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[心得交流] 垂直起降飞行器设计方案盘点(六)

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发表于 2019-12-23 09:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2020-1-10 08:38 编辑

垂直起降飞行器设计方案盘点(六)
有容乃大

引言
  至今本系列文章所列各方案中,尚没有一款达到实际产品长期运行的阶段。作为本系列结尾,把已经过长期运行的能垂直起降又以固定翼平飞的贝尔公司V22鱼鹰,及其后续新型号V280,V247作简要点评。尽管三种设计方案之间(特别是第三种)有相当差别,但从最基本特征:“均采用一对可倾转约90度双旋翼/螺旋桨,加固定翼,固定翼不倾转”来看,近似作为一种方案看待。作为对比,也把其主要竞争对手西科斯基的共轴双旋翼加尾推进高速直升机方案简要介绍。
  资料来源有限,有关技术参数很不完整,欢迎读者补充数据和给出评论。所作点评仅供热心读者及相关研发单位,用户单位,投资单位有兴趣者参考。

编号12  美国贝尔公司 可倾斜旋翼 V22 鱼鹰 及V280, V247
产品或方案推出时间:V22约2005年批量投产,V280约2017年12月首飞,V247 无人机2018年9月公布,预计2023年投产。
产品外形图:(来源网上报导)
V22鱼鹰

各种改型图

垂直起降图


水平飞行图

地面收褶桨叶旋转固定翼
注:因为大于3.9M,收褶展开的动态gif图未能上传至此,有兴趣读者可查看新浪博客 有容乃大展翅翱翔的博客
http://blog.sina.com.cn/s/blog_776ce1db0102z7hx.html

V280
垂直起降图

水平飞行图

V247无人机
水平飞行图(效果图)


方案概述(按图):
采用可倾转双旋翼/螺旋桨,双发动机加固定翼方案,固定翼不倾转。V280改用V型尾翼,旋翼倾转时后部发动机维持水平不动。
V247型号上增加了两端随旋翼轴倾转的固定翼尖,据报道改为采用一台发动机位于机身,通过传动轴驱动两边旋翼/螺旋桨。
垂直起降模式:固定在固定翼两端一对三桨叶旋翼保持转轴为上下垂直方向,靠固定翼两端一对三桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力。
水平飞行模式: 固定翼两端一对三桨叶旋翼倾转约90度成水平方向,旋翼变为螺旋桨,驱动平衡整机飞行阻力,靠固定翼产生的升力平衡整机重力。

技术数据:
   型号         V22                     V280                        V247

  总起飞重量: 不详                      不详                       最大13吨
  有效载重:  约载26乘客,或5吨货。   不详                            5.9吨
       与固定翼 C2-A 灰狗运输机相当。
  巡航速度:    不详(低于C2-A)        不详                         460km/h
  最大速度:    500-560km/h            不详                         560km/h
  航程: 1300- 1600km
  悬停功率:  不详                      不详                         不详
  巡航功率:  不详                      不详                         不详
  动力功率:  不详                      不详                        约4500千瓦
  尺寸:   旋翼直径11.5米                                           旋翼直径9.1米,翼展20米

点评
技术亮点: 提出并实现了以升力旋翼作垂直起降,以固定翼产生升力作水平飞行的全新飞行方式。使得水平飞行能效(最大航程)比普通直升机显著提高。
  历经多次事故磨难,最终解决了两种飞行模式间的过渡转换技术。产品可靠性已经过10余年实战现场实践检验。除陆军/海军陆战队广泛应用外,还被海军航母用作舰载运输机,替代原用的固定翼 C2-A 灰狗运输机。
  用一套发动机和旋翼/螺旋桨实现上述目标。
  针对舰载机提出起飞阶段高温气体损伤甲板问题,V280,V247做出相应改动。
  针对固定翼翼展不够,水平飞行升阻比不够大问题,V280增加了固定翼的翼尖,增大了展弦比,进一步提高了水平飞行能效。
问题
  尽管已经成功使用并不断改进,V系列倾转旋翼/螺旋桨的设计,同一套旋翼叶片既作为升力旋翼,又作为水平驱动螺旋桨,在理论和实践上明显存在一个问题:由于垂直起降时轴向空速很小,而在水平巡航飞行时轴向空速为巡航飞行速度,同一套旋翼叶片设计制造不可能在两种模式都获得理想驱动效率,结果必须牺牲其中之一。(典型的升力旋翼为了要提高升功比,要求大直径翼片具有基本相同的安装迎角,工作转速较低,驱动转矩较大;而典型的驱动螺旋桨,为了在巡航速度下获得最高驱动效率,要求桨叶安装迎角随半径由小至大连续地由大变小,最大半径一般远比旋翼翼片小,转速也高得多,相对驱动转矩小)。
  大直径旋翼/螺旋桨在水平飞行时,桨叶转动面积限制了在固定翼上挂载火箭/导弹的发射(除非增加专门与桨叶转动同步控制机构),如上面模拟图中V247 只能以机身弹舱发射。
  做水平飞行时固定翼的有效翼展还不够大(尽管V247增加了固定翼尖),和典型的高能效固定翼飞机相比,V系列倾转旋翼固定翼平飞系列产品的水平飞行升阻比相对较低,也就是水平飞行能效还有提高余地。


编号13 美国西科斯基公司  SB>1, S-97 高速直升机
产品推出时间:SB>1 DEFIANT  2019年3月21日首次试飞。S-97 Raider 2019年7月试飞。
产品外形图:(来源网上报导)
外形图
SB>1 DEFIANT


S-97 Raider


方案概述(按图):
采用同轴双旋翼加尾部助推螺旋桨直升机设计方案。
垂直起降模式:靠固定在中心座舱上的共轴上下两组4桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力。垂直起降中,座舱尾部助推螺旋桨不工作。
水平飞行模式: 在继续靠固定在中心座舱外围上的共轴上下两组若干桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力同时,靠座舱尾部8(S-97为6)桨叶助推螺旋桨产生的推力来平衡整机飞行阻力。
技术数据  
                 SB>1               S-97

  总起飞重量:  不详                 不详            
  有效载重:    不详                 不详
  最大平飞速度: 不详              370km/h
  航程:        不详                 不详
  悬停功率:   不详                  不详
  巡航功率:  不详                   不详
  尺寸:       不详                   不详

点评
亮点
:旋翼设计制造保证了垂直悬停升功比较大,达同起飞重量普通直升机中高水平。
  与普通直升机在平飞时旋翼在提供升力平衡重力同时还要提供向前推进力平衡整机飞行阻力相比,增加助推尾桨,平飞时升力旋翼只需提供升力,在水平飞行速度上有提高。据称速度达同起飞重量普通直升机两倍。
问题:与固定翼平飞的方案相比,在水平飞行时能效(整机升阻比)要低一档次。
  平飞时旋翼翼尖速度叠加效应(指旋翼尖速度加水平飞行速度达声速)存在,限制了水平飞行速度。
  水平飞行的高能耗依然是该方案短板。

贝尔V280与西科斯基 Sb>1竞争美国军方合同
  据Yahoo网 2019/3/23一篇署名EvanHoopfer的商业投资指导文章报道:贝尔V280与西科斯基 Sb>1正竞争美国军方合同。除照片外,该文章并未提供两种对比机型的具体技术数据。另一篇2019/8/1Dario Leone的关于S-97高速直升机报道中,只提到依靠该公司经验证的X-2技术,轻型验证机在几天前实现了超过370km/h(200knots)的速度。


   两公司的两种技术路线竞争,最后军方合同花落谁家,让我们拭目以待。
后记
  本系列文章至此盘点可垂直起降飞行器13款,暂告结束。篇幅所限某些最新报导有所遗漏,但大致可能方案基本涉及。最后收尾篇中,作者将在对上述方案分析研究基础上,总结一套可垂直起降又用固定翼平飞的未来飞行器的理想方案基本要求,以及为实现要求须采纳的技术要点。供热心读者,相关专业技术人员,用户方,投资方参考。敬请关注!
       (本篇完)
2019/12/23发表



发表于 2019-12-24 00:03 | 显示全部楼层
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