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[武器展望] 垂直起落之路上的匪夷所思(五)

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 楼主| 发表于 2024-10-30 05:11:06 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2024-10-29 19:46 编辑 4 u" `8 b/ e! b  a: I" s. Y/ x' t

" |5 e5 A' d8 B6 p% z还有一些比较特别的设计,不大好归类,统统放到这里。6 M  z$ b1 ?1 z# p
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; H$ p* v. b: {, R* x贝尔X-22采用“四立柱”的涵道风扇
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. H* d) R3 }! U5 F; @贝尔在直升机世界里是巨头,从一开始就在垂直起落方面深耕,1966年首飞的X-22曾经是很有潜力的方案。
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. ]8 ]8 S$ q3 F# ]) N" Q- j这显然是现代多旋翼无人机的先驱,而且采用涵道风扇。
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四个涵道风扇显然对应于“四立柱”,由于采用四台分别的发动机,横距和纵距问题都容易解决。当然,代价是交联驱动轴,前后、左右涵道风扇都用同步轴联动,每台发动机都能提供30%的额外功率,所以任一发动机故障的话,其余发动机可以接过,保证安全。当然,这样的同步轴意味着重量、机械复杂性和功率损耗。! C+ `( Y% S9 Y4 Z. n! U; m4 o

: I# `, h* j# G现在多旋翼无人机不再用同步轴,主要是因为无人机没有那么高的安全性要求。不同步只是飞行时有点摇摇晃晃,无大碍。但换成载人的话,这点摇摇晃晃就不只是不舒适的问题,可能飞行员直接被晃晕了,没法安全操纵。最不济,一台电动机故障,无人机失控,摔了自认倒霉,但没有太大的问题。多旋翼如果推广到载人,要么极大增加旋翼-电动机数量,八旋翼起跳,甚至更多,要么也采用机械的同步轴,那分布式电动驱动的优点就抵消了。! }0 I+ `( P2 `
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对于X-22来说,涵道风扇也是领先时代的。! ?5 B- [( ?: r6 i+ U! B
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与开放旋翼相比,涵道风扇的推进效率更高。旋翼翼尖和机翼翼尖一样,有翼尖涡流损失损失。对于机翼来说,下表面压力高,上表面压力低,这本来是产生升力的关键,但在翼尖处,气往低压流,气流会横着绕过来,向上表面流动,形成涡流。这部分能量既不产生升力,也不产生推力,所以是损失,等效为阻力。旋翼也一样,在翼尖有径向绕过来的涡流损失。说起来,这也是涡流环,但和一般说的速降中形成的涡流环不一样,不要混淆。( w% K4 |$ Z  u% c  w) Q

7 [, ?' Z( V( U2 V$ d要降低翼尖损失,飞机用翼梢小翼,旋翼就用涵道。翼梢小翼增加重量和阻力,使用与否是个权衡问题。涵道的重量和阻力可是大得多了。一般说来,只有在旋翼直径无法加大而升力或者推力还是不够的时候,才采用涵道。在飞机上,在船上,都是这样。涵道壁还有阻隔噪声的作用,但这是次要的。/ A' Y- n3 F# @$ ]
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在X-22上,降低旋翼直径正是采用涵道风扇的原因,否则就大而无当了。更重要的是,涵道风扇转过来,从升力风扇转变为推进风扇的时候,涵道本身起环形翼的作用,增加升力。
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不过X-22最后还是因为性能达不到要求,尤其是垂直起飞重量,而速度没有比直升机高多少,下马了。本来这是美国陆军“空中吉普”的候选。7 j3 H! h8 x1 ?! i  i4 K

; U5 Q8 B1 L1 M无数垂直起落设计或者构想中采用涵道风扇,最后都是栽在重量和阻力上,还有同步轴。
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另一方面,现在人们对倾转旋翼已经熟悉,实际上还有倾转机翼。发动机和旋翼相对于机翼是固定的,但整个机翼一起倾转。0 B' e- @9 x1 O/ Y0 h& T7 o

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LTV XC-142差点投产了
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在无人机时代,倾转机翼重新流行起来,因为只需要一套倾转机构" ]' M4 [9 }$ C; Y, d3 F

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采用分布式多旋翼的话,尤其适合倾转机翼: Y3 d" G0 x& b1 H8 q
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倾转机翼和倾转旋翼的特点相近,实际上更加适合垂直起落和悬停,因为“下洗阻力”小。但在短距起落状态,接近竖立的机翼像门板一样,阻力极大,而且容易失速。不过在无人机时代,倾转机翼反而比倾转旋翼更加简单:只有一个倾转机构,而不像倾转旋翼,每一个旋翼都需要一个倾转机构。, d# T7 x. g3 R1 v: p. d, A
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对于分布式推进来说,倾转机翼尤其适合。分布式推进将推进力沿翼展均匀分布,使得推进气流不再集中在少数几个推进器(螺旋桨或者喷气口)附近,大大改善整个机翼的升力效率和受力分布。这要是也用倾转旋翼的话,沿着机翼翼展需要很多倾转机构不说,还需要很多开口,影响结构强度和重量。倾转机翼就省事多了,只需要在机翼-机体结合部一套倾转机构就成。* J' J% K  k7 X4 q3 q' ?

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5 V: a' r( s) K: f7 S4 G5 @3 K引射(ejection)利用文丘里管的远离,用少量高压流体的高速流动在喉部产生负压,抽动大量低压流体,极大增加流体总流量,增加推力5 G( F1 h5 t. F
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( J- Q, |, z8 c罗克韦尔XFV-12基于引射原理,用发动喷流拉动环境空气,产生增升" F* s+ J( F, `% M/ s3 G3 _

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在原理验证时,效果很鼓舞,但到了实际飞机研制出来、开始试验的时候,发现引射增升根本达不到预期,对环境空气的条件太敏感,再增加引射口也无济于事2 g/ _* z$ y9 {% G
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在陆地上使用的话,尘土、树叶被吸入,更是问题
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6 b9 b* A0 x7 t3 y这本来要成为朱姆沃尔特的“制海舰”的舰载战斗机,这下黄了
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: Y* ]; ]/ u! @* L0 p2 C洛克希德XV-4也用引射增升,以差不多的理由下马了* |0 q) Q# E' X3 R

: V  C3 Z+ p+ G# k; |$ `但是美国海军还没有放弃制海舰的想法,在80年代战斗机推重比已经超过1的时代,试图用类似直立起飞的办法,用“起竖式舷侧平台”作为发射架,让战斗机靠自己的动力直接升空,降落还是需要拦阻索。但起飞准备时间很长,起飞重量和垂直起飞一样,很受限制。战斗机推重比超过1.0是指在正常起飞重量下。海上出动尤其强调航程和载弹量,需要以最大起飞重量起飞,还是不行。& Q: s9 l3 Z3 b" W8 Z9 Q. B

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紧接着美国海军推出直立起飞、拦阻索降落的思路
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另一个思路是“天钩”。" ~: Y6 K! j( g7 R0 p* T; m0 o  m

* @& j; p' K' L1 q* }3 A" o  }在“鹞”式初步上舰的时候,人们以为可以像直升机一样运作,只要直升机甲板面积够用就行。后来发现,临时用用可以,常年出动不行。甲板摇晃、喷流烧灼都是问题。这也是“阿波罗”和“联盟”号在轨道上对接的时代,于是有设想用起重机将“鹞”式吊到舷侧海面上空,再发动机点火。这就没有喷流烧灼问题;起重机吊臂也可以在空中三轴稳定,相对于飞机的位置反而稳定。飞机产生足够升力后,起重机脱钩,飞机飞走。+ M6 c1 r" c5 {! X9 `9 {, F8 E
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回收时反过来,飞机首先与起重机吊钩对接,然后发动机关机,起重机把飞机吊回甲板。
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: i# C; j6 [( P- f9 _天钩将“鹞”式的垂直起落吊离甲板,消除对舰船的影响
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' T: E7 _, y; y* \& Q. w  d预期4000吨以上的驱逐舰就能改装,实际上7000吨以上更好,极大增加海上航空力量的建设成本和部署灵活性) n# k2 N+ @+ J2 t+ j# v7 t

( y9 a* J+ Y1 U9 N  K/ b8 |0 _! P
; h+ P# G/ U1 ]# S' ~: d; z这是真的试验过的
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7 {- R. e& E! r! r  c7 w' [但“天钩”最后放弃了。对接是高难度的,偶尔为之可以,不宜作为日常运作。垂直起飞、着陆和悬停对重量的限制还是绕不过去,还是老老实实走STOVL航母的路。

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    发表于 2024-10-30 09:00:16 | 只看该作者

    + s! W4 `7 y; \/ Z' \& z: S都怪讨厌的重力。
    . e' \+ @/ A! _# K; {3 f( d2 ?; e3 [( A- O- E6 f" ?. J' J7 e
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