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【网易博客】东海鱼鹰——美国在冲绳布署V-22

 皖林专栏 2013-02-09
东海鱼鹰-美国在冲绳布署V-22 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
 美国V-22倾转旋翼机
     根据日本有关新闻报道;美国第一批MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机将会在本月底布署在山口县岩国基地,第二批将会布署在冲绳县普天间基地。
      V-22“鱼鹰”倾转旋翼机具备速度快、载重能力强、应急反应能力高、对于机场要求低的优点,是美国海军未来垂直登陆作战的主力,因此在钓鱼岛问题日益升温的今天,美国在冲绳布署该机值得我们关注和警惕。
      我们知道直升机利用旋翼产生的升力实现垂直起降,这样就避免了固定翼飞机对跑道的依赖,但是旋翼从根本上限制了前飞速度。旋翼尺寸和桨叶数的限制不谈,飞机的前飞速度不可能超过旋翼翼尖的线速度,在极限情况下,假定飞机的前飞速度和翼尖速度都为音速的一半,前行方向上,翼尖速度在 3 点钟方向已经达到音速,而后行方向上,翼尖在 9 点钟方向的速度就为零,要发生失速。实际上,翼尖失速速度要高于零速度,所以飞行速度比理论上的极限情况要低。另外,由于半径的关系,旋翼前倾时,旋翼翼尖附近是产生推力的部分,中间部分的线速度低,实际上不产生推力,是在迎风气流的作用下像风车一样地自旋,靠近圆心的部分的线速度低于失速速度,已经处在失速区了。由于前飞时旋翼前倾,阻力在旋翼上形成一个向下的分量,造成速度越大,“降力”越大的尴尬局面,必须用增加的升力来补偿,白白浪费发动机功率。据计算,直升机的理论速度不能超过 420 公里/小时。现代直升机对旋翼翼尖进行加大后掠角的修形,使直升机速度有了不小的提高,但还是没有突破这个理论限制。
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 旋翼提高直升机的升力,但是也限制它的速度
      为了解决直升机这个先天限制,许多国家进行了所谓复合式直升机的研究,首先是为直升机增加机翼,这样在飞行的时候,机翼可以产生一部分升力,从而降低旋翼的负担,我们比较熟悉的米-6采用的就是这种方法,但是它并没有从根本上解决问题,所以有的国家为直升机增加一个发动机,这样飞机水平飞行的时候,发动机全部由推进发动机提高,旋翼只提供垂直起飞时的升力,水平飞行的时候保持自转即可,复合式直机虽然可以将直升机速度提高到500公里左右,但是飞机有两套发动机及传动、操纵系统,结构比较复杂、重量也比较大,飞机的经济性能不好,另外由于旋翼的存在,其产生的阻力和反流区仍旧阻止了飞机速度的进一步提高,因此复合直升机目前仍旧停留在试验阶段,距离实用还有一定的距离。 
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 复合直升机存在着种种限制,距离实用还有一段路要走
      在这种情况下,倾转旋翼机就出现了,它最大的特点就是具备直升机和固定翼飞机两种飞行状态,但是发动机只有一种,通过发动机姿态的变化,来实现飞机不同飞行状态之间的转换,这样飞机即可以象直升机那样垂直起落,又可以象飞机那样飞行,速度和航程都得到提高,20世纪60年代美国贝尔公司天XV-3研究机上对倾转旋翼机的基础理论和研究进行了探索和研究,在此基础上又研制了XV-15试验机,突破了一系列的关键技术,证明了倾转旋翼机可以象直升机那样垂直起降,也可以具备普通运输机那样的速度和航程。初步确定这种技术的可行性、 飞行包线范围及应用潜力。
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 XV-15是V-22的基础
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 XV-15表明倾转旋翼机是可行的
     1982年美国国防部提出“多军种先进垂直起落飞机计划(JVX)“,贝尔公司提出的倾转旋翼机方案中标,这就 V-22”鱼鹰“,该机1983年开始研制,1988年首架原型机出厂,1989年试飞,并进行了两种飞行状态之间的转换,1990年进行了首次着舰试验,1997年V-22进入低速生产,2001年美国海军陆战队开始接收V-22直升机,但是由于种种原因,一直到2005年V-22才进入全速生产阶段,2007年V-22获得初始作战能力,开始替代美国海军陆战队的CH-46直升机,同年该机被派往伊拉克和阿富汗,执行作战任务,同时还在中洲一些国家执行人道主义援助等任务,在这些任务中,V-22都显现出自己比直升机更强的速度和航程,具备更好的战术技术性能,目前美国海军陆战队拥有97架V-22,编成11个作战中队和1个训练中队。美国空军装备有13架,配备3个中队,V-22计划共耗费27亿美元,而每架飞机的单价超过6000万美元。
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 机翼与螺旋桨折叠的V-22
     V-22的机长为19米左右,翼展15米,最大垂直起飞重量为23吨,最大短距起飞重量为27吨,其中空重15吨,最大内部载重为9吨,最大外部吊挂能力为7吨,最大MV-22可以达到4吨,而CV-22则超过6吨,如果使用内部副油箱,最大载油可以超过10吨,最大航程超过3500公里,作战半径;用于两栖突击的时候可以达到950公里,带4吨载荷,短距起飞的时候可以达到1400公里,座舱最多可以装载24名全副武装的士兵,或者12副担架,飞机的发动机为两部艾利逊T406涡轴发动机,起飞功率为4500KW,旋翼为复合材料制成的三片桨叶,一条贯穿机翼的横轴将两部发动机连接起来,以保证旋翼两个旋翼同转速,如果一台发动机出现故障,另外一台发动机还可以通过这条轴带到两个旋翼旋转。 
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 V-22的飞行控制系统比较复杂
     V-22采用了三余度电传操纵系统,具备自动驾驶、全自动飞行和编队飞行模式,飞行员可以用一套操纵系统来控制两种不同的飞行方式,在运渡飞行中,飞机的构型变化、气动翼面、旋翼桨距的变化都是由飞行操纵系统自动进行的,飞行员可以依靠这一套系统控制飞机不同的飞行状态,飞机的航空电子系统是基于1553B数据总线的联合式航空电子系统,系统以AYK-14任务计算机为核心,将战术空中导航系统、惯性导航系统、任务计算机、卫星导航定位系统、雷达高度表以及通信系统等有机相连,形成一个统一的数据处理系统,实现数据的综合处理和显示,机头还装有地形跟踪雷达,具备地形跟踪和回避能力,提高了飞机的突防能力,考虑到飞机需要在对方区域作战,所以还配备有较为完善的电子战系统,包括箔条/照明弹投放架、雷达告警系统和主动雷达干扰机,另外用于特种作战的CV-22还配备有前视红外探测系统和激光测距仪等。飞机座舱实现了玻璃化,仪表板安装有6个多功能显示器,用于飞行数据和战术信息的显示。
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 V-22采用了玻璃化座舱

   V-22虽然性能优良,但是它的缺点也十分明显,首先V-22独特的飞行方式造成它的气动布局与普通直升机和直升机都不同,如它的旋翼桨叶采用很大的负扭转,并且沿展向翼型布置与弦长变化大,另外旋翼尺寸比同级的直升机要小,这样,为了产生同样的升力,旋翼的下洗气流要比一般的直升机强的多。这样对于飞机的起降是非常不利的。另外由于螺旋桨(旋翼)位于机翼的翼尖上方,螺桨旋翼系统产生的下冲气流,有相当一部分会打在主翼的上表面。而为了保证发动机在转动和固定于某一位置时,机翼有足够的刚度和强度,它的主翼翼尖必须设计得很宽,从而增大了阻挡滑流向下运动的面积。在需要螺桨旋翼产生较大动力升力的时候,V-22的布局设计不但要损失正升力,而且根据作用力与反作用力原理,还得付出一定的负升力的代价,这是很不合算的。其垂直起飞时的效率,又要比普通的直升机降低许多。同时发动机短舱在不同飞行状态下其支持刚度是在变化的,另外倾转旋翼机的空气动力学特性、动力学特性及飞行动力学特性与常规直升机和普通运输机有较大的差异,特别是旋翼倾转过程中的动态气动特性、飞行动力学及飞行控制等问题都是以前没有遇到过的,这些对于飞行控制律的摸索、飞行控制硬/软件的研制带来的较大的困难,所以美国人即使有雄厚的航空技术实力做为后盾,研制V-22的时候仍然颇不顺利,还有一个问题就是倾转旋翼机的飞行时候需要机翼提高升力,因此翼展较大,相应的两侧发动机距离较远万一两侧因为任何原因而有所不平衡,两侧的升力差别被翼展大大地放大,很难恢复安全的飞行状态。理论上,任一发动机可以通过两根半轴同时驱动两侧旋翼,但一旦有一台发动机故障,V-22 可能立即失稳,根本不给系统以连接转换的时间。另外,如果驱动旋翼的齿轮箱受损,即使横轴连起来了也不顶用。因此美国人给V-22的评价是;技术先进、性能好,但是系统过于复杂、操纵维护都比较困难,造价也比较昂贵,所以尽管倾斜旋翼机已经表现出来的较好的战术技术指标,但是除了美国以外,别无分店,另外由于其经济性不好,民用领域的运用也受到限制,贝尔公司和阿古斯塔公司曾经联合推出的BA609型9座倾转旋翼机,并且于2005年试飞,但是并没有引起太大的反应。 

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V-22的优点和缺点一样鲜明 

    从美国即将布置V-22的普天间基地来看,它距离我国的钓鱼岛不到500公里,而V-22以普通运输机状态飞行的时候,巡航速度也在500公里/小时左右,因此从普天间基地起飞的V-22大约只需要一个小时就可以飞抵钓鱼岛,反应速度非常快,另外以每架可载24名全副武装士兵,每个人以100公斤计算,那么这个时候载重在2700公斤以下,这个时候,V-22可以有1300公里以上的航程,足够从钓鱼岛飞个来回,这样以美国在普天间基地布署24架飞机,以70%的完好率,那么至少一次可以出动15架飞机,一次最多可以钓鱼岛投送一个步兵营的兵力,这个数字已经相当可观了,如果向前抵近布署,如从石恒岛机场起飞,或者以日本22DDH等直升机驱逐舰作为基地,V-22的较强的吊挂能力,还可以将战术车辆、轻型火炮及防空导弹发射车等吊运上岛,增加岛上守军的防御能力,另外V-22还可以利用自己的较大的载重,对岛上的守军进行空运补给,从普天间到钓鱼岛的距离来看,V-22一个航次可以内装大约6吨左右的载重,采用短距起飞的方式,这对于缺乏码头、机场的钓鱼岛来说是十分宝贵的。正是因为V-22这些优点,日本也打算引进V-22飞机。

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V-22的运输能力远强于直升机 

   近期日本通过一系列动作,进行所谓“加强”“ 钓鱼岛控制”,除了日本自身的原因外,美国对东亚采取离岸平衡战略也是重要原因,而在冲绳布署V-22也是这个战略的反应。因此对于我国来说,提高海洋方向斗争能力是今后军事斗争建设的主要方向。

 

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注:

参考资料:

1、世界直升机手册

2、直升机总体设计

3、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

 

 


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