V-22“鱼鹰”是贝尔与波音合作的倾转旋翼直升机,舰载运输型MV-22已经在美国海军陆战队大量服役,美国空军则装备了战斗搜救型CV-22。这种革命性的直升机创造性地使用了倾转旋翼。两侧机翼翼尖的发动机短舱直立时,旋翼产生垂直升力,相当于具有横置双旋翼的直升机;发动机短舱水平时,旋翼产生水平推力,相当于具有超大螺旋桨的固定翼螺旋桨飞机。“鱼鹰”具有常规直升机难以比拟的高速和航程。在阿富汗战场上,美国空军的CV-22连续远程出动,成为特种部队的利器;在利比亚作战期间,美国海军陆战队的MV-22则临时客串战斗搜救角色,成功地营救出敌后跳伞的F-15E飞行员。

“鱼鹰”倾转旋翼直升机在阿富汗战场得到成功应用

尤其适合需要长距离高速飞行的场合
但是在多灾多难的F-35战斗机之前,“鱼鹰”是美国军机历史上最受诟病的飞机。研发严重拖延,成本大大超支,试飞和使用中不断被机毁人亡事故和各种技术问题所拖累。在老布什时代,国防部长切尼下令停止研发“鱼鹰”,是被美国国会强令恢复研发和继续生产才保下来的。这样坎坷的经历即使F-35也难以掠美。
“鱼鹰”研发在1983年启动,1989年首飞,2007年方才服役。如果算上XV-15技术验证机,那基本技术研发早在1971年就启动了。CV-22的生产已经结束,MV-22还在继续,但是始终没有出口订单。美国海军陆战队的订单预计到2020年将完成交货。届时,这架革命性的倾转旋翼直升机将停止生产。但是“鱼鹰”不死。
美国陆军正在筹划FVL计划,FVL的全称是Future Vertical Lift,意为未来垂直起落飞机。FVL将涵盖轻型、中型和中型直升机,意图替代现有的CH-47、UH-60、AH-64和OH-58。FVL现在还是空中楼阁,没有预算,但美国陆军已经开始JMR TD技术验证计划,作为FVL的先导,JMR TD的全称为Joint Multi Role Technology Demonstration,意为联合多用途技术验证机。联合当然指多军种联合,但这一次是陆军主导的,“鱼鹰”是海军陆战队主导的。
JMR TD的核心要求是230节(约426公里/小时)以上的巡航时速,约比现有直升机提高50%,航程和作战半径、高原高温性能也相应提高。随着美国战略重点向亚太倾斜,传统直升机的速度和航程短板越来越明显,严重限制了美国地面作战力量的远程投放,FVL对速度和航程的要求并不是得陇望蜀或者无事生非。由于倾转旋翼具有天然的速度和航程优势,贝尔公司自然用倾转旋翼方案应征。贝尔方案称为V-280“勇敢”,洛克希德是贝尔的合作伙伴。贝尔称这是第三代倾转旋翼技术,第一代为XV-15技术验证机,第二代为V-22“鱼鹰”。有意思的是,贝尔在“鱼鹰”计划中的合作伙伴波音没有参加贝尔的团队,而是与竞争对手西科斯基合作投标。西科斯基-波音的方案是以西科斯基X-2为基础的,这是共轴反转刚性双旋翼加推进螺旋桨的复合直升机方案。
常规直升机的奥秘和命门都在于那个旋翼。旋翼不仅产生升力,也产生推力,并产生各种非常规飞行(侧飞、倒飞、横滚、翻滚)所需要的力矩,但天然的后行桨叶失速问题从本质上限制了飞行速度,反扭力所需要的尾桨吃掉部分功率,进一步限制了飞行速度。西科斯基X-2采用刚性共轴反转双旋翼,解决了反扭力问题。刚性桨叶并不是真的刚性的,只是取消了常规桨叶与桨毂链接的挥舞铰,桨叶在旋转中的自然挥舞由材质的弹性来吸收,这样简化和减轻了旋翼结构,也减少了共轴反转上下旋翼打架的可能,可以相应缩小上下旋翼的间距,减小阻力和系统重量。共轴反转双旋翼不仅互相补偿后行桨叶失速问题,也在高速平飞时转入旋翼机状态,只产生必要的升力,不产生推力,这样可以减功率半怠速旋转,放宽了速度限制。为了进一步解放速度,X-2另有专用的推进螺旋桨,巡航速度达到250节(约460公里/小时)。西科斯基方案的好处是充分保留了常规直升机的垂直起落和非常规飞行能力,波音对中型、重型和攻击直升机的丰富经验则有助于西科斯基方案的实用化、系列化,提高对军方的吸引力。西科斯基-波音方案改称SB-1“不屈”,SB为西科斯基-波音的简称。

西科斯基-波音的SB-1是采用共轴反转刚性旋翼双桨加推进螺旋桨的复合直升机

AVX也是共轴反转双桨,但这是传统的柔性旋翼

卡莱姆的方案也是倾转旋翼,但与贝尔的方案有很大的不同,细长的机翼大大提高升阻比,可变变速比的旋翼大大改善悬停和推进效率

亚伯拉罕·卡莱姆
除了西科斯基-波音之外,名不见经传的AVX和老牌怪才卡莱姆也提交了应征方案。AVX是由一些从贝尔出走的人马组成的,他们一反贝尔的倾转旋翼路线,而是走更加传统的复合直升机路线。AVX的复合直升机比西科斯基X-2更加传统,采用俄罗斯卡莫夫直升机那样的传统共轴反转双旋翼,机尾也增加一对横置的涵道式推进螺旋桨作为主要前飞动力。不过AVX方案在前机身增加了一对固定短翼,用于在前飞中产生升力,为旋翼卸载。X-2和SB-1没有采用短翼,不利于高速平飞时为旋翼减载,但有利于低速飞行时减阻和减少与旋翼的气动干扰,还减轻重量。两种设计各有利弊。
AVX方案的好处是将现成技术创造性地堆积,在成本和风险得到控制的情况下达到前所未有的高性能。卡莱姆方案则从另一个方向探索高速直升机的问题。亚伯拉罕·卡莱姆原本是以色列飞机公司的总设计师,曾在70年代主持以色列无人机的研制。移民美国后,卡莱姆设计的“琥珀”和“蚊蚋”系列最终演变成为大名鼎鼎的“捕食者”无人机。卡莱姆在直升机设计方面并不是老字号,但这不妨碍他放下包袱,轻装上阵。卡莱姆方案也是倾转旋翼,但卡莱姆的倾转旋翼与“鱼鹰”有所不同。“鱼鹰”的机翼短粗,发动机短舱位于两侧翼尖,翼展则受到海军陆战队舰上停放要求的限制。按照上舰要求,“鱼鹰”的旋翼折叠起来后,要能与机翼整体旋转到与机体齐平的位置,最大限度地减小舰上占地,便于上舰,因此翼展不可能大于机长,机翼难以按照气动要求最优化为更加细长的形状。JMR是按照美国陆军的要求设计的,对减少地面状态的占地没有特别要求。因此,与“鱼鹰”相比,卡莱姆方案机翼细长,大大提高机翼的升阻比,有利于提高速度和航程。卡莱姆声称最大速度可达380节(约700公里/小时),大大超过JMR的最低要求。另外,卡莱姆方案的发动机短舱不是在翼尖,而是在翼展一半的位置。短舱外侧的外翼段与发动机短舱同步倾转,减少垂直起落状态下机翼对旋翼的遮挡。不容易从外观上看出的是,卡莱姆方案的旋翼还是可变转速的。旋翼通过变速箱由发动机带动,转速本来就是随发动机转速而变的,但变速比通常是固定的。然而,在同样的发动机出力下,高速平飞要求较高的转速来达到较高的推力,而垂直起落则要求较低的转速才能达到最大升力。卡莱姆方案采用可变变速比的变速箱,在不同飞行状态下保持最优变速比,这个技术已经在他设计波音A-160“蜂鸟”长航时无人直升机上得到使用。
