硅谷是一个好地方,气候温暖,人杰地灵。或许这地方太好了,人们对深藏此地的明珠视而不见,这明珠就是在圣克拉拉的希勒航空博物馆。和华盛顿的国家航空航天博物馆或者代顿的美国空军博物馆相比,或者和西雅图的波音航空博物馆相比,希勒航空博物馆可谓名不见经传,但这里收藏了一些真正的珍品。


希勒航空博物馆不大

博物馆大门顶部有架鲁坦 long EZ 作为馆标
斯坦利·希勒是旧金山人,1939 年,这个小神童 15 岁就进了名校伯克利加利福尼亚大学,一进大学就自己设计了一架共轴双桨反转的直升机。17 岁时,这个设计作为 XH-44 提交美国陆军,这是美国历史上第一架共轴双桨反转的直升机。这是直升机的黎明时代,西科斯基还在技术突破的前夜,直升机还只是一个近在眼前但依旧可望而不可即的梦。

馆内的 XH-44
自从莱特兄弟在北卡罗来纳的丘陵地里那历史性的一跃,人们就对不需要跑道的垂直飞行念念不忘。既然飞机靠和空气的相对运动产生升力,那在飞机还是静止的时候,使机翼动起来就可以产生升力。这就是旋翼。旋翼的道理不复杂,但发动机驱动旋翼转动,产生升力,旋翼的反作用力就会驱使机体向相反的方向转动。如果不做任何补偿,旋翼和机体只能在空中打转转,更本无法实现正常的飞行。西科斯基的贡献在于采用一个单独的尾桨提供反扭力,可以制止机体的反向旋转,不过尾桨消耗的功率对产生升力和推力没有作用,是纯消耗。使用共轴反转双桨不仅消除了反扭力,还使两副旋翼都产生升力,在理论上大大增加了旋翼的效率。但在实际上,上下旋翼之间有气动干扰,反转双桨的升力达不到同尺寸的两副单桨。反转的双桨在一定程度上对消了旋翼的震动,比单桨加尾桨的直升机的飞行要平稳。但两副旋翼不仅重量大、结构复杂,还增加了迎风阻力。不过希勒的工作还是非常杰出的,美国陆军为此特地给予推迟征兵的特许,让希勒专心研制直升机。1944 年,希勒在伯克利加利福尼亚大学的纪念体育场里试验了 XH-44,紧接着在旧金山海边美国陆军航空兵的克里西机场外的大草地上成功地在公众面前试飞。在雄伟的金门大桥的背景下,希勒的可以不靠机场就垂直起飞、着陆的直升机无疑是美国科技实力的现实写照。

希勒的 XH-44 采用反转双桨
不过西科斯基的单桨设计相对简单,成本也低,西科斯基 R-4 成为世界上第一种大批生产的直升机,XH-44 没有进入批量生产。但是希勒没有气馁。在喷气技术萌发的 50 年代,希勒忽发奇想,将微型喷气发动机装到旋翼翼尖上,用喷气发动机推动旋翼旋转,这样也没有反扭力,而且取消了沉重的发动机、减速齿轮和传动轴。希勒没有用沉重、昂贵、复杂的涡轮喷气发动机,而是用小巧、简单的冲压式喷气发动机。喷气发动机需要将空气压缩,然后和燃油混合燃烧,膨胀后向后喷射产生推力。涡轮喷气发动机用涡轮驱动压缩机实现空气压缩,但在发动机相对于空气高速运动时,空气的动压本身就可以产生足够的压缩,省却压缩机。但是冲压发动机有两个问题:一是在静止状态无法工作,需要有外来动力推一把;二是飞行速度大幅度变化导致空气动压大幅度变化,严重影响发动机的工作。但用于推动直升机旋翼时,用蓄电池-电动机或者地面辅助动力可以将发动机导入初始工作状态,另一方面,旋翼的转速基本固定,负荷的大小是靠桨叶的迎角而不是转速改变。换句话说,旋翼翼尖为冲压发动机提供了理想工作条件。希勒设计了 YH-32,美国陆军和海军都表示了浓厚的兴趣。YH-32 的试飞很成功,但暴露了意想不到的问题:冲压发动机的噪声又尖厉又响亮,即使在对环保要求不大讲究的 50 年代也难以忍受。另外,早期冲压发动机的耗油较高,YH-32 最后也无疾而终了。

但他的 YH-32 更加引人注意
希勒的兴趣在于垂直起落,但直升机由于旋翼同时产生升力和推力,尽管具有固定翼不可能具备的很多独特优点,但也有速度提不高的本质缺点。美国军方对直升机的这些特点也很清楚,1959 年,陆军、海军、空军联合提出研制垂直/短距起落战术运输机的要求,沃特、瑞安和希勒联合提出的设计方案入选,成为 XC-142。从某种意义上说,这是现代 的先驱,不同的是,垂直起落不是通过倾转发动机,而是通过倾转机翼实现的。在平飞的时候,机翼水平,和普通的固定翼飞机一样;在垂直/短距起落时,机翼可以倾转到几近垂直的 80 度。由于发动机气流和机翼的方向一致,垂直起落时没有下洗气流部分受到机翼遮挡的问题,机翼也起理顺下洗气流的作用,乱流的情况较少。倾转旋翼必须把发动机安装在翼尖,一般只能为双发;倾转机翼没有这个限制,只要是双数的发动机都可以。倾转机翼的螺旋桨只有可调桨距,没有直升机或者倾转旋翼桨叶所需要的总距和周期距控制。

上舰的 XC-142
XC-142 成功地进行了试飞,不仅做过常规的地面垂直/短距起落,还演示了在航母上的超短距起落,滑跑距离微乎其微。XC-142 的平飞速度和同时代的螺旋桨运输机相当,但具有良好的垂直/短距起落能力。不过为了保证垂直起落时所有发动机的转速和推力绝对同步,发动机之间用复杂的交叉连接的同步轴连接,使得机翼结构很是沉重,而且机翼的气动弹性扭曲影响同步轴的工作,同步轴还产生极大的噪声和震动。在没有电脑的年代,全手工的机械飞控很是复杂,在试飞中多次造成事故,最后没有投产就下马了。

如果投产,XC-142 本可以比 V-22 早 50 年投入使用
作为直升机的先驱之一,希勒的创新没有获得商业上的成功,但思想的火花依旧照亮了一代又一代航空人。1998 年,75 岁的希勒在圣克拉拉机场创立了希勒航空博物馆,重点收藏和纪念加利福尼亚在航空方面的成就。XH-44 和 YH-32 自然得到收藏,XC-142 则只有模型和图片。看着 XH-44,不禁磋叹共轴反转双桨在美国没有生根,反而在苏联开花,卡莫夫的共轴反转双桨直升机打出了苏联直升机世界的半边天。YH-32 虽然还没有得到重生,但半个世纪以来,人们一直舍不得放弃这个天才的概念,或许哪一天安静、小巧、简单的喷气发动机可以使希勒的“玩具”重上蓝天。

这是航空先驱 Stanley Hiller 一手创建的
在规模上,华盛顿的国家航空航天博物馆、代顿的美国空军博物馆、西雅图的波音航空博物馆都要大得多,但除了上述希勒直升机外,这里还很有一些镇馆之宝,其中以世界上唯一的波音超音速客机模型为代表。
