美國(guó)波音公司于近日宣布，與西科斯基公司合研的第一架完整體SB-1“大膽”復(fù)合旋翼直升機(jī)成功完成了首次試飛。
SB-1于今年3月首次試飛，不過(guò)當(dāng)時(shí)的并非“完整體”，未安裝旋翼整流罩。圖為SB-1完整體試飛。
SB-1是波音-西科斯基合研S-97“突襲者”的大型化版本，現(xiàn)在正在實(shí)機(jī)測(cè)試的是常規(guī)運(yùn)輸型。如果競(jìng)標(biāo)成功，則有可能替代現(xiàn)役的UH-60“黑鷹”通用直升機(jī)。而在其基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的武裝攻擊型則可能用來(lái)替代AH-64“阿帕奇”武裝直升機(jī)。
美軍在經(jīng)歷21世紀(jì)初的“反恐戰(zhàn)爭(zhēng)”后發(fā)現(xiàn)陸軍現(xiàn)有的直升機(jī)部隊(duì)已耗損嚴(yán)重，而且相關(guān)廠商一直只對(duì)現(xiàn)役機(jī)型進(jìn)行翻新和改進(jìn)，并沒(méi)有從本質(zhì)上讓機(jī)隊(duì)技術(shù)升級(jí)。
其中，著名的“黑鷹”通用直升機(jī)和“阿帕奇”武裝直升機(jī)已經(jīng)服役30年以上，受到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制很難再提高飛行速度、懸停性能等直升機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)，需要更新?lián)Q代。
“阿帕奇”和“黑鷹”，兩者皆為美軍現(xiàn)役主力直升機(jī)。
所以美國(guó)國(guó)防部于2011年正式啟動(dòng)“未來(lái)垂直起降飛行器”（FVL）項(xiàng)目，旨在獲得一批全新設(shè)計(jì)的飛行平臺(tái)并規(guī)劃下一個(gè)50年內(nèi)美軍直升機(jī)部隊(duì)的發(fā)展方向。
按美軍的規(guī)劃，在2030年代將采用三到五種新機(jī)型全面替代當(dāng)前的20余種旋翼機(jī)型。而波音-西科斯基計(jì)劃以S-97“突襲者”為基礎(chǔ)改進(jìn)，同時(shí)競(jìng)標(biāo)“未來(lái)攻擊偵查直升機(jī)”（FARA）和“未來(lái)遠(yuǎn)程攻擊飛機(jī)”（FLRAA）兩個(gè)項(xiàng)目。
前者是輕型專用武裝旋翼機(jī)，將填補(bǔ)OH-58D直升機(jī)和AH-64E武偵直升機(jī)的位置，承擔(dān)輕型武裝偵查任務(wù)；后者則為中型通用旋翼機(jī)，將替代“黑鷹”和“阿帕奇”直升機(jī)，執(zhí)行運(yùn)輸救援和武裝攻擊任務(wù)。
西科斯基母公司洛·馬公布的S-97技術(shù)線路示意圖，分為輕型和中型兩條路徑。
運(yùn)輸救援型SB-1旋翼機(jī)可裝載4名成員和12名全副武裝的步兵，或者八副擔(dān)架，載貨量比“黑鷹”有所提升。不過(guò)該機(jī)最關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)還是優(yōu)異的速度和駕駛性能。
波音公司發(fā)布的SB-1運(yùn)輸型和武裝型示意圖。
SB-1最突出的特點(diǎn)是采用了“共軸剛性雙旋翼”和尾部推進(jìn)旋翼結(jié)合的復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在采用類似固定翼飛行模式的情況下，該機(jī)保持機(jī)身水平，僅依靠推進(jìn)旋翼提供向前的推力以此來(lái)大幅提升飛行速度。
按照波音的官方設(shè)計(jì)指標(biāo)，該機(jī)在換裝新發(fā)動(dòng)機(jī)后可將飛行速度提升至460千米/時(shí)，并擁有424千米作戰(zhàn)半徑。相比現(xiàn)役傳統(tǒng)直升機(jī)提速超過(guò)180千米/時(shí)，作戰(zhàn)半徑則增大60%，高熱環(huán)境下的懸停性能增強(qiáng)50%。
SB-1的原型S-97在2018年9月的試飛中飛行速度達(dá)到了320千米/時(shí)。
說(shuō)起“共軸雙旋翼”大家應(yīng)該不陌生，美國(guó)、俄羅斯和部分歐洲國(guó)家都曾研發(fā)過(guò)這類布局的直升機(jī)。其中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬俄卡莫夫設(shè)計(jì)局的“卡-27”、“卡-50”、“卡-52”系列直升機(jī)。
這種布局通過(guò)將兩根與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)差動(dòng)減速器套在一起，分別驅(qū)動(dòng)一上一下兩個(gè)螺旋槳朝不同方向旋轉(zhuǎn)來(lái)飛行的目的。這樣就可以相互抵消旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)的反作用力，使飛機(jī)正常飛行。
這種設(shè)計(jì)的好處在于：首先，由于取消了尾槳，所以機(jī)身長(zhǎng)度可以大大縮短。另外，尾槳是直升機(jī)噪聲的重要來(lái)源之一，隨著直升機(jī)飛行速度的上升，主旋翼的轉(zhuǎn)速也要相應(yīng)提升，尾槳也必須提高轉(zhuǎn)速來(lái)平衡反作用力，這就導(dǎo)致噪聲越來(lái)越大。取消了尾槳自然就消除了這一噪聲源，飛行安靜性比傳統(tǒng)布局更好。
中國(guó)海軍卡-28反潛直升機(jī)。
其次，不需要向尾槳傳遞動(dòng)力減小了動(dòng)力損耗，據(jù)稱在同等級(jí)直升機(jī)中，采用共軸雙旋翼的卡-50武裝直升機(jī)的動(dòng)力效率高出10%以上。
最后，尾槳是主要的偏航動(dòng)力來(lái)源，所以傳統(tǒng)直升機(jī)在懸停時(shí)容易遭到風(fēng)向影響，而共軸雙旋翼的空氣動(dòng)力呈對(duì)稱分布，就可以避免這個(gè)問(wèn)題，方便在惡劣天氣下穩(wěn)定懸停和起降。
不過(guò)它的劣勢(shì)也是非常明顯的，雖然縮短了機(jī)身長(zhǎng)度，但是雙旋翼的存在必然會(huì)增大飛機(jī)的高度，對(duì)艦載有一定不良影響，當(dāng)然這還不是最嚴(yán)重的的問(wèn)題。1998年，一架俄制卡-50武裝直升機(jī)在飛行過(guò)程中上下旋翼攪打在一起，導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。
卡-50墜毀錄像。
為了避免這種致命的情況發(fā)生，后續(xù)的共軸雙旋翼機(jī)都將上下兩個(gè)旋翼之間的距離增大。但這樣一來(lái)使原本就很突出的飛機(jī)高度問(wèn)題更加惡化了，而且還增大了空氣阻力。
而SB-1采用了新式剛性旋翼，這樣一來(lái)即使將兩個(gè)旋翼的間距大大拉近也能保證相互之間不發(fā)生攪打。并且可以明顯降低阻力，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。目前來(lái)看，S-97是世界上第一種接近實(shí)用化的共軸剛性雙旋翼機(jī)，不過(guò)在SB-1上應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)還是遇到了不小的困難。
SB-1的旋翼都設(shè)置了整流罩，看上去有些“頭重腳輕”。
SB-1原本計(jì)劃于2017年就完成首飛，但因該機(jī)剛性旋翼由多層復(fù)合材料制成，需要特殊的機(jī)器和工藝才可以實(shí)現(xiàn)，所以延遲到今年年初才首飛?，F(xiàn)在從波音官方的消息來(lái)看，復(fù)合材料旋翼制造的工藝問(wèn)題應(yīng)該已經(jīng)解決。
無(wú)獨(dú)有偶，出于對(duì)共軸剛性雙旋翼布局優(yōu)勢(shì)的追求，中俄也在研制類似的產(chǎn)品。這種構(gòu)型帶來(lái)的速度優(yōu)勢(shì)使其成為未來(lái)直升機(jī)構(gòu)型的一個(gè)重要發(fā)展方向。
在展會(huì)上多次公開(kāi)亮相的“絕影”直升機(jī)模型。
現(xiàn)在美國(guó)陸軍基本上已經(jīng)決定了在貝爾公司的V-280傾斜旋翼機(jī)和波音-西科斯基SB-1當(dāng)中選擇一款作為“黑鷹”甚至“阿帕奇”的替代品。基于“V-22“魚(yú)鷹的成熟設(shè)計(jì)，V-280的研制工作一直比較順利，不過(guò)其傾斜旋翼結(jié)構(gòu)是否可以滿足城市等復(fù)雜情況使用還是個(gè)未知數(shù)。
