七分技術突破，三分時代運氣——V-22 魚鷹傾轉旋翼機的誕生

# 寫在前面

從上個世紀50年代開始，在美國陸軍和空軍的支持之下，美國各大航空公司就開始著手研製前飛速度較大的旋翼飛行器，最早被設計師提出來的是基於傳統直升機之上加裝機翼、輔助推進裝置等部件的複合式直升機，由於新構型的直升機能夠突破常規直升機的前飛速度理論限制，軍方對此表示了極大的興趣，在充足的資金推進下，美國航空界掀起了複合式直升機的研製熱潮，這股熱潮一直到1972年的夏延（AH-56A Cheyenne）複合式直升機的失敗才冷卻下來。

圖——夏延複合式直升機

夏延的失敗雖然不是複合式直升機理論的失敗，但是受限於當時的生產製造工藝、理論技術以及造價過於昂貴等問題，夏延項目取消了，美國陸軍放棄了複合式直升機的構想，轉而推進了先進攻擊直升機項目（Advanced Attack Helicopter；AAH），該項目最終促成了阿帕奇的誕生。

同樣是在上世紀七十年代，穩步推進的貝爾的XV-15卻取得了成功，這就把軍方和投資方對高速型旋翼飛行器的期待目光都投向了傾轉旋翼機，原本用於複合式直升機的預算也逐步轉向傾轉旋翼機，這直接促成了貝爾在傾轉旋翼機上的穩步前進，打造出了矚目全球的V-22 魚鷹傾轉旋翼機。

圖——XV-15 傾轉旋翼機

而「運氣不太好」的複合直升機則隨著夏延直升機項目的取消在美國沉寂了近四十年，被稱為「Compound Gap」。當然這是題外話，本文不展開講述，下次我會專門寫篇文章展開講述這一段複合式直升機的歷史。

本號持續針對旋翼飛行器理論、設計、未來等相關內容進行深度解讀，感興趣的讀者歡迎關注。

# 研製背景

為彌補常規直升機速度慢、航程短的缺陷，美國成功研發了V-22，傾轉旋翼機兼具常規直升機垂直起降和空中懸停能力，以及飛機高速巡航飛行能力，其飛行速度、高度和經濟效益都大大超過了現代直升機，因此引起了各國軍事專家和航空界的濃厚興趣。20世紀50-60年代，美國、加拿大及歐洲的一些公司競相掀起了一股研製傾轉旋翼機的熱潮。美國的貝爾直升機公司是研製傾轉旋翼機的先行者，早在20世紀40年代末就以競標形式啟動「垂直起落轉換式飛行器」計劃，還舉行過兩次工業界的可轉換式飛行器會議，在此基礎上開展了傾轉旋翼技術的研究，並取得了豐碩成果。

V-22「魚鷹」（Bell Boeing V-22 Ospery）是美國貝爾直升機公司和波音公司聯合研製的、全球目前唯一進入現役的傾轉旋翼機，這一項目的主導方——美國海軍陸戰隊的重要任務就是兩棲登陸作戰，奪取敵方佔領的岸灘以及一定縱深的區域，這與「魚鷹」的最大優點（從海平線外出發，高速運送士兵直接佔據敵方縱深地域）非常契合。在阿富汗、北非、中東等機場道路設施不健全的地區作戰時，該機也能發揮出航程遠、高時速的優點，並且比普通直升機更能適應高溫、高原的惡劣條件。另外隨著美國亞太戰略的持續推進，「魚鷹」成為美國在該地區的核心裝備。部署到沖繩等亞太基地的「魚鷹」，顯然應對的是兩棲登陸以及縱深作戰等擅長的任務，其飛行半徑約為600千米，一次空中加油後飛行半徑可擴大到1100千米，從沖繩起飛，朝鮮半島、中國均在其飛行半徑之內，關島成為「魚鷹」的部署點。

美國軍方表示，「魚鷹」可以滿足32種軍事任務需求，賦予戰場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。在作戰時，一次最多可以運送35名士兵，相當於2.5架UH-60直升機運送的人數，而其飛行速度是UH-60的兩倍，如此高效的運輸平台無疑將成為美軍航空備中的耀眼明星。

圖——魚鷹從艦面起飛

# 研製歷程

1951年，美國軍方提出「陸軍-空軍聯合作戰」計劃，貝爾直升機公司在軍的支持下開始研製XV-3傾轉旋翼機。當時，美國一家飛機公司已開發出一種輕型傾轉旋翼機1-G，但該機於1955年7月20日在高速前飛中墜毀，實際上它已經完成了直升機與飛機飛行模式之間的轉換。當時總距操縱桿上的摩擦制動器發生了滑動，突然進入大角度俯衝，墜入了特拉華河。貝爾直升機公司採用1-G的設計思想，研製出兩架XV-3原型機。原型機的機身長9.15米，旋翼直徑7.62米，機翼翼展9.15米，全機總重量約為2218千克（包括燃油、飛行員和機載設備），設置了向下彈射的飛行員彈射座椅系統。

圖——1-G試驗機

XV-3的第一架原型機於1955年2月10日出廠，在完成機身和操縱系統載荷驗證試驗、振動鑒定和系統功能試驗之後開始地面開車試驗。旋翼穩定性檢查試驗表明，該機無任何地面共振趨勢。為了評估飛行器最大速度、改善高速飛行的特性，並制定機動飛行誘發的旋翼揮舞最小的改進方案，1962年7月進行了XV-3風洞試驗。1966年5月，最後一次風洞試驗中，翼尖疲勞斷裂最終導致兩副旋翼撕裂，從而結束了XV-3的試驗歷程。

圖——XV-3 傾轉旋翼機

XV-3傾轉旋翼機的試驗，證實了傾轉旋翼概念具有強大的生命力，其原理用於垂直起落運輸飛行是基本可行的，並顯示出了其技術優點，為後來XV-15和V-22項目提供了非常寶貴和豐富的數據。

1972年，NASA和陸軍開展了一項全新的以渦軸發動機驅動的傾轉旋翼機項目，波音公司和貝爾直升機公司分別提出設計方案。經過全面評估，貝爾直升機公司於1973年5月獲得該項目合同。合同要求貝爾直升機公司製造和試驗兩架雙發傾轉旋翼研究機，為期4年。由NASA艾姆斯研究中心和美國陸軍空中機動性研究和發展實驗室聯合投資與管理，估算費用為3720萬美元，在該機獲得初步成功後，1979年美國海軍也為該項目提供資金。到1981年，實際上花費5000萬美元。

該研究機的目的為試驗和證實傾轉旋翼的可行性，探索其可用飛行包線的限制，評估在軍民用運輸方面的需要。貝爾直升機公司利用XV-3的經驗，證實了這種傾轉旋翼的可能性，可以滿足NASA及美國陸軍的要求。該機的軍方編號為XV-15。

圖——XV-15 結構圖

設計工作始於1973年7月，其大致研製過程如下：

第一架原型機於1976年10月出廠，1977年1月開始地面試車，5月3日實現首次懸停飛行，最大飛行速度限制在72千米/時。在這次首飛中完成了最初的懸停和低速操縱品質評估，包括繞起落航線飛行。

1978年3月交付NASA，同年7月完成全尺寸風洞試驗。在飛行狀態下（時速185-315千米）由直升機模式向飛機飛行模式轉換，或是完成相反的轉換，這種轉換需要12秒。

第二架原型機於197年9月開始地面試驗，1979年4月23日第一次完成直升機模式飛行，同年7月24日第一次在飛行中完成了從直升機模式向飛機飛行模式的轉換，飛行中前飛速度達297千米/時。

在1979年11月1日的飛行中，空中完成飛行模式轉換後，飛行速度達到383千米/時。

在1980年6月的試飛中，平飛速度達到560千米/時的目標。機動飛行時，過載達到2並在不同的模擬應急情況下評定了操縱品質。XV-15能從速度為111米/時的直升機模式迅速轉換為飛機模式，時速增大到296千米，不需要增加發動機功率。

1980年8月，按合同完成了試驗大綱中規定的試驗內容。

原型機最初採用T-34C渦槳發動機，但試驗證明T-34C達不到高性能傾轉旋翼機的要求。也採用過T-37發動機，但在一次飛行試驗中，由於發動機出現了故障，貝爾直升機公司最終選擇了萊康明公司功率為1155千瓦的T53-TLCIK-4K渦軸發動機。

1981年6月在第34屆巴黎航展上，XV-15第一次展出。在飛行表演前，已經進行過約100次轉換飛行。在連續11天的飛行表演中，給世界直升機協會留下了深刻印象。

XV-15在此次航展上卓越的具有創造性的表演，在某種程度上促使了三軍聯合先進垂直起落飛機（JVX）項目，即後來V-22的誕生。

從技術觀點看，項目獲得圓滿成功。作為軍用和民用任務評估要求的一部分，對性能和操縱品質評估的最大收穫是實現了客座飛行員計劃。過去大部分研究機只由少數試飛員試飛，而1990年7月中旬，超過185名具有各種不同經驗和能力的客座飛行員，包括只有很少飛行小時經驗的私人飛行員飛行了XV-15，對該機都論作為直升機或者固定翼機都易於飛行；模式的轉換快速、簡便，工作負荷低；駕駛艙雜訊和振動水平低。

為了追求更快的速度和更大的航程，1982年美國陸軍提出了三軍聯合先進垂直起落飛機（JVX）項目。1983年1月因資金問題，陸軍將該項目轉給了美國海軍。在沒有競標的情況下，軍方將合同交給了貝爾直升機公司和波音公司，兩家公司合作在XV-15的基礎上開始研製實用型傾轉旋翼機，其中貝爾直升機公司主要負責研製機翼、短艙、旋翼、整流罩、傳動系統以及發動機的集成，波音公司主要負責機身、起落架、電氣與液壓系統以及航空電子的集成。1985年1月，美國將其正式命名為V-22"魚鷹」。

圖——魚鷹的旋翼及短艙聯接近照

1986年5月2日，開始進行為期7年的全尺寸研製（FSD），第一架原型機於1988年5月出廠，1989年3月19日首飛，同年9月14日實現了模式轉換飛行。恰在此時，生產合同被美國國防部取消。取消生產合同是明智之舉，因為當時「魚鷹」還不具備生產條件，原型機存在許多設計缺陷。例如，在遇到緊急情況時，不能及時、有效地為飛行員提供關鍵信息，座艙內的儀錶布局也與常規布局不一樣等。總之，機身設計和儀錶設置沒能借鑒以往的成功經驗，當時的V-22並不適合軍用。

圖——魚鷹傾轉旋翼機的設計圖

1992年6月，第四架V-22原型機在弗吉尼亞州失事。事故調查表明：在模式轉換飛行時，右發動機發生故障。這次意外事故當然不是傾轉旋翼概念的錯誤，所以設計人員通過發動機設計的改進和增加保護措施，避免了這類事故再次發生的可能性。剩下的兩架原型機繼續進行飛行試驗。1995年，已退役的第二架V-22原型機與保留下來的XV-15參加了巴黎航展。V-22傾轉旋翼機在航展上大出風頭，贏得眾人青睞V-22的俯衝速度為556千米/時，作戰航程大於852千米，動力裝置採用兩台艾利遜公司的T406-AD-400渦軸發動機，單台功率達4392千瓦，由於採用了這種低轉速、大功率的發動機，因而雜訊很低，對軍、民應用都很有價值V-22的良好性能引起了美國軍方的極大興趣，美國各軍種紛紛訂貨，並提出了各自不同的設計要求。海軍陸戰隊把型號定名為MV-22A，用於取代正在服的CH-46和CH-53直升機，要求能以463千米/時的速度飛行，執行3700千米作戰航程的戰鬥任務。

圖——執行任務的魚鷹傾轉旋翼機

要能運輸24名全副武裝的陸戰隊士兵，能有4540千克的外掛重量的能力；海軍則把型號定名為HV-22A，要求能以463千米/時的速度飛行，執行852千米作戰航程的戰鬥、搜索和救援任務；海軍還提出一種反潛型，定型為SV-22，用於取代固定翼飛機S-3；空軍則把型號定為CV-22A，用它為特種作戰部隊提供新的全球範圍作戰能力，要求能在任務航程為1297千米的範圍內運輸12名特種兵，或能在463千米/時的速度下運送1300千克物資飛行1297千米；陸軍除了採用基本的V-22作為突擊機降外，還要用V-22作為電子戰專用機。

圖——空中受油的魚鷹

但是各軍種攜手合作的好景不長，陸軍的電子戰型要求V-22具有很大的載重量和很高的升限，陸軍基本型遠大於其他軍種所要求的基本型。空軍的特種作戰型要求有很遠的航程，要求翼展較大，以提高固定翼狀態下的氣動效率，而且可以容納較多的燃油。但海軍陸戰隊的V-22必須能夠把槳葉折起來，把機翼橫轉過來和機體平行，以減少艦上的佔地。所以V-22的佔地不能超過CH-46，因此，翼展和槳葉尺寸都有限制。海軍的搜索救援和反潛型要求有很好的懸停性能。具體到座艙的正副駕駛位置也有爭議，海軍和海軍陸戰隊習慣上是正駕駛在右座；空軍和陸軍習慣是正駕駛在左座。圍繞V-22的性能指標和具體設計，各軍種之間展開了激烈的爭論。最後，陸軍決定退出V-22計劃。空軍、海軍對各自的要求做了很大的讓步，由V-22的最大用戶海軍陸戰隊主持V-22的計劃，海軍陸戰隊的基本型成為MV-22，要求可以裝載3名機組成員和24名士兵，速度463千米，時，作戰半徑371千米，無地效懸停高度914米。海軍的搜索救援型稱為HV-22，空軍的特種作戰型稱為CV-22，反潛的SV-22取消。

圖——魚鷹摺疊收起以減少艦面空間

1998年9月，V-22進入生產型開發階段，該階段的工作包括為期8個月的作戰評估、1個月的海上試驗，以及對動力裝置的驗證。生產型V-22做了許多改進，包括儀錶板、操縱桿、起落架定位裝置等，並加強了機艙的結構，在試飛過程中未發現任何大的設計失誤與性能不良問題。

1999年2月，貝爾直升機公司開始在阿馬里洛工廠總裝首架海軍生產型MV-22傾轉旋翼機，這標誌著生產型開發階段結束。同年5月，首架生產型MV-22交付美國海軍陸戰隊的VMMT204訓練中隊，第二架於7月交付。

空軍的CV-22的12項設計評審工作於1998年12月完成1999年4月，貝爾直升機公司生產的第七架和第九架V-22被改裝成美國空軍特種作戰機型。CV-22的首架生產型樣機於1999年10月首飛，2000年交付美國空軍，以進行為期12個月的試驗2000年之前，V-22共出現過4次重大墜機事故，1991年6月11日，一架MV-22由於接線問題而墜毀，無人員傷廣。1992年7月20日，一架MV-22從佛羅里達州的埃格林空軍基地直飛1127千米以外的弗吉尼亞的海軍陸戰隊總部，在降落過程中突然失去控制墜毀，機上7名乘員遇難，原因是機械故障導致發動機起火，2000年12月11日，又一架MV-22因為液壓系統泄漏，加上飛行控制系統的操作失誤，導致墜毀，4人喪生。

2005年1月，V-22開始了最後階段的評估。在美國國防部國防採購委員會會議上，魚鷹」項目被批准進入全速生產階段，從而結束，該機為期18年的試驗。2006年3月，美國海軍建立了世界1第一個傾轉旋翼中隊VMM-263，海軍陸戰隊飛行員成功駕駛「魚鷹」傾轉旋翼機完成廣兩次跨大西洋的連續飛行。這次行動為V-22的跨海飛行積累戰術，技術和飛行程序，方面的經驗，為2007年的首次戰略部署做好準備。

VMM-263中隊的「魚鷹」於2007年9月部署在伊拉克，在最初7個月的部署中，VMM-263中隊達到了70%的任務完備率和每架旋翼機月度飛行約65小時的紀錄。V-22還被部署到阿富汗和利比亞用於戰鬥和救援行動。

2008年3月，貝爾直升機公司和波音公司獲得一份為期5年、價值104億美元的合同，為美國空軍和海軍陸戰隊製造167架「魚鷹」。據美國國防部的評估，多年期採購合同將比分年採購合同節省資金4.27億美元。按照該合同，美國海軍陸戰隊和空軍分別訂購了141架MV-22突擊運輸型和26架CV-22B3特種作戰型「魚鷹」，2014年8月交付完畢。目前，正在執行第二份多年度採購合同，即2013-2017年採購合同，合同總價值65億美元，共採購99架MV-22和CV-222010年4月，一架CV-22在阿富汗執行補給與滲透任務時，遭敵方炮火擊落，機上4人喪生，16人受傷

2012年4月，一架MV-22在「非洲雄獅」聯合軍演中發生故障墜毀，2人遇難，2人受重傷。同年6月，一架V-22在訓練中發生故障墜毀，5人受傷，無人喪生。2013年在阿富汗戰場，一名「魚鷹」飛行員在夜間行動中由於佩戴夜視鏡在降落時錯判高度，導致飛行器硬著陸，無人員傷亡，雖然實戰部署後發生了4起事故，但這與原型機試飛階段發生的事故有著本質的區別：並不是由「魚鷹」本身的缺陷造成的，也印證了從2000年起到實戰部署之前的改進、試飛獲得了切實的成果。

圖——夜間作業的魚鷹

2012年10月6日，美軍12架MV-22全部抵達日本沖繩美軍普天間基地，並完成了部署。

截至2014年年底，美國海軍陸戰隊共接收了242架MV-22，美國空軍則擁有44架CV-220從最早的XV-3開始，歷時半個多世紀，傾轉旋翼機技術才日漸成熟。「魚鷹"這一代表了旋翼機領域最高技術水平的機型，會在戰略、戰術層面上產生一定的影響，應當引起足夠的重視。

圖——穿梭艦艇之間的魚鷹概念圖

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