越南战争是历史上第一次直升机战争,美国在越南战场上动用了从 H-21“飞行香蕉”到 CH-47“奇努克”到 CH-53“绿巨人”(正式代号是“种马”)到 OH-6 的各种直升机,用于支援机降步兵作战,其中最著名的无疑是 UH-1“休伊”。在作战中,美军迅速采纳法国在阿尔及利亚反游击作战的经验,开始在机舱门安装机枪,用作直升机上的掩护和压制火力。但是,这毕竟是权宜之计。美军很快开始研制专用的攻击直升机,要求有比“休伊”一级的通用直升机有更强的火力、机动和防护,贝尔直升机公司的 AH-1“休伊眼镜蛇”方案脱颖而出。AH-1 是在 UH-1 的机械和动力系统上发展起来的,已经具有现代攻击直升机的主要特征:窄机身,具有装甲保护,串列双座,机头下方的转动炮塔装备有多管机枪,机身两侧挂载火箭和导弹。但是 AH-1 是作为过渡型攻击直升机设计的,和美军心目中的理想境界还相差甚远,于是美军立即着手先进空中火力支援系统(Advanced Aerial Fire Support System,AAFSS)计划,AH-56“夏延”应运而生。

AH-1G 在越南

   夏延是一个奇怪的政治上的限制和技术上的创新的产物。越南战场上的美国陆军最需要的是能够垂直起落、适合低空低速飞行、火力强、机动性好、装甲厚的现代伊尔-2 强击机,以今天的眼光来看,或许具有装甲的鹞式战斗机是最合适的选择。但战后创建空军的国防法规定了陆军不得涉及飞机的设计、采购和部署,直升机是一个法律没有明确规定的例外,在一番内斗之后在陆军落户。即使如此,空军对陆军着手设计战场支援飞机还是大为不满。在空军全力追求高空高速的 60 年代,陆军自然也以高速作为新的攻击直升机的最重要的要求,其基本战术思想是利用速度和爬升的优势、良好的机动性和强大的火力,给敌人以突然和猛烈的打击,并最大限度地减少暴露于敌火之下的时间。AH-1 最初的设计主要是为反游击战和战场支援设计的,对在中欧抗击闪电式突击的苏军坦克集群并没有予以特别的考虑,新的攻击直升机不仅要在战场支援性能上要超过 AH-1 以外,还要具有优秀的反坦克性能,同时对直升机空战性能也有相当的要求。

伊尔-2,AH-56 的灵感所在

   针对这样的战术、技术要求,洛克希德一反常规的直升机设计,提出采用刚性旋翼的复合直升机方案。人们对于固定翼飞机和直升机已经很熟悉了,但飞机的大家庭里,还有一个被遗忘的成员:旋翼机(autogyro 或 gyrocopter)。旋翼机像直升机一样,在机身上方有一个旋翼,在飞行时旋转以产生升力。不同的是,旋翼机的旋翼是无动力的,换句话说,只是一个在前进运动下随风转动的风车,前进的动力仍然靠常规的推进手段,如螺旋桨或喷气发动机。旋翼机不能垂直起落,但只需要很短的滑跑就可以起飞,基本不需要滑跑就可以着陆,是理想的短距起落飞机。失去动力时,旋翼机可以像直升机一样依靠旋翼的自选着陆,而不会像固定翼飞机一样失速坠毁。由于旋翼是无动力的,旋翼机不需要尾桨。如果能够解决垂直起落、悬停、侧飞、倒飞问题,旋翼机是陆航的理想高速飞行平台。

过去的和现在的旋翼机,注意,没有尾桨

  在 60 年代,传统直升机仍然是唯一现实的垂直起落技术,军种之间的政治斗争也不容许陆军染指鹞式战斗机那样的非常规、固定翼垂直起落飞机。传统的直升机的主旋翼是一个全能手,既用于产生升力,又用于产生推力和横滚力矩。这个特点既是直升机的超常的机动性的源泉,又是直升机在速度和操控上的无穷多的问题的根子。

旋翼的控制机构

   直升机的主旋翼一般不是水平的,而是略有前倾,用于在产生升力的同时,产生前飞的推力。但是要全速前飞时,还是要头朝下、尾朝上,像好斗的公牛一样,往前扫地而行,好让主旋翼产生更大的前飞推力分量,尽管这样的迎风阻力较大。直升机的桨叶可以不断地实时调整桨叶的迎角(正式名称是桨距),较大的迎角产生较大的升力,所以左右摇摆靠左右的升力不平衡来实现,前后俯仰靠前后的升力不平衡来实现。桨叶角度的不断调整是靠一个顶一个的顶端斜切的“鸡笼子”来实现的,一个“鸡笼子”调整所有桨叶的角度,以控制升力和推力,实现所谓“总距控制”;另一个调整每个桨叶相对于其他桨叶的角度,以控制飞机的姿态,实现所谓的“周期距”。伊戈尔.西科斯基一生中最重要的发明就是这个。桨叶角度的不断变化使桨叶的气动载荷不断变化,由此产生的不间断的“挥舞”使桨叶必须为柔性构造,否则强烈的疲劳会使桨叶在短时间内就受到损坏。也正因为桨叶不间断的“挥舞”,直升机具有固有的震动。

  旋翼还有“前行”和“后行”问题。360 度旋转一圈,肯定有一半是从后向前转,即所谓前行;而另一半是从前向后转,即所谓后行。前行、后行阶段都产生升力,但后行阶段产生推力,而前行阶段非但不产生推力,还产生额外的阻力。后行也有自己的问题,在前飞状态下,后行的桨叶相对于静止空气的相对速度较低,效率大降,严重的时候可能造成失速,不过这是另外一个问题了。为了减小前行阻力,前行阶段桨叶的桨距要减小,而后行桨距增大。但这样要造成左右的不平衡,所以要靠平尾来平衡,而这是靠偏转控制面有意制造阻力来完成的,从而导致额外的气动阻力。RH-66 科曼奇的垂尾有一定的角度,所以其涵道尾桨的推力方向和水平面成一定的向下的角度,是纠正这种左右不平衡的另一个途径。不管何种途径,这种进两步、退一步的推进方式,始终限制着直升机的速度。

   直升机的速度始终提不上去的另一个原因,是提高主旋翼的直径和转速受到限制。尺寸所受的限制显而易见,但转速也受到限制,由于旋翼直径的关系,不很高的转速也能使翼尖达到甚至超过音速,桨叶的“挥舞”也使旋翼转速的提高受到很大限制。主旋翼产生的强大下洗气流在直升机周围形成强大的气幕,也大大增加了前飞的阻力。既然在主旋翼上难以“榨”出更高的速度,增加一个专用的推进发动机(喷气使得或螺旋桨式的)而把主旋翼“解放”出来,专用于产生升力和控制力矩,而推进发动机专职推进,从而大大提高速度。采用这种复合推进方式的直升机称为复合直升机(compound helicopter)。采用短翼可以为主旋翼卸载,可以将主旋翼“解放”出来产生更多的推力,这是复合直升机的另一种思路。