中國「藍鯨」傾轉旋翼機 可否避免V-22「魚鷹」慘痛血淚史

我國藍鯨傾轉旋翼機

傾轉旋翼機對中國航空領域研究而言是一項巨大的挑戰，對傾轉旋翼氣動的研究需要建立完善的風洞試驗台和相關技術，歐美髮展傾轉旋翼時投入了大量資源建設風洞，對傾轉旋翼的渦環特性和氣彈特性進行重點研究和測試，比較典型的有TDT風洞、DNW-LIF風洞等，蘭利研究中心、貝爾直升機公司和波音都有著豐富的傾轉旋翼風洞測試經驗，可驗證旋翼與機翼、旋翼與尾翼以及兩幅旋翼之間的產生的干擾特性。

「藍鯨」擁有四旋翼，因此考慮的問題更多，四旋翼之間、四旋翼與尾翼還有機翼之間的氣動和聲學影響需要大量測試評估，對飛行包線之內的顫振裕度進行深入分析，除了建立全尺寸試驗台等各種風洞技術，還需要對渦跡、尾渦速度以及流場進行測量，有助於顯著提升飛行器的操縱性能。V-22在風洞測試階段，傾轉短艙在傾角變化可需要在20秒之內完成，這種變化對快速起降有著很大優勢，但是卻會帶來諸多槳葉間擾流和機翼負升力的干擾，當遇到四台傾轉短艙時，其氣動和動力學問題會更加突出。

「藍鯨」傾轉旋翼機的研發工作應該說面臨著多重困難，資金和技術這兩個方向上需要大規模投入，但由於此類飛行器具有極強機動能力，通過純推力矢量控制技術實現垂直/短距起降和高速巡航，是未來兩棲登陸作戰的理想空中平台。

中國對傾轉旋翼的研究起步較晚，甚至在10年前還處於概念研究階段，相比較於西方國家從XV-3到XV-15，再到V-22的發展近50年的路子，中國在這方面幾乎沒有現成的驗證機，中國空氣動力研究與發展中心建立的4米和2米徑旋翼試驗台也是最近20年的業績，其中8×6風洞和4×3風洞是研究傾轉旋翼的基礎性設施。

最近幾年，中國對傾轉旋翼的研究集中在過渡段氣動特性研究、旋翼與機翼、旋翼與機翼的氣動彈性耦合穩定性、動力學和飛控技術、變直徑傾轉旋翼動力學技術等領域，飛行試驗也僅體現在小型無人傾轉旋翼驗證平台，這些進步僅僅是基礎性的研究，距離四旋翼傾轉旋翼樣機製造階段還有相當的距離。

傾轉旋翼機的結構與其他飛行器不同，傳統意義上的傾轉旋翼機在機翼兩端各安裝傾轉組件，「藍鯨」則有兩幅機翼，擁有四個傾轉組件，是一種四旋翼橫列式布局。起飛和降落、平飛過程與雙旋翼的V-22較為類似：垂直起降模式、傾轉過渡模式以及固定翼飛行模式，「藍鯨」的尺寸比V-22要大很多，在航程和載重量指標上具有壓倒性的優勢，到隨之而來的動力學和姿態控制問題也更加突出，V-22原型機摔掉一半的原因涉及到多起飛行狀態控制問題。「藍鯨」的四旋翼特點也決定了機翼與旋翼之間以及旋翼間的誘導速度場干擾明顯，機翼下洗流可形成噴泉效應，增大四旋翼誘導速度，在直升機模式懸停狀態下時，不穩定性突出。

藍鯨面臨的棘手問題

複合材料

傾轉旋翼的複合材料是研究的關鍵技術之一，比如槳葉需要採用彎扭耦合特性更強的複合材料製造，通過複合材料機翼塑造出理想狀態的氣動，同時也需要使用複合材料設計優化槳尖形狀，除此之外，傾轉旋翼機的機身也需要使用大量的複合材料，以V-22為例，機體的41%使用了複合材料，我國航空工業在複合材料上可能還需要花費更多的時間和資金投入。

發動機

V-22使用的羅·羅AE1107C大功率發動機屬於AE發動機家族，是專門為V-22研製的渦軸發動機，使用了6排可伸縮壓縮機葉片和數字控制系統，模塊化設計突出，美國海軍陸戰隊希望V-22的發動機能連續飛行600個小時，即便是美軍的平均使用壽命也僅為380個小時，其中腐蝕顯然較為嚴重，發動機的問題直接關乎傾轉旋翼機的設計方案，如果因為發動機問題不得不採用四旋翼結構，那麼就有些牽強，甚至可影響到整個項目的成敗。

V-22的誕生

貝爾－波音V-22魚鷹式傾轉旋翼機，是由美國貝爾公司和波音公司聯合設計製造的一款傾轉旋翼機，傾轉旋翼機具備直升機的垂直升降能力，但又擁有固定翼螺旋槳飛機較高速、航程較遠及耗油耗較低的優點，時速高達500公里，是世界上飛最快的直升機。

據美國軍方稱，「魚鷹」傾轉旋翼機可滿足32種軍事任務的需求，並能賦予戰場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。它出動時所需的支援較少，且不需要機場和跑道，加之維修簡單，生存力強，因而特別適用於進行特種作戰和緝毒行動，可大大提高軍隊布防、緝毒、救援、拯救人質等行動的速度。美國前國防部長科恩指出，「魚鷹」將會改變人們的行動方式，適應21世紀美軍的多方需要，大大縮短軍事打擊、解救人質、災難救援、人道主義援助和維護和平的反應時間。

半個多世紀中，共開發研究過XV-3、X-22A、XC-124A、CL-84、「伏托爾」76等43 種不同的型號，但多數以失敗而告終。只有美國貝爾直升機公司成功地研製出了XV-3，XV-15，並在XV-15的基礎上成功地研製出軍用型「魚鷹」及民用型BA609傾轉旋翼機。經過漫長的探索研究之後，傾轉旋翼機終於真正地投入了實際應用。

V-22設計基於貝爾負責的XV-3和XV-15，早於1980年代開始研發，於2007年開始在美國海軍陸戰隊服役，以取代行之有年的CH-46海騎士直升機（CH-46 Sea Knight）之拯救及作戰任務。2009年起，美國空軍也開始部屬空軍專用的衍生版本。V-22已被美國海軍陸戰隊及美國空軍部署於伊拉克、阿富汗、蘇丹和利比亞從事作戰及救援任務。

V-22的特殊的機體結構

V-22在機翼兩端各有一可變向的旋翼推進裝置，各包含勞斯萊斯-艾利森T406型（Rolls-Royce Allison T406，該公司內部代號AE 1107C-Liberty）渦輪軸發動機及由三片槳葉所組成的旋翼，整個推進裝置可以繞機翼軸由朝上與朝前之間轉動變向，並能固定在所需方向，因此能產生向上的升力或向前的推力。這轉換過程一般在十幾秒鐘內完成。

當V-22推進裝置垂直向上，產生升力，便可像直升機垂直起飛、降落或懸停，其操縱系統可改變旋翼上升力的大小和旋翼升力傾斜的方向，以使飛機保持或改變飛行狀態。

在起飛之後，推進裝置可轉到水平位置產生向前的推力，像固定翼螺旋槳飛機一樣依靠機翼產生升力飛行。這時以主翼後緣的兩對副翼可保證飛機的橫向操縱，鉸接在端板式垂直尾翼上的方向舵和水平尾翼上的升降舵可以依靠舵機改變飛行方向和飛行高度。由於旋翼直徑大，在地面將推進裝置轉到水平位置會使旋翼會碰到地面，所以V-22不能像飛機一樣在跑道滑行升降。為此，V-22另一升降模式為短距起降（STOL，Short Take-Off and Landing），推進裝置會轉至前向45°，同時產生升力及向前推力，使機身在跑道上滑行，主翼產生的升力，加上旋翼的升力使V-22在滑行短距離後能起飛，同樣方式也能用於降落。此模式之好處在於較垂直起降節省燃料。在直升機模式下，因為主翼擋住了部分旋翼的氣流，相比傾翼（Tiltwing）設計損失了10%的升力，但卻有更佳的短場升降性能。

機身有超過43%為複合材料製造，包括旋翼。為減少被運載時所需空間，整主翼可以轉動90°，變成與機身平行，三葉旋翼也能轉動重疊在一地。整個收納過程只需90秒。兩具勞斯萊斯Rolls-Royce T406引擎以轉軸及齒輪箱連動，因此即使其中一個失去動力，另一個也能讓整架飛機繼續飛行。

大部分V-22的任務有超過70%時間以定翼機模式飛行，定翼機飛行模式有比直升機更高的飛行高度，讓V-22有更遠的航程，更快的飛行速度，也方便了通訊。

V-22多發的事故

2000年美國海軍陸戰隊對MV-22「魚鷹」傾轉旋翼機進行了一系列的測試。但在經過8個多月522架次、804個飛行小時的使用鑒定試驗之後，發現MV-22的槳葉摺疊系統有缺陷，而該系統是MV-22艦載所不可缺少的，並且發現該機的可靠性、維護性、可用性和互用性仍然存在不少問題。測試結果表明MV-22傾轉翼機暫時不符合使用要求。據測試報告稱，MV-22達到了重大故障時間間隔的要求，但是該機只滿足平均故障間隔時間（MTBF）要求的一半。為了實現MTBF的要求，海軍陸戰隊已發現該機有149處需要修改，並隨後進行了改進。

2000年發生兩次致命事故，共19名海軍陸戰隊員喪生，因而停止了其所有的飛行試驗計劃。造成這兩起災難的原因有液壓系統故障、機電問題和飛行控制軟體缺陷。在海軍、海軍陸戰隊、國防部和工業部門協商擬訂一項計劃、並通過改進一系列硬體和軟體以及提高MV-22安全性和性能後，於2002年5月29日恢復了該機的飛行試驗。在此次試飛中，MV-22完成了20次起降，並且在空中連續多次進行了從直升機模式轉換到飛機模式的飛行。在整個測試過程中，直升機沒有出現異常情況。

2011年2月18日，海軍陸戰隊指揮官James Amos表示， 美國海軍陸戰隊部署到阿富汗的MV-22飛行超過10萬小時，並指出MV-22已成為最安全或接近最安全的飛機。MV-22在過去十年每飛行小時的事故發生率大約只有美國海軍陸戰隊飛行機隊平均事故發生率的一半。V-22已成為海軍陸戰隊中事故發生率最低的旋翼機。

但在之後1年，2012年4月，一架MV-22「魚鷹」傾轉旋翼機在摩洛哥墜毀，造成兩名海軍陸戰隊隊員死亡，對「魚鷹」傾轉旋翼機的安全紀錄帶來不利影響。

在超過30年的發展階段，「魚鷹」傾轉旋翼機獲得了不好的名聲。在此期間，已知有30名美國海軍陸戰隊隊員在三起事故中喪生。在2000年發生在亞利桑那州的一起事故中，19名美國海軍陸戰隊隊員喪生。然而，在過去的十年間，V-22「魚鷹」傾轉旋翼機的事故率一直都是美國海軍陸戰隊整個機群平均事故率的一半左右，目前在所有旋翼機中事故率最低。各種飛行器的平均事故率隨著實際飛行時間變化而變化，考慮到V-22「魚鷹」傾轉旋翼機最近才加入部隊服役，因此它真的是一種非常安全的飛行器。

2014年正當多國聯軍空襲伊拉克及敘利亞IS據點之時，一架美軍直升機10月2日在波斯灣起飛執勤後不久墜海，一名海軍陸戰隊隊員死亡，是美軍空襲IS以來首次有美軍士兵在行動中陣亡。這起事故現場的照片直到2015年7月後才對外公開。

V-44——圖版上的「魚鷹」替代者

除V-22「魚鷹」傾轉旋翼機之外，美國貝爾直升機公司正計劃研製未來的傾轉旋翼機V-44。這種還處在圖板上的旋翼機由「魚鷹」傾轉旋翼機衍變而來，旋翼機有4個機翼，在每個機翼的翼尖裝有一個可以傾轉的短艙。

V-44將被設計成大型運輸機，其機身內部大得將足以容納1個2.5米×2.5米×13米的集裝箱、幾架直升機、幾輛各種型號的多用途輕型裝甲戰車以及8台標準裝卸工具，或者是70個士兵的鋪位。也就是說，新型飛機可以搭載80個至100個士兵或者10噸至20噸裝備和物質以最快時速620公里到達1600公里至3200公里以外的地方，然後不需要跑道和機場而進行垂直降落。

V-44未來旋翼運輸飛機將適合美軍陸戰隊的機動行動，支持空軍的空中遠征部隊行動以及符合陸軍的未來聯合運輸機模式。美國陸軍希望能以其替代CH-47「切努克人」直升機。V-44除了擁有超強的運輸能力之外，它將裝備先進的激光武器和精密控制武器，對目標飛機以及機場和海港擁有超強的摧毀打擊能力。

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