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高速直升机发展的必由之路---倾转旋翼机
美国贝尔公司在上世纪60年代开始研发倾转旋翼机,曾研制出XV-3、XV-15、BA-609,以及与波音联合研制的V-22等型号。V-22已大量装备美军,备受世界关注。

倾转旋翼机的两个旋翼固定在机翼上,类似横列式直升机。不同的是,横列式直升机旋翼直径大,柔性大,桨盘距离近、甚至重叠,而倾转旋翼机的旋翼直径相对比较小,刚性大,桨盘相距较远,大于机身宽度。
在旋翼轴旋转时,机翼与旋翼同时倾转还是旋翼单独倾转,曾出现两种方案,波音研制的VZ-2就是前者。其优点是,在悬停和前飞时,旋翼相对机翼的干扰损失小,而后者可达10%;缺点是,从直升机模态转为飞机模态的过渡过程中,前者难于掌控,最终被后者取代。

(1)   倾转旋翼机的结构

图1给出了XV-15的结构布局图,从图中可看出,若旋翼轴水平放置,旋翼变为螺旋桨时,倾转旋翼就是一架普通飞机,具备实现飞机飞行所需的全部部件,如襟翼、副翼、平尾、垂尾、方向舵、升降舵等。

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图1  XV-15的结构布局

(2)   倾转旋翼机的操纵

图2给出了直升机模态时XV-15操纵示意图,从图中可看到:

  • 垂直爬升,提总距,两个旋翼升力同时增加;
  • 左侧飞,向左压杆,右边旋翼升力增加,左边旋翼升力减小,飞机左倾,向左侧飞;反之,向右飞,则向右压杆;
  • 前飞,前推驾驶杆,两个旋翼同时前倾,产生向前分力,使飞机前飞;
  • 转向,如向右转,右脚蹬向前,右边旋翼后倾,产生一个向后分力,同时左脚蹬向后,左边旋翼前倾,产生一个向前分力,这两个分力形式一个顺时针的力矩,使飞机转动。

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图2 XV-15操纵示意图

倾转旋翼机的两个旋翼,中间有一传动轴相连(协调轴),以保证两个旋翼同步,更重要的是,如果一台发动机停车,通过协调轴,一台发动机可带动两个螺旋桨旋翼同时工作,保证飞机正常安全飞行。

(3)   倾转旋翼的飞行阶段

这种飞机在飞行中要经历三个阶段:直升机阶段;过渡阶段;飞机阶段;

图3给出XV-15按速度划分的三个阶段:

  • 0—226 km/h 为直升机阶段;

  • 226 km/h—315 km/h 为过渡阶段;

  • 315 km/h—538 km/h 为飞机阶段。

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图3 倾转旋翼机的飞行阶段


图4给出了XV-15的三个速度阶段的需用功率。图中5条曲线,从左向右分别是:

  • 直升机模态需用功率曲线(襟翼偏转200);

  • 旋翼轴前倾300需用功率曲线(襟翼偏转200);

  • 旋翼轴前倾600需用功率曲线(襟翼偏转200);

  • 飞机模态需用功率曲线(襟翼偏转200);

  • 飞机模态需用功率曲线(襟翼偏转00)。

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图4 倾转旋翼机的需用功率曲线


从图中可看到,在同样需用功率下,如N=1600hp时,直升机模态对应的速度约90节,而第5条线飞机模态对应的速度约为220节,为直升机模态的2.4倍。也就是说,载同样重量的燃油,倾转旋翼机的航程时直升机的2.4倍。这就体现出倾转旋翼机的巨大优越性。

2025-08-24
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