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都是共轴双旋翼,美军SB1彻底解决了俄国卡52的致命缺陷?

作者|  科罗廖夫

来源|  科罗廖夫的微博

美国的波音公司和西科斯基公司发布了联合公告,宣布由两家公司联合研发制造的SB-1武装直升机完成了首飞测试,这款颇具革命性的直升机将成为美军的下一代通用直升机搭载平台,替代现在正在美军服役的UH-60黑鹰和AH-64阿帕奇。

这架共轴刚性旋翼高速直升机,既能够以460公里/小时的高速飞行,也完美解决了以往俄罗斯卡莫夫共轴双旋翼直升机存在的顽固疾症和不安全隐患等致命缺陷。

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常规的直升机布局是中央多片式单层的主旋翼 尾桨的设计。而共轴直升机的设计,是有两层主旋翼,以前苏联卡莫夫直升机设计局的“卡”系列直升机最为有名。

我们知道正常布局的直升机,主旋翼在做高速旋转时,直升机的机身在旋翼力矩的作用下也会跟着一起转起来,为了克服这个问题,单旋翼的常规布局直升机必须在尾部安装一个尾桨,尾桨以相反的方向旋转,以抵消机身的旋转力矩,从而保持平衡。

不过这样的设计,让单主旋翼的常规布局的直升机存在很多缺陷,一是尾桨需要额外耗费10%左右的发动机功率,二是尾梁和尾桨的存在,会导致直升机的机身过长,不利于起降和狭窄空间作业,尤其是舰载直升机。

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共轴双旋翼直升机就比较好解决上述问题,上下两幅浆叶对转,一个顺时针旋转,一个逆时针旋转,直接抵消了旋翼的旋转力矩。

此外,共轴双旋翼不需要考虑设计尾桨和尾梁,也没有尾桨吃掉发动机功率的问题,可以把所有功率都用于升力和推进。

所以共轴双旋翼直升机的机身可以做的很短,受侧风影响更小,飞行比较平稳性,悬停性能更好,这对于无人直升机的飞行性能很重要。由于有着上下两幅旋翼,共轴双旋翼直升机的旋翼直径也可以较小,总尺寸非常紧凑,特别适合陆上狭小空间和海军上舰。

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不过,卡莫夫系列共轴双旋翼直升机也存在着一些明显的缺点,例如机械结构复杂,造价很高。共轴双旋翼直升机的旋翼桅杆过高,飞行阻力较大。

卡-52的旋翼仍采用传统的挥舞铰与摆振铰设计,也就是说旋翼在旋转中可以在一定范围上下左右挥舞和摆振,使直升机平稳飞行。但这种设计却为卡莫夫直升机带来了上下旋翼打架的隐患。

虽然卡莫夫设计局在研制卡-52的前身——卡-50“噱头”时,已经把上下旋翼间的距离拉得很开,避免两副旋翼打架。在剧烈机动时,上下旋翼的桨叶容易碰撞,存在打在一起的可能性,尤其对共轴双旋翼武装直升机来说,这是最大的缺陷,卡-50武装直升机就发生过此类事故,1998年6月17日,一架卡-50直升机遭遇强烈的紊流,上下旋翼碰到了一起而坠毁。对于卡莫夫设计局来说,这种危险的旋翼打架问题是无解的。但美国S-97解决了这个致命缺陷。

为了解决上述问题,美国的波音公司和西科斯基公司在联合研制S-97高速直升机概念机的时候,提出了共轴刚性旋翼的概念,利用共轴对转旋翼的前行桨叶来突破常规直升机旋翼的速度限制,所以,上下桨叶的活动空间被大大压缩,极大地缩小了两副旋翼的间距。依靠尾部的推进螺旋桨来提供前飞的动力,完全不需要用主旋翼来提供前飞动力,也不需要不需要挥舞铰,动力和传动系统的机械结构非常简单。而且极大的降低了高速飞行阻力。

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在S-97高速概念机告一段落以后,波音公司和西科斯基公司用S-97概念机放大以后,研制了SB-1武装直升机。SB-1 Defiant(挑衅)直升机,是一种装备有刚性同轴双旋翼的复合直升机,由两台T55霍尼韦尔发动机提供动力,设计的最高巡航速度高达460km/h,飞的可以说比行驶的高铁还要快。

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