垂直起落的路上布满先行者的尸体(一)

“镧影R6000”勾起了人们对垂直起落的兴趣,不少人兴致勃勃地构想起更适合垂直起落的构型。实际上,绝大部分今天人们想得到的构型,在历史上都尝试过,有的还飞起来了。说垂直起落的路上布满了先行者的尸体,真是一点不为过。 

说起来,自从莱特兄弟发明飞机,不需要跑道的飞机就一直是人们不懈的追求,尽管成功量产的只有谈不上惊艳的“鹞”式、雅克-38、F-35B,如果不算差点量产的雅克-41的话。

但垂直起落之路一路走来,不乏令人拍案叫绝的奇思妙想。这里分段介绍几个。

一、旋转机翼 

波音一般来说是个循规蹈矩的公司,不大搞旁门左道的东西。但波音X-50“蜻蜓”可算眼前一亮。

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X-50粗看起来就是有点奇怪的鸭式飞机

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“鸭翼”是可以旋转的,这时起旋翼的作用

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还可根据飞行状态要求改变迎角

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垂直起飞后,最终旋翼锁定,成为机翼

既然机翼与空气的相对运动是产生升力的关键,直升机的原理就是“飞机不动,机翼动;不能直线动,就转着动”。也就是说,机翼和旋翼没有绝对的分界线。机翼转动,就可以当旋翼用;旋翼停转,就可以当机翼用。旋转机翼飞机(stop rotor,也称rotor wing,但容易与指代直升机的rotary wing相混淆)就是这原理,X-50就是这样一个东西。

好处当然是没有死重,而且固定翼状态下速度在理论上可以达到高亚音速。因此,美国陆军曾经期望很高,或许终于有了自己的垂直起落固定翼战斗机了。

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旋转机翼攻击机才是理想武直

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上舰后也有大用,解决了速度和航程问题

X-50还采用了一些新颖的技术。旋翼不是机械驱动的,是用翼尖喷气驱动的,因此没有传统直升机的反扭力问题,不需要尾桨。低速飞行时,用姿控喷嘴改变机体和桨盘角度,前倾时旋翼产生一点推进分量,后倾时旋翼产生一点倒飞分量。高速飞行时,用喷气发动机推进,旋翼锁定,成为机翼。

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翼尖喷气推动旋翼,高速推进用喷气发动机

X-50在技术演示中,完成了所有规定科目,做到了垂直起落、悬停、低速前后飞、高速前飞等,但最后还是作为技术储备封存了。

机翼是第一个问题。如果顺时针旋转的话,在左侧时前缘就是前缘,后缘就是后缘,机翼和旋翼桨叶的前后缘是一致的;转动到右侧时,左侧时的前缘就变后缘了,后缘则变前缘,机翼和旋翼桨叶的前后缘就相反了。因此旋转机翼必须采用对称翼型。

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对称翼型(上)和常规翼型(下)

对称翼型早已有之,但一般是用于高速飞机的。机翼靠上下翼面的气流速度差产生升力。非对称翼型(水滴形翼型)在零迎角的时候就能产生升力,气动效率高。但速度太高的话,一方面阻力太大,另一方面也不需要那么多升力,所以对称翼型应运而生,完全靠迎角来控制升力的产生,在零迎角时不产生升力。这样一来,低速飞行时气动效率不高。

一般对称翼型只是上下对称,用于旋转机翼还需要前后对称,进一步降低气动效率。

旋转机翼飞机谈不上高速飞机,用上下前后都对称的翼型的话,气动效率损失可观,尤其在转入固定翼状态但还是相对低速的状态下。但不用对称翼型则没法解决固定翼前后缘和旋翼前后缘不一致的问题。

这也决定了机翼上不能有襟翼、副翼等常用气动控制面,只能整体扭转,结构重量和灵敏度都成问题。好处是改变机翼角度的机构对旋翼状态和机翼状态都有用,坏处是机翼状态需要同向改变,旋翼状态需要反向改变,机械同步问题比较复杂,电气同步则不够可靠。

另一个问题是飞行姿态的转换。

垂直起飞时,翼尖喷气推动旋翼,这时像直升机一样工作,姿态控制喷嘴提供一点机体和桨盘的前倾或者后倾,产生低速前飞或者倒飞速度。加速到中速后,喷气发动机开始出力,旋翼进入风车自旋状态,继续产生升力,但不再有动力驱动。进一步加速后,旋翼锁定,成为固定翼飞机。

转入垂直降落的过程正好相反,首先机翼解锁,进入旋翼自旋状态,然后转入动力旋转状态,垂直降落。

由于有自旋的旋翼机状态,X-50也可以短滑跑起飞、着陆。旋翼机只需要几十米甚至十几米就可以短滑跑起飞、着陆了。这可以增加起飞重量,降低起飞、着陆操作难度。

说到操作难度,任何牵涉到模式转换的飞行控制都有难度,X-50也不例外。这样三段式的飞行模式转换的飞控挑战大大的,这也是最终技术封存的原因之一。

具体来说,动力旋翼到自旋旋翼之间的转换是无缝的,但自旋旋翼到固定翼之间的转换是升力机制的突变。可以通过机翼迎角趋零降低旋翼出力,最后做到无缝转换,但那样锁定后的旋转机翼就不产生升力了,依然是死重。固定的前翼和后翼对升力的贡献也不好办。应该能提供全部升力,才能在自旋旋翼提供零升力时无缝接过;但要是最后还是需要锁定后的自旋旋翼有一定的迎角、产生主要升力,那固定前翼和后翼又多余了,成为死重和阻力。

在X-50之前,有过更加疯狂的旋转机翼设想。

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休斯设想过旋转机翼的运输机,巨大的三角翼-旋翼是最大特征

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F-104也有过旋转机翼的设想

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西科斯基方案更加接近直升机

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不过西科斯基不是光说不练,研究过用S-72测试旋转机翼的问题,但在最后关头因为美国政府拨款不到位而下马了

这些方案根本没有走下纸面,机械和气动复杂性当然是大问题,还有一个问题就是自旋到固定翼之间的转换不好解决。

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全部评论 15
最热 最早 最新

  • 这也是中国一直不搞垂直短距起降飞机的原因,功能,需求与技术复杂度,同时意味着使用风险不匹配,不值得投入。
  • 刚看了宋心之评价苏57的访谈。不知道宋老有没有可能去趟珠海看看。也不知道杨伟总师和歼20的设计者们这两天是不是也有时间去逛逛了。苏57来华,有助于我们更好研究俄系战机设计思路和作战想定。有人把苏57说的一无是处,首要说是隐形性不行。还有一种近战格斗无用论。这个事这么看,隐形确实是必备,但要说苏57无用,那我们说歼16这些飞机在国土防空作战中,在本土雷达支持下抗衡f35就是笑话。难道同样的环境苏57就不如歼16。第二,所谓近距离空战能力和亚音速机动性是否无用,这有赖于作战想定,假如大规模作战雷达和预警体系被严重破坏,两方隐形机需要迫近到非常近距离拼刺刀,那拼刺刀还是有用的。或者预警体系特别完善隐形机占不到太大便宜,如歼16在本土预警探测体系支援下以远距离空空导弹接战f35,双方在中距拦射弹打光了情况下,开展近战,机动性的用处还是显现出来了。当然,未来战场这种可能越来越小了。杨伟总师也指明了方向。我一个朋友说博格丹退休应该请来三亚,气候适合俄罗斯人休息,随便指导个飞行俱乐部就大把外快。我说人家还缺你那点小钱钱。可以看出大家对英雄的喜爱。我倒觉得可以让博格丹飞飞歼十c和歼15,如果可能是不是也在辽宁号上起降一下,他是当年苏式航母起降的试飞员。老头一定会感慨万千。当然我们的机制可能不允许这样。这就表现出与马斯克的差距了,要是老马自己的企业自己说了算,没准给他发射到空间站玩一圈。贵客来了的招待该让他难忘也该符合他的身份嘛,这更能赚足了自己人的眼球。有人说,万一摔了一架歼15,赔的起吗?老谢摔了更赔不起啊。其实这就是怕犯错和压倒一切的稳。有些事不能上来就说怎么不行,应该研究怎么能行。他要是航母上起降抖音直播估计能赚不止一架歼15。思维不同,机制不同,冒不了险,创新也难,自然也缺少激情。说到激情,带偏点话题。看网上都在吹腾冲的酒店,我前一段刚在腾冲,松山回来,30个小时,去了我的团长我的团的拍摄地,也去松山凭吊了烈士。如果我们的舆论都这么狭隘,像白岩松说的把爱国当成框,装进极端民族主义之实和自己的自嗨。那一定是令人悲哀的。这与放开签证,欢迎八方来客的政策也违背吧。去某本也不希望人家歧视吧?那边写国人吃饭不招待,国内义愤填膺,这边不接待人家住宿,大家又拍手叫好。再放任这种极端思潮和诱导,伤害小孩的事还可能上演。我说这话一定会引起真人假人的共同批判回复。甭上历史和爱国主义课。历史每个人都懂也绝没有忘,我们努力的是建设强大国家,不让历史也包括印尼排华的历史重演,而不是义和团式的反文明的宣泄,只能证明自己的懦弱不堪。更可怕的是现在出现这种思潮没人敢堂堂正正的出来反驳,说话。仿佛谁敢对抗那个框,谁就被千夫所指,打成卖国贼。长此以往,还能去哪找有思想客观追求真理,看待世界的人。
  • 刚开了珠海航展这几天的天气,14号开始到17号都有雨。15号雨最大。还是17号天气好转点。公众们好不容易休个周末高价票过去,可别取消飞行啊😂
  • 看到博格丹和徐枫灿合影了。一时不知道该羡慕谁😂
  • 太复杂了
    现在成熟的方案就是旋翼(不可偏转的)
  • 叫我老刘好了
    刚看施老和养鸡的视频说朝鲜的洲际导弹。就觉得内外关于朝鲜洲际导弹能力和水平到预测都错了。总暗示兔子帮他,毛子帮他,才发展起来,没人帮就不会弄的说法幼稚可笑。朝鲜的导弹就是独立自主,一通百通。决心坚定,可以硕是另一个马斯克星舰式发展的另一条路。他们目标明确,就是要造世界一流的战略力量,不满足于低级低档。以前嘲笑人家没有固体弹,现在給造了个全世界最大移动固体弹。还展现了无依托发射努力,橡胶垫,水塘边发射。有没有达到兔子的无依托发射水平放一边,至少一定程度上有无依托的形式。在浓雾中飞起的这个弹,至少在射程和投掷重量上部署我们的31甲改,至于先进到细节海跟人家比就有点不要脸了。投掷重量和射程甚至已经超过了东41。那我们还有什么自吹自擂,自负先进无敌的呢。朝鲜都能,而且能做的更大。宣传该反思,发展也该反思。
    最烦这种“抛开事实不谈”就要你反思的军盲。
    且不说哪来的数据就敢吹超过31AG和41,朝鲜弹道导弹的起源是飞毛腿,你说跟毛子没关系?火星系列洲际导弹的运载车,别以为磨掉了“万山特车”的铭文别人就认不出来了。还有朝鲜的高超导弹,不会有人以为只要简单模仿DF17的外形就能成功的吧?不会吧不会吧?没有高超音速风洞,连蓝星首霸的米帝都连连失败,凭啥就朝鲜能成功?难道朝鲜的物理规律跟全世界不一样?
  • 有钱烧啊,花样肯定就多了
  • 叫我老刘好了
    刚看施老和养鸡的视频说朝鲜的洲际导弹。就觉得内外关于朝鲜洲际导弹能力和水平到预测都错了。总暗示兔子帮他,毛子帮他,才发展起来,没人帮就不会弄的说法幼稚可笑。朝鲜的导弹就是独立自主,一通百通。决心坚定,可以硕是另一个马斯克星舰式发展的另一条路。他们目标明确,就是要造世界一流的战略力量,不满足于低级低档。以前嘲笑人家没有固体弹,现在給造了个全世界最大移动固体弹。还展现了无依托发射努力,橡胶垫,水塘边发射。有没有达到兔子的无依托发射水平放一边,至少一定程度上有无依托的形式。在浓雾中飞起的这个弹,至少在射程和投掷重量上部署我们的31甲改,至于先进到细节海跟人家比就有点不要脸了。投掷重量和射程甚至已经超过了东41。那我们还有什么自吹自擂,自负先进无敌的呢。朝鲜都能,而且能做的更大。宣传该反思,发展也该反思。
    朝鲜导弹也是飞毛腿领进门的,比伊朗发展的好。
  • 东大空中三蹦子,应该是比较成熟的一款,虽然小点,单人。
  • 晨枫 古今多少事,都付笑谈中 作者
    张广才
    网友分析V22升力失效提到,接近地面时,不知道为什么会产生涡流环,结果升力突然变小“打滑”,往下掉,还两边不平衡,就容易摔。
    。。这是不是说,旋翼式的垂直起降,需要反应速度更快的机械结构。内燃机反应慢,可能怎么搞也不行。最终需要电机驱动,靠电控?
    不是那个问题,没升力了,什么控也白搭
  • 叫我老刘好了
    刚看施老和养鸡的视频说朝鲜的洲际导弹。就觉得内外关于朝鲜洲际导弹能力和水平到预测都错了。总暗示兔子帮他,毛子帮他,才发展起来,没人帮就不会弄的说法幼稚可笑。朝鲜的导弹就是独立自主,一通百通。决心坚定,可以硕是另一个马斯克星舰式发展的另一条路。他们目标明确,就是要造世界一流的战略力量,不满足于低级低档。以前嘲笑人家没有固体弹,现在給造了个全世界最大移动固体弹。还展现了无依托发射努力,橡胶垫,水塘边发射。有没有达到兔子的无依托发射水平放一边,至少一定程度上有无依托的形式。在浓雾中飞起的这个弹,至少在射程和投掷重量上部署我们的31甲改,至于先进到细节海跟人家比就有点不要脸了。投掷重量和射程甚至已经超过了东41。那我们还有什么自吹自擂,自负先进无敌的呢。朝鲜都能,而且能做的更大。宣传该反思,发展也该反思。
    朝鲜有很多方面落后,但是在知识分子的地位上,绝大多数的国家都不能相比,这一点从镰刀锤子旗帜上多出来的那支笔就能看出来。
  • 刚看施老和养鸡的视频说朝鲜的洲际导弹。就觉得内外关于朝鲜洲际导弹能力和水平到预测都错了。总暗示兔子帮他,毛子帮他,才发展起来,没人帮就不会弄的说法幼稚可笑。朝鲜的导弹就是独立自主,一通百通。决心坚定,可以硕是另一个马斯克星舰式发展的另一条路。他们目标明确,就是要造世界一流的战略力量,不满足于低级低档。以前嘲笑人家没有固体弹,现在給造了个全世界最大移动固体弹。还展现了无依托发射努力,橡胶垫,水塘边发射。有没有达到兔子的无依托发射水平放一边,至少一定程度上有无依托的形式。在浓雾中飞起的这个弹,至少在射程和投掷重量上部署我们的31甲改,至于先进到细节海跟人家比就有点不要脸了。投掷重量和射程甚至已经超过了东41。那我们还有什么自吹自擂,自负先进无敌的呢。朝鲜都能,而且能做的更大。宣传该反思,发展也该反思。
  • 网友分析V22升力失效提到,接近地面时,不知道为什么会产生涡流环,结果升力突然变小“打滑”,往下掉,还两边不平衡,就容易摔。
    。。这是不是说,旋翼式的垂直起降,需要反应速度更快的机械结构。内燃机反应慢,可能怎么搞也不行。最终需要电机驱动,靠电控?
  • 施瓦辛格的电影《第六日》,就有这种飞行器。。
  • 火箭发动机过度下

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