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本帖最后由 晨枫 于 2021-5-31 15:12 编辑 " {4 u; u7 J' h1 g, W# i1 V
! p9 g) r, E! f0 h近来流传一张新型直升机的图片，总体外观与直-20相似，但有很多重要的不同之处：5 U! d2 `# s- f" W2 K% R& v% M
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神秘的新型直升机% _/ \$ c3 G! ?7 ~) c4 V; N' N
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; h* ?' x+ H2 a具有明显的直-20的影响，但又有很多不同0 ^( Z% W: G" ^! ~1 p1 O
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直-20是中国直升机科技的重要里程碑。直-9在80年代引进的时候是先进的，但并不适宜作为主流中型运输直升机的基础，这不是工程放大的问题，而是旋翼技术、涵道尾桨的问题，法国也是到NH90年代才攻克中型运直的。直-10也走了一些弯路。' w# d: m7 \7 D2 |
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直-20不是西科斯基UH-60“黑鹰”的翻版，但对标，受到的影响还是很显然的。美国正在进行“黑鹰”家族（包括海军的“海鹰”和空军的“铺路鹰”）换发，新发动机的功率更大、耗油更低、可靠性和寿命更好。美国正在推动FVL计划，研制下一代运直，但换发后的“黑鹰”家族还将用几十年。中国是后来者，先赶上、再超过是正常操作。. ]. \) S- v, b8 S$ w
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直-20作为基本中型运直是合适的，但没有什么隐身考虑。图片上的新型运直就显然有很多隐身考虑了。机体的隐身修型是最显然的特征，封闭式桨毂罩是另一个。尾桨桨毂看不到，估计也有类似的桨毂罩。
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2 I4 o# D- O* M5 p, o' C* S但直升机以超低空运作为主，红外隐身和降噪比雷达隐身更重要，这里，新型运直就展示亮点了。
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直升机的噪声很复杂，但噪声强度是一个问题，噪声频率是另一个问题。人类对高频噪声更加敏感，所以阻挡发动机发动机的噪声外传很重要，最后采取的措施也和降低发动机排气红外特征相同。
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直升机速度低，蒙皮气动加热本来就较少，在旋翼下洗气流冲刷下，更是很快消散。发动机喷流才是最大的红外源。要达到红外隐身，首先要避免可以从远距离上直视发动机热端，也就是说，不宜采用直接向后喷气的直喷口。采用45度向外的喷口可以缓解一下，90度效果更好，但喷口依然炽热，形成强烈的红外特征。采用引射冷却，用喷流的能量吸入环境空气，混合降温后排出，可以显著降低红外特征。但“科曼奇”采用尾撑侧下条状排气孔，除了在正下方，基本上避免直视，大大改善了红外隐身，而且发动机噪声基本上听不见了。) }& W, L1 [# \* X1 _
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早期直升机没有什么讲究，发动机喷口直接向后，还能提供聊胜于无的推力，但从远距离上就可直视发动机热端，红外特征强烈
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早期“黑鹰”稍好一点，但相差不多0 ?) y# N, ?. A5 A" g c! G. W
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2 n3 J e# C1 lNH-90的喷口90度向外，红外隐身要好很多% n5 ~8 o3 \( L+ f. S( Z
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后期型号转向上，避免地面直视，还强化旋翼下洗气流的吹散作用，但喷口背压提高，发动机效率受到影响/ F5 [% r1 [& Q1 E
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& k9 e. N4 M( V( E' o3 Z, y* QH-160的喷口向外转45度，效果介于直接向后与90度向外之间。H-160是民用的，红外隐身不是重点，降低外传的发动机噪音的考虑更多
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- p3 t8 C, f# Q a4 Z6 @6 qA-109向外、向上各转45度，效果比H-160更好
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“黑鹰”后来加装排气冷却装置，降低红外特征，也适当降低直视+ j# K! u9 R" p& Z+ p" v
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空军敌后搜救用的MH/HH-60具有更加复杂的喷气冷却装置9 V% g) ~, W+ x" {% r7 C
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排气经冷却后从尾撑两侧百叶窗口排出，因为排气温度大大降低，直视的问题大大淡化 [7 z* O% @. ]! I7 \" ?$ s
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" j, q; Z3 ^$ x0 M4 X7 O5 l从3D模型可以看到冷却空气进气口
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号称第一代隐身直升机的RAH-66“科曼奇”粗看看不到排气口，完全避免了直视问题4 q. g5 k+ A; U( ?
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实际上条状排气口在尾撑两侧的侧下
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E" `( m' Z! k& G比照中国的新型运直，不仅机体隐身修型和桨毂罩与“科曼奇”相似，尾撑上还有两排进气孔。这起到与MH/HH-60冷却装置一样的作用，但在设计上优美得多。6 N) F3 A. ^+ r" _( S
2 q. ]3 |1 d+ L5 l% ~“科曼奇”的条状排气口避免了对喷口的直视问题，但炽热排气在尾撑结构里流动，对结构防热要求很高，增加重量。而且没有与环境空气的混合冷却，排气降温完全靠喷出喷口后的混合。
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5 c( M n4 j' Z相比之下，中国新型运直不仅保留了“科曼奇”尾撑排气口与气动外形整合良好的优点，还用尾撑上表面进气孔吸入旋翼下洗气流，降低尾撑内的温度，降低结构防热要求，同时降低排气温度，红外隐身能力达到世界最先进水平。发动机噪声应该和 “科曼奇”一样，听不到了。
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另外，尾撑对旋翼下洗气流是有遮挡作用的，造成旋翼升力损失。隐身修型要求加宽尾撑，才能形成必要的倒五边或者六边形截面，进一步增加升力损失。尾撑上的进排气孔开辟了下洗气流的流道，降低了升力损失。* M% u0 j# B: \9 Q" D5 d& E9 M
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要是与NOTAR原理相结合，还可降低尾桨的出力。NOTAR就是很直白的No Tail Rotor，就是无尾桨的意思，降噪作用十分明显。
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4 ?0 u6 v' S6 ~& I8 \! G: mNOTAR就是没有尾桨的意思4 a; R4 L% Z/ X2 L9 x
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3 D7 m$ H) Y+ R( P" U$ ^& `- ~“5”所示的转动喷口只产生1/3的反扭力，2/3由尾撑的引射效应产生- ]5 u7 b! A* N
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大部分直升机事故由尾桨挂碰或者失效造成。尾桨失效的话，直升机就立刻失控了，原地打转转中，自旋着陆都极易失事。直升机在林地、建筑物之间运作的话，尾桨要是挂住障碍物，飞行员连反应的时间都没有，基本上是注定机毁人亡。* X9 O. C; R" k6 A2 N0 ~
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尾桨也是噪声源的重要部份。尾桨要产生和主旋翼相同的扭力，出力小不了。但为了最大限度地降低尾桨尺寸，以降低重量和阻力，尾桨的转速必然要提高，产生的高频噪声成为主观感受噪声的主要来源。
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NOTAR取消了尾桨，用发动机通过齿轮带动的压气机（“2”）产生高压气流注入尾撑，大部分通过尾撑侧面很窄的条状喷口（“7”）高速喷出，在尾撑表面形成引射效应，带动环境气流加速，通过左低右高的气流速度差形成向右的反扭力，这与机翼产生升力的机制有很大的相似之处。引射作用提供反扭力的2/3，尾撑末端可转动的喷口进一步提供其余1/3的反扭力，还可用于姿态控制。
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; v* m4 b" C1 w H直接用发动机喷气在理论上可以，但需要增加尾撑内的防热结构，不再通畅的排气通道也提高发动机背压，降低发动机效率和出力，实际上并无优点。
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NOTAR不仅安全，噪音还特别低。问题是压气机“吃”功率，而且高速前飞时后洗气流与引射气流互相干扰，降低反扭力的出力，实际上用H形尾翼（“4”）在提供反扭力了。这使得在不同飞行阶段、速度条件下的直升机操控都不一样，增加操控复杂性。$ B* A! k, W6 U8 a2 }0 b- I5 i
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但中国新型运直如果在设计时就有所考虑，可以在尾撑内部下洗气流流道设计中形成一点引射反扭力，为尾桨减负，降低尾桨的动力消耗和噪声，但依然保留尾桨，降低操控上的复杂性，也避免额外的NOTAR压气机的功率消耗。, k& U; D( U' D) F7 Y
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直-10的尾桨是剪刀形，或者说是背对背的V形# D' U+ u; X6 f/ k! I) p
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7 p1 J8 @* T ~% d/ J/ h, d& S直-20则是更加简单的十字形$ J8 s0 ]5 V% J1 m: @
6 ^ V) A8 a7 l) q3 ~ r j新型运直的尾桨看不清，但估计是和直-10一样的剪刀式，而不是直-20的十字式。十字式比较简单，但产生均匀的高频噪声。四叶的剪刀式可粗略地看作双叶，噪声频率降低（实际上是低频与弱化的高频的叠加），主观感受噪声有显著降低。& r7 Q$ M: _" ?! V
* r, u9 t% ?, @+ l主旋翼的叶尖有明显的后掠，推迟激波产生，可在同样噪声水平下提高转速，增加出力；或者在同样转速和出力情况下降低噪声。桨叶较软、下垂明显是在同样的技术条件下，容许增加出力的需要。这意味着新型运直可能配备了功率更大的发动机。+ ^& U1 }. B# i: k4 ]
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5 V0 q5 d) `; t/ B. M q& J3 {据报道，在击毙本拉登作战中，美国出动了“隐身黑鹰”，但坠毁飞机主体被炸毁，只有剩下的尾桨结构还算完好) K# V3 p# N, q0 v5 b& A! L
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“隐身黑鹰”的想象图. z& q. U% G( ^, v2 g3 C
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中国的新型运直对标“隐身黑鹰”吗？会大量装备，还是只用于特种部队？这就要等更多信息的公开了。
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发表于 2021-6-1 15:59:02
