共軸式旋翼的升力比單旋翼/尾槳布局的旋翼升力大12%,。共軸式旋翼氣動力對稱性顯然優(yōu)于單旋翼式，不存在各軸之間互相交連的影響,，機動飛行時易于操縱,。改變航向時，共軸式直升機很容易保持直升機的飛行高度,，這在超低空飛行和飛越障礙物時尤其可貴,，對飛行安全有重要意義。

外廓尺寸緊湊,。在提供同樣升力的情況下,，共軸直升機的外廓尺寸自然要比單翼直升機要小，因此雷達識別特征和目視識別特征就小,，便于隱蔽,；外廓尺寸小，受彈面就小,，戰(zhàn)斗損傷概率也小,。由于共軸雙槳沒有尾槳，短短的尾撐用于支持垂直安定面,，后者在前飛中提供像固定翼飛機一樣的氣動控制,，減小周期距控制的負擔,。由于共軸雙槳的機身短，受側(cè)風影響較小,。共軸雙槳的振動也由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼而較好地對消了,，平穩(wěn)性和懸停性好。共軸雙槳在同等升力下,，旋翼直徑可以較小,，直升機總尺寸較緊湊，"占地面積"較小,，特別適合海軍上艦的需要,。所以卡莫夫直升機公司研制的“卡”系列共軸直升機幾乎獨占了俄國海軍市場。

但是雙槳共軸直升機的缺點也是致命的,。

共軸雙槳用套筒軸驅(qū)動上下兩副反轉(zhuǎn)的旋翼,，同樣有串列雙槳的上下旋翼之間的間距問題，間距小了,，上下旋翼有可能打架,；間距大了，不光阻力高,，對驅(qū)動軸的剛度要求也高,，而大功率的套筒軸本來在機械上就難度很大。套筒軸不光要傳遞功率,，還要傳遞上面旋翼的總距,、周期距控制，在機械設計上有相當?shù)碾y度,。共軸式雙旋翼直升機兩副旋翼一上一下,，平常飛行時不會相碰。但是在某些特殊的情況下,，如在飛行中遇到突然變風,，機動超過極限值，槳葉變形或損壞時,，作用在槳葉上的氣動力,、離心力和重力就會失去原來的平衡，從而偏離正常的運行軌跡而發(fā)生碰撞,。由于非對稱升力的緣故,，反向旋轉(zhuǎn)的上下旋翼的旋轉(zhuǎn)平面有在一側(cè)“碰撞”的傾向，這進一步增加了對上下旋翼之間間距的要求,，并且?guī)砣绻蛴小芭鲎病眱A向一側(cè)轉(zhuǎn)彎時,，必須比向另一側(cè)轉(zhuǎn)彎要輕柔。比如卡-50在向左做上升轉(zhuǎn)彎時,，必須十分謹慎,，否則就會發(fā)生上下旋翼打架這樣嚴重的事故,，從而引起機毀人亡。這也是為什么看起來技術更加先進的,，軍方也十分有好感的卡-50,，卻競爭不過米-28N的主要原因之一。

雙槳共軸直升機這一固有缺欠是因為現(xiàn)役直升機目前采用的是“柔性槳葉”,。直升機為了補償左右的升力不均勻,，和減少槳葉的疲勞，槳葉在翼根要采用一個容許槳葉載回轉(zhuǎn)過程中上下?lián)]舞的鉸鏈,，這個鉸鏈稱為揮舞鉸（flapping hinge,，也稱垂直鉸）。槳葉在前行時,，升力增加,，槳葉自然向上揮舞。槳葉在后行時,，槳葉的升力不足,，自然下垂。由于離心力使槳葉有自然拉直的趨勢,，槳葉不會在升力作用下無限升高或降低，在傳統(tǒng)直升機機械設計上也采取措施,，保證槳葉的揮舞不至于和機體發(fā)生碰撞,。就這樣直升機在飛行時，槳葉在環(huán)形過程中,，不斷升高,、降低，翼尖離圓心的距離不斷改變,，就像花樣滑冰運動員經(jīng)常把雙臂張開,、收攏，以控制旋轉(zhuǎn)速度,。要是一個手臂張開,，一個手臂收攏，就會失去平衡東倒西歪了,，不可能在原地旋轉(zhuǎn),。而為了補償槳葉上下?lián)]舞所造成的科里奧利效應，所以槳葉在水平方向也要前后搖擺,。槳葉在旋轉(zhuǎn)中容許上下?lián)]動和前后擺動,，這種槳葉稱為柔性槳葉（articulated rotor）。除了用機械鉸鏈容許槳葉在環(huán)形過程中相對于其他槳葉有一定的揮舞外,，材質(zhì)也必須具有彈性,，這就是為什么直升機停在地面時,，槳葉總是“耷拉”著的原因。這樣旋翼一旦旋轉(zhuǎn)起來,，由于槳葉有一定彈性,，所以會呈一定范圍的上下?lián)]舞。這樣,，如果上下旋翼間隔太小的話,，上下兩個擁有自由度的槳葉很容易發(fā)生碰撞。

前行槳葉技術

傳統(tǒng)直升機柔性槳葉與機械鉸鏈的結(jié)構帶來了很多問題,。旋翼槳葉的揮舞限制了直升機速度,，槳葉的慣性在不斷地揮舞中增加了機械振動，鉸鏈的磨損（或彈性元件的疲勞）使直升機的可靠性總是不如固定翼飛機,。常規(guī)直升機的柔性槳葉雖然是非常規(guī)機動成為可能,，但柔性的槳葉也限制了直升機的機動性，難于像固定翼飛機一樣做迅猛的滾翻,、拉起,、俯沖、盤旋動作,，因為過于激烈的機動動作可能使槳葉和機體碰撞,，嚴重危害飛行安全。剛性槳葉的限制要小得多,，采用剛性槳葉的直升機或許有這樣,、那樣的問題，但都具有比常規(guī)直升機遠為出色的機動性,。為此,，剛性槳葉一直是直升機研究的一個目標。洛克希德"夏延"的下馬給剛性槳葉的發(fā)展蒙上陰影,，但剛性槳葉的研究并沒有就此偃旗息鼓,，近來又柳暗花明的跡象。 為了大幅度提高直升機性能,，美國從 70 年代開始,，進行了一系列直升機研究機項目。西科斯基的"前行槳葉概念"（Advancing Blade Concept,，簡稱 ABC）在較早就獲得成功,。如前所述，剛性旋翼的一個大問題是由于前飛的相對速度疊加在旋翼旋轉(zhuǎn)速度引起的非對稱升力,，但對于剛性的共軸反轉(zhuǎn)雙槳來說,，兩邊的非對稱升力疊加起來就對稱了，剛性的槳葉和槳軸吸收所有的扭力，這就是 ABC 可以免去揮舞鉸的基本思路,。由于剛性槳葉沒有揮舞,，上下旋翼可以離得很近，而沒有碰撞的危險,。差動式地加減上下旋翼的槳距以形成扭力差不僅形成水平方向上的轉(zhuǎn)向,，還由于剛性旋翼非對稱升力造成橫滾，進一步加速轉(zhuǎn)彎過程,，所以 ABC 具有異乎尋常的機動性,，大大超過常規(guī)直升機。ABC 直升機有專用的推進發(fā)動機,，高速平飛時,，用氣動舵面實現(xiàn)飛行控制。

上世紀70年代,，采用 ABC技術 的 S-69參加了 LHX競爭,。西科斯基公司曾在1971年設計了型號為S-68的共軸直升機，但并未投入制造,。1972年,，五角大樓和NASA與西科斯基公司簽署了研制新型直升機的合同，合同規(guī)定將由西科斯基為美軍研制一種高速直升機,，西科斯基選定共軸直升機作為試驗機,，型號則定為XH-59A，這是一種共軸直升機,，帶兩個渦噴發(fā)動機作為輔助推進裝置,，該機的平飛速度可達到445千米/小時。1973年6月,，XH-59A進行了首次試飛，但不幸遭遇墜機事故,。1975年,，西科斯基制造了第二架試驗機并成功試飛。1978年,，XH-59A增加了兩個噴氣發(fā)動機用以提高水平速度,，在隨后由陸海軍和NASA進行的聯(lián)合評估中，試驗機的平飛速度曾達到515千米/小時,。1981年,，整個項目交由NASA進行管理。該項目的存在使美國在共軸直升機領域沒有被完全拋棄,，西科斯基此次提出的X2直升機計劃中的主要技術都將來自該項目獲得的一些成果,。

但在當時技術終究不夠成熟，在懸停中低頭或抬頭也比較困難，落選于同出于西科斯基的常規(guī)旋翼加涵道尾槳的方案,，后者最終成為 RAH-66"科曼奇",。但是，在RAH-66“科曼奇”項目被終止后,，西科斯公司又重新?lián)炱鹎靶袠~技術開發(fā)了X-2,。從某種意義上說，X2高速直升機是在XH-59A先進槳葉概念技術驗證機基礎上,，融合了新技術的產(chǎn)物,。可以預見,，采用了ABC技術的X2除了具備傳統(tǒng)直升機的超級機動性以外,，在高速滾翻、拉起,、俯沖,、盤旋動作等方面會比傳統(tǒng)直升機有巨大的進步，這對于攻擊直升機而言,，幫助很大,。這是剛性槳葉帶來的功勞，也是X2的優(yōu)勢之一,。 展望

按目前技術水平來看,，采用ABC技術的X2速度突破460公里的把握很大。但是這并不能代表美國軍方就一定會選擇X2攻擊直升機,，在99年科索沃戰(zhàn)爭與03年入侵其拉克的戰(zhàn)爭中,，阿帕奇暴露了直升機許多固有缺欠，諸如可靠性低,，防護性能差,，受天氣影響巨大，部署慢,，低空飛行易于遭受攻擊等缺欠,。攻擊直升機這種冷戰(zhàn)時期產(chǎn)物，更適合對付重裝甲集群,，而在中低烈度的反孔戰(zhàn)爭面前,，顯得力不從心。所以目前美國軍方更中意無人機,，美國軍方更看重直升機在搜索,、救援、運輸,、滲透等方面的應用,。在這些領域，僅僅有高速度是不夠的，還應從載重,、航程,、成本、油耗和可靠性等方面進行綜合衡量,。從成本方面來看,，從新開發(fā)一種共軸雙槳直升機并不比在現(xiàn)有直升機上加裝涵道尾槳的“速度鷹”方案（具體請見兵工科技2008第1期《直升機家族中的另類：復合直升機》）更有吸引力。而從航程,、油耗,、載重等性能指標看，也比不上重新開發(fā)一種直升機,、旋翼機可自由變換的復合直升機,。 但從西科斯公司本身來看，自掏腰包發(fā)展X2可保持西科斯公司的技術競爭力,，如果奪得世界最快直升機的稱號,，可以一舉扭轉(zhuǎn)西科斯公司在“海軍一號”競爭中的失敗帶來的頹勢，避免引起連鎖反應,，市場份額下降,。這對西科斯公司的長遠發(fā)展將是極為有利的。