Whispercraft可转换直升/固定翼飞机图纸
Whispercraft可转换直升/固定翼飞机图纸

Whispercraft可转换直升/固定翼飞机图纸

  而这一概念,就是波音公司提出的CRW(Canard Rotor/Wing)——鸭翼-旋翼/机翼转换技术。而这一概念目前实现的原理试验机X-50“蜻蜓”。

  在上世纪90年代,美国空军、海军和海军陆战队开始共同寻求一种成本低廉且生存能力强的垂直起降飞行器,以支援在分散在沿海或城市中的地面部队。为了满足要求,麦道公司开始了一项名为CRW的概念研究。新的CRW不需要任何地面支援设备就能够完成任一地点的垂直起降,同时具备以375节速度巡航飞行的能力。

  不久后,麦道公司被波音购并,CRW概念的研究工作自然也转到了波音门下。1998年6月,美国国防部先进研究计划局(DARPA)和波音公司签订了一项2400万美元的协议,制造CRW概念飞机。波音的鬼怪工厂(Phantom Works)通过37个月的努力,制造了这种新技术的概念验证机——X-50A“蜻蜓”。

波音公司的CRW技术验证平台X-50A“蜻蜓”无人机
波音公司的CRW技术验证平台X-50A“蜻蜓”无人机

波音公司的CRW技术验证平台X-50A“蜻蜓”无人机

采用两叶螺旋桨切换为平直翼的双叶方案CRW作战飞机方案
采用两叶螺旋桨切换为平直翼的双叶方案CRW作战飞机方案
采用两叶螺旋桨切换为平直翼的双叶方案CRW作战飞机方案
采用两叶螺旋桨切换为平直翼的双叶方案CRW作战飞机方案

采用两叶螺旋桨切换为平直翼的双叶方案CRW作战飞机方案

  2003年12月4日上午8时10分,波音公司的X-50A概念验证机在亚利桑那州的美国陆军尤马(Yuma)试验场成功完成了首次悬停试飞,悬停时间为80秒,高度12英尺。完成悬停后,X-50A开始盘旋并降落,成功结束了试飞。不幸的是在2004年3月23日,第一架——也是唯一的一架X-50A因控制交叉耦合而坠毁。

  2005年11月4日,第二架X-50A飞机制造完成并开始投入试飞,并在12月完成了两次成功的试验。这些试验成功地验证了硬件和飞控系统。2006年第一季度,第二架X-50A原型机完成了11次试验,研制工作也在不断地向前推进。然而在2006年4月12日,第2架原型机也同样坠毁了。随后的调查显示飞机的机身受到了严重的气流扰动,在两个方向的空速发生叠加而且机翼仍处于旋翼的旋转工作状态时,飞机会产生一个难以恢复的抬头力矩,直接导致了飞机失控坠毁。这也使得DARPA于2006年9月决定终止这项计划。

  不过CRW概念并不仅此一项。CRW中的“C”仅仅代表鸭翼,这只是麦道/波音解决这种飞行器在巡航状态的俯仰操作和支持转换飞行的一个手段。而这个概念的核心仍旧是“RW”,也就是可转换状态的旋翼/机翼系统,这一系统的想法简单而巧妙,因此其他公司也有类似的方案。麦道/波音的X-50A CRW飞机是两叶方案——两叶螺旋桨切换为平直翼;以此构思其实可以类推出三叶方案——三叶螺旋桨切换为三角翼;以及四叶方案——四叶螺旋桨切换为X翼。

  三叶螺旋桨切换为三角翼的三叶方案代表作是休斯公司的“Rotor Wing”。该方案的机翼由一个可旋转的三角翼构成,三角的尖端突出形成旋翼叶片/机翼。在起降状态时飞机的三叶机翼旋转提供升力,不过旋转的驱动是通过“桨尖喷气”实现的。桨尖喷气在桨叶内通过管路向翼尖输送高压压缩空气,压缩空气从翼尖向后喷出,就可以推动桨叶转动。

采用三叶螺旋桨切换为三角翼的三叶方案休斯公司战场运输机

采用三叶螺旋桨切换为三角翼的三叶方案休斯公司战场运输机

  由于桨轴不是驱动轴,旋翼转动没有反扭力,所以不需要尾桨。而“桨尖喷气”技术是休斯公司的长项,这一技术后来也被波音公司的X-50A继承。飞机完成垂直起降后,旋翼固定为一个桨叶朝前状态形成三角翼的前缘,另两个桨叶则分别在两侧组成三角翼。采用类似的概念的还有Ryan/Girard heliplane和Ryan/Lockheed F-104 VTOL。这两者的方案更为极端,巡航状态的机翼就是一个纯三角型升力面,垂直起降时这个升力面的三个角能够偏转,整个三角盘开始旋转以提供垂直起降时所需的升力。

采用三叶螺旋桨切换为三角翼的三叶方案休斯公司战场运输机

  四叶螺旋桨切换为X翼的四叶方案代表作则是西科斯基的X翼(X-Wing)。在20世纪80年代,西科斯基和美国国防部以及NASA合作,研制 X翼研究机,其基本思路是机顶的X形机翼可以在直升机状态下旋转,产生升力;前飞达到一定速度后,X翼锁住固定,作为机翼使用,飞机转入固定翼状态。然而采用刚性的单旋翼作为前行桨翼工作时如何解决非对称升力的问题,西科斯基采用独特的环流控制旋翼(circulation control rotor,CCR),将发动机压缩机后引出高压气流,通过宽大的桨叶内的管路,像吹气襟翼一样,向桨叶后缘开缝襟翼吹气。吹气襟翼在下垂的襟翼表面喷吹高压空气,加速机翼上表面的气流流动,使机翼达到超过实际空速下能够产生的升力。环流控制桨叶根据桨叶在圆周运动中的不同位置,控制开缝宽度和吹气强度,控制升力的增减,以补偿非对称升力。

采用四叶螺旋桨切换为X翼的四叶方案的X-Wing作战飞机
采用四叶螺旋桨切换为X翼的四叶方案的X-Wing作战飞机
采用四叶螺旋桨切换为X翼的四叶方案的X-Wing作战飞机
采用四叶螺旋桨切换为X翼的四叶方案的X-Wing作战飞机