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迎难而上西科斯基为何接下X翼复合式直升机项目?
发表日期:2019-04-28 19:39| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:原题目:迎难而上,西科斯基为何接下X翼复合式直升机项目? 为了制造一种同时具备直升机悬停机能和固定翼飞机高速飞翔机能的先辈飞翔器,多年以来,世界列国的航空公司提出了各类各样的脑洞大开的概念设想方案,此中就包罗直升机行业的执盟主者西科斯基曾参

  原题目:迎难而上,西科斯基为何接下X翼复合式直升机项目?

  为了制造一种同时具备直升机悬停机能和固定翼飞机高速飞翔机能的先辈飞翔器,多年以来,世界列国的航空公司提出了各类各样的脑洞大开的概念设想方案,此中就包罗直升机行业的执盟主者——西科斯基——曾参与的新鲜概念设想方案:X-Wing(国内一般读作“叉翼”)。

  X翼飞翔器的显著特点就是配备了一副直径很大的刚性旋翼系统,该系统可以或许在飞翔过程中“锁死”,从而使得旋翼变成“X”型机翼。在其时的直升机理论界,常规设法就是:直升机若要获得更高的前飞速度,其旋翼必需能供给更大得拉力,而旋翼的尺寸不成能无限制扩大,比拟之下,直升机的桨盘载荷就必必要增大(所谓桨盘载荷也就是旋翼拉力与旋翼桨盘面积的比值,单元为“牛/平方米”),可是大桨盘载荷的直升机悬停机能又会较差,X翼的提出,起首就处理了这一让设想师难以抉择的严重难题。

  除此之外,一般复合式直升机若要实现高速前飞,势需要加装独立的机翼使其在高速飞翔时侯可以或许分管主旋翼所需供给的升力,如许一来,空机分量势需要增大,空重比(空机分量与起飞总重的比值)明显就要增大,负载能力势必降低,X翼则不需要加装额外的机翼,因而能够获得更优的空重比。兼具低桨盘载荷和高亚音速飞翔能力,一架双发的X翼飞翔器仅笔据发就可以或许施行笼盖大部门飞翔包线的飞翔使命。

  图——分歧类型飞翔器悬停桨盘载荷vs最大飞翔速度对比图,黑色条带中左起:常规直升机、倾转旋翼机、Direct Lift是指具备垂直起降能力的固定翼飞机

  晚期概念的构成——从学术派到适用派

  X翼的概念最早并非是西科斯基提出来的,而是由英国南安普顿大学的伊恩·奇斯曼传授在进行其“冲压策动机”试验时候提出的。奇斯曼传授将科恩达效应(又称射流附壁效应)使用到柱形旋翼桨叶的升力节制上。科恩达效应的道理就是当气流沿着物体概况切线活动的时候,它将倾向于黏附在物体概况流动,直到物面曲率极大之时,才会分手出去。

  图——科恩达效应示企图

  这种流动效应就像是为旋翼添加了一段“虚拟襟翼”,奇斯曼传授确信能够在固定翼飞翔器上加装一副这种设想的旋翼,该旋翼仅需在起飞和着陆时动弹,且可以或许在飞翔中实现停转/启动等把持。也就是说一旦该飞翔器企图加快飞翔,将可停转旋翼并将其折叠收起以增大巡航效率;若要垂直下降,只需展开旋翼,并启动扭转即可。

  奇斯曼传授作为学术派科研大师,虽然提出了一系列构思,可是并未落到工程现实上去,其所采用的“柱形桨叶”也并不合用于常规飞翔器。在此根本上,美国海军舰船研究和成长核心(Naval Ship Research and Development Center;DTNSRDC)的工程师大卫·泰勒进行了进一步的研究和批改,使其更贴合工程现实。大卫将常见翼型的锋利后缘改为钝头后缘(又称椭圆后缘),并成功使用了这一道理。

  图——双钝头翼型和常规翼型的对比,上方为常规翼型,下方为双钝头翼型

  大卫的工作最初演变成了X翼的初始概念,通过对翼型绕流环量的节制来实现“肆意标的目的”升力的节制,以此使得旋翼可以或许在空中实现“停转”和“启动动弹”。1976年,美国国防部先辈项目研究局(Defense Advanced Research Projects Agency;DARPA)也参与到了海军的X翼项目中。

  从概念到现实——洛克希德/美国海军/DARPA/NASA的鼎力合作

  随后,来自其时的洛克希德的一小队精英工程师接管了这一概念飞翔器的论证工作。他们按照美国海军和DARPA的设想,完成了首型X翼飞翔器的初步设想方案,制造出一架重约1吨、旋翼长度25英尺的缩比样机并进行了飞翔测试。该部门工作的次要目标是为了对旋翼/桨毂/节制系统的设想、结构进行准确评估。若是配备一台恰当的小型涡轴策动机的线万英尺的飞翔高度。

  图——洛克希德研制团队制造的25英尺风洞试验模子

  在完成可行性评估之后,研制团队的工程师在1977年中完成了一副完整旋翼系统的设想并于1978岁暮在旋翼试验塔上完成了测试。在1979年春,测试模子被运送到NASA的埃姆斯风洞中进行了为期7周的吹风试验。这期间,旋翼系统完成了直升机模式、固定翼模式、转换模式的试验,并针对开环和闭环的节制模式进行了对比测试。在测试中,该系统完成了30多次的主动停转和启转指令,测试对应的前飞速度大都数都在180节(333千米/时摆布)。

  测试成功之后,DARPA和美国海军在NASA的支撑下决定进一步推进这一概念走向现实——他们要制造一副尺寸更大的旋翼系统。1982年,西科斯基正式插手该项目,并被要求在近期交付的NASA/美国陆军/西科斯基结合鞭策的旋翼系统研究飞翔器(Rotor Systems Research Aircraft;RSRA)上测试X翼的概念。

  西科斯基的插手——有史以来最大的手艺挑战

  旋翼系统研究飞翔器,即“西科斯基S-72试验机”,是特地制造出来测试先辈直升机旋翼系统的一架旋翼飞翔器。它加装了两副可变迎角的机翼,以便在得当的时候可以或许为主旋翼卸载升力或者加载升力。它还加装了辅助推进安装和气动刹车安装来为主旋翼卸载前飞拉力或者加载前飞拉力。恰是由于该飞翔器具备如斯“奇异”的能力,才被选中来进行X翼的测试——终究如许一来,即便X翼在“停转”或者“启转”中碰上什么问题,还能够通过辅助推进安装和两侧机翼来离开险境。

  图——西科斯基的佳构,贡献卓著的S-72旋翼系统研究飞翔器

  X翼的研制大要是西科斯基公司自开办以来碰上的最具挑战性的手艺难题。对于常规直升机而言,高速扭转的旋翼会发生庞大的离心力,庞大的离心力会拉直桨叶,为其发生升力供给足够的刚度。然而X翼则纷歧样,当它停转后,它底子没有任何离心力,因此必需依托本身的刚度来承担所发生的升力。特别是X翼停转,靠前的两片桨叶将会变成“前掠翼”,这对刚度要求更高。

  除此之外,X翼的桨叶翼型必需是所谓的“双头”桨叶,由于旋翼停转之后,势必有两片桨叶是前缘朝前,两片桨叶是后缘朝前的,若是还按照旧规翼型来设想,从锋利后缘吹向前缘的气流势必发生晦气的气动影响。因为X翼是通过科恩达效应来节制桨叶升力的,所以它的把持系统也没有采用常规直升机必用的主动倾斜器,而是配备了给旋翼桨叶吹气的管控阀门系统。飞翔中“启转”和“停转”要求管控阀门系统进行复杂的高频次把持以包管转换过渡期间为主旋翼供给可节制的力和力矩。这就需要其时最先辈、最尖端的计较机手艺来完成之一主动节制的过程。

  其他的手艺挑战还包罗:

  即便对于西科斯基/洛克希德马丁/DARPA/NASA 这种可谓史诗级的奢华阵容而言,X翼打算仍然是一个尺度的“高风险/高收益”项目,在项目推进之前,没有谁晓得这事儿能不克不及成。其手艺难题的处理及飞翔器全包线能力的实现都可算是触及其时尖端手艺的巅峰了。鄙人一篇我将继续引见西科斯基若何推进项目成长,并对该机的设想特点进行细说,接待持续关心。前往搜狐,查看更多

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