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大话舰载机系列之三十五——V-22“鱼鹰”倾转旋翼机

 笑熬浆糊糊 2013-04-11

 

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V-22“鱼鹰”倾转旋翼机

V-22鱼鹰直升机是由达信贝尔直升机公司与波音公司联合研制的双发倾转旋翼机,是在贝尔301/XV-15的基础上发展而来的。早在1981年底,美国便提出了“多军种先进垂直起落飞机”(JVX)计划,1982年这项计划由美国陆军负责,1983年1月计划转交给了美国海军,并于1985年1月将这种飞机命名为V-22“鱼鹰”。首架原型机于1988年5月出厂,1989年3月首飞,同年9月又进行了从直升机飞行方式转换成定翼机飞行方式的首飞。

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处于平飞状态的“鱼鹰”

研制过程

20世纪五六十年代美国、加拿大和欧洲一些公司竞相掀起了一股研制集直升机和固定翼飞机优点于一身的倾斜旋翼机的热潮。最初,许多航空专家对于研制这种飞机寄予厚望。但是,由于这种飞机的设计结构复杂,尤其是在对机翼旋转结构和旋转式短舱结构的研制方面长期难以取得突破性进展,再加上试飞时机毁人亡的事故接连发生,因此,许多国家放弃了研制。

美国贝尔直升机公司研制的X-22A、XC-124A、CL-84验证机尽管均遭不测,但经过不懈努力,终于在1977年5月将XV-15验证机送上了蓝天,为V-22“鱼鹰”的研制迈出了坚实的一步。

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XV-15

1983年4月26日,贝尔/波音直升机公司与美国海军航空系统司令部签订了一项为期24个月的合同,对V-22进行初步设计。贝尔直升机公司负责机翼、发动机短舱、螺桨-旋翼装置和传动系统及发动机一体化,波音直升机公司负责机身、尾部装置、起落架装置、整流罩以及综合电子设备。59%的机体为复合材料,只有454千克空重是金属材料。

  1984年1月,贝尔直升机公司用风洞试验和分析所得到的数据开始V-22模拟飞行试验。同年3月,由军方飞行员使用NASA艾姆斯试验中心的模拟器开始正式鉴定。波音直升机公司制造了一个2/3比例的旋翼/机翼模型,用来验证悬停性能的预计值。主要结构件的试验由贝尔与波音直升机公司协调进行。

  1986年5月2日,美国海军航空系统司令部又与贝尔直升机公司和波音直升机公司签订了一项价值达4.97亿美元的合同。这个合同是V-22飞机为期7年的全尺寸发展计划(FSD)的17.14亿美元固定价格总合同的第一期合同。这个合同要求制造6架试飞原型机(贝尔直升机公司负责1、3、6号原型机,波音直升机公司负责2、4、5号原型机),以及3架用于静力试验、地面试验和疲劳试验的机体。1988年5月23日1号原型机在贝尔直升机公司的阿林顿飞行研究中心出厂,1989年3月19日完成首次试飞,1989年9月14日完成首次由直升机状态向定翼机状态过渡的飞行转换;1989年9月2号原型机首次飞行;1989年12月21日4号原型机首飞;1990年5月9日3号原型机试飞;5号6号原型机分别于1991年6月11日和1992年底首次试飞。

根据研制计划V-22必须完成4000小时以上试飞。1号原型机用于扩大飞行包线及飞行载荷验证的试飞;2号原型机用于电传操纵系统试飞;3号原型机用于飞行载荷、振动与噪音以及海上试飞;4号原型机用于首次全电子设备试飞、初步舰载相容性和推进器试飞;5号原型机用于电子、飞行控制和辅助设备试飞,以及最初的美空军任务设备试飞;6号原型机用于美海军和美海军陆战队的任务设备试飞。

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装载“鱼鹰”的登陆舰

  1990年12月4~7日,在美海军“大黄蜂”号航空母舰上进行了海上试飞,其中包括3号机的起飞和着舰试飞,以及4号机的设备和功能试飞。到1990年底已完成起飞着陆转换试飞、机翼失速试飞、单发试飞以及飞行速度高达647公里/小时的试飞。同年获得国家航空协会颁发的“取得航空重大进步奖”,这项奖励说明V-22能完成32种以上飞行任务要求。截止到1991年11月V-22已完成612小时试飞。

按最初计划,美国防部应采购913架四种型号“鱼鹰”倾斜旋翼机,并且原定1991年底~1992年初交付美国海军陆战队使用的MV-22,1993年开始交付美国空军的CV-22及SV-22A,1995年交付美海军,以及1990财年和1991年财会的国防预算取消了对V-22的经费支持,导致了计划不能如期进行,一年后即1992年开始恢复拨款,但数额十分有限仅6.25亿美元仅局限于科研设计和试验,加上以前尚未花完的3.65亿美元可以使V-22计划继续进行。1993年又为V-22计划拨出15.5亿美元,但其中一部分将用于寻找一种替代机种。这之后该机的研发道路更加坎坷,由于美国防部对研制计划消极抵触,结果研制SV-22A的计划全部被取消,整个的采购数量减少到657架,减少采购数量的原因一是研制经费过高,如果按照1997年的价格计算,每架的研制经费高达4200万美元。二是安全性差。1993年之前,5架验证机中就有2架在试飞时因机载电子设备故障和发动机故障坠地夭折。而即使到了2000年,V-22已经发展得相对成熟的时候,也连摔了两架MV-22型。

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计划中被取代的CH-53直升机

值得庆幸的是,V-22最终还是赢得了国防部的认同。根据计划,从1998年6月开始生产5架V-22“鱼鹰”,于1999年交付美海军陆战队使用。2000~2002年,分三批再向海军陆战队交付20架。预计,美国防部将共采购523架,其中海军陆战队采购425架MV-22,将作为运输和机降飞机,全部取代海军陆战队使用的CH-46和CH-53直升机。海军采购48架HV-22,作为航母和大型作战舰只使用的搜索救援机、电子干扰机。空军采购50架CV-22,作为特种作战飞机,以取代AC-130H和MC-130E/H型特种飞机以及MH-53J直升机,于2003年和2005年分两批交付。

事故频发

这种被美国海军陆战队奉为“未来之星”的V-22“鱼鹰”一直事故频频,其中光是7架原型机就毁了4架。1991年6月11日,一架“鱼鹰”在试飞中突然坠毁,造成两名人员受伤。1992年7月20日,又一架实验型的“鱼鹰”准备在加利弗尼亚匡蒂科海航站降落时坠入波多马克河,造成3名陆战队员和4名平民百姓丧生。7年后,即2000年4月8日,一架“鱼鹰”在进行作战评定飞行中突然坠毁,造成19人丧生。时隔8个月,即12月11日晚,又一架美海军陆战队的MV-22“鱼鹰”在北加利福尼亚州进行训练时坠毁,4名机组人员全部遇难。次日,美国国防部就下令推迟这种创新的倾转旋翼飞机的大规模生产。自此以来,“鱼鹰”计划面临搁浅的危险。

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坠毁的MV-22

在“鱼鹰”几度恢复飞行试验后,美国海军的使用试验与评估部队终于确认V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机达到了作战效能和作战适用性要求,海军陆战队也认为该项目基本上接近了可以大批量生产的阶段。于是,经过20年研发历程的“鱼鹰”,终于得到了海军陆战队的认可。

装备情况

“鱼鹰”可满足30余种任务需求,主要执行突击作战、突击支援、战术空运以及战斗搜索与救援任务,特别适于遂行特种作战、缉毒和反恐怖主义行动。MV-22“鱼鹰”将取代现役的CH-46和CH-53D直升机。美国海军陆战队计划到2014年购买360架MV-22,用以装备18个正规中队和4个预备中队,每个中队12架。空军购买的50架CV-22和海军购买的48架HV-22也将陆续装备部队。届时,美军真正具备了“全球自部署能力”,作战能力也将大为增强。11-11-30 作者:石腾 编辑:石滕

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正在空投特战队员的特战型“鱼鹰”

倾转旋翼的好处

倾转旋翼,简单地说,就是指飞机依靠旋翼倾转来调节飞行技术状态。具体方案是在机翼两端分别安上发动机短舱,内装涡轮发动机用以驱动旋翼系统。该型机的关键是发动机短舱可以绕机翼轴进行由朝上到朝前及由朝前到朝上的直角转动,并且要求这两套动作完整连续,一般在十几秒钟内完成。这样就可以改变旋翼的推力方向。当发动机短舱呈水平状态时,旋翼就变成了螺旋桨,加上原有的一段机翼,飞机就变成了涡桨固定翼飞机了。反之,则变成一架双旋翼或多旋翼的直升机。

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正在平飞的鱼鹰

倾转旋翼就是将直升机和固定翼飞机的特点和长处集于一体,实现了二者的完美结合。其结构可任意变换固定翼和旋翼的两种形态,航速是直升机的2倍多,各种指标是任何直升机无法比拟的。飞机上有3套驾驶操纵系统,飞机转换形态时,驾驶系统也自动转换。2台发动机由变速控制器相连,当一台发动机转速下降到息火时,另一台发动机便通过变速控制器转换成带动2副螺旋桨的工作状态;发动机舱内采取增压措施,能有效地阻止海上潮湿空气侵蚀;机身下方两侧的主起落架舱较大,起飞后自动封闭,紧急情况下在海上迫降时有一定的浮力,可使飞机不致沉没。

先进功能

V-22的悬臂式上单翼飞机。在机翼两端翼尖各安装了一部旋转式短舱,两个短舱内各装有一台美国艾利逊公司研制的T406-AD-400涡轮轴发动机(6235轴马力)。两个短舱头部各装有一副由三片桨叶组成的逆时针旋转的旋翼,桨叶由石墨/玻璃纤维制成,平面形状为梯形,桨叶采用不同于一般直升机的设计,有利于提高前飞和悬停效率。当旋转短舱垂直向上时,便可像直升机一样垂直起飞。当达到一定飞行高度和飞行速度后,旋转式短舱向前转动90°到水平位置,该机便像普通固定翼螺旋桨飞机一样向前飞行。在以直升机方式飞行时,操纵系统可改变旋翼上升力的大小和旋翼拉力倾斜的方向,以便使飞机保持或改变飞行状态。在以巡航方式飞行时,上单翼后缘的两对副翼可保证飞机的横向操纵。铰接在端板式垂尾上的方向舵和平尾上的升降舵可以依靠舵机改变飞行方向和飞行高度。

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正在加油的鱼鹰

V-22及其改进型均备有空中加油系统,其机组由三人组成。为提高飞行可靠性,该机采用了三余度电传操纵系统,机体结构59%为复合材料。根据美国海军陆战队的作战使用要求,V-22将主要以航母和其它大型舰只为基地。为减少飞机在甲板上的占地空间,采用了折叠式桨叶,其机翼也采用了旋转式,必要时可与机身平行。机上安装了塔康导航系统。塔康系统工作频段为962~1213兆赫,共有252个波道。利用该导航系统可以保障飞机沿预定航线飞行、机群的空中集合和会合以及在复杂气象条件下引导飞机归航和进场着陆。塔康导航系统由美国于本世纪50年代率先装备使用,后成为北约标准军用导航系统。另外还安装了AN/APQ-174地形跟踪多功能雷达,还安装有五台多功能显示器,其中第五台显示器专门用于显示地形图。机载设备可以确保V-22之间及飞机与基地和E-3A空中预警指挥机之间的联络。为提高夜战能力,在海军陆战队使用的V-22上将安装飞行员夜视镜,在空军和海军使用的V-22改进型上将安装AN/AAQ-16前视红外搜索雷达。此外,还安装了甚高频和特高频话音保密通信装置、敌我识别器、AN/AAR-47导弹告警系统。

V-22的机载武器可根据执行任务的性质进行选择。通常在货舱内安装了若干挺7.62毫米或12.7毫米机枪,在机身的头部下方安装了旋转式炮架,机身两侧安装了鱼雷和导弹挂架。贝尔·波音公司选择通用公司全资子公司—通用动力武器系统公司为V-22“鱼鹰”飞机开发炮架系统。合同有效期2001~2005年,波音公司将为3套V-22炮塔系统的工程设计、开发、制造和测试支付4500万美元。而整个项目的潜在价值达2亿5000万美元。

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加特林机枪

通用动力武器系统公司总裁哈德森表示:“很荣幸有这个机会与贝尔·波音公司合作,向美国海军陆战队的通用型飞机提供武器系统一体化专业知识。”通用动力武器系统公司提供的V-22炮塔火炮系统将包括1门GAU-19 12.7毫米加特林机枪、1个轻型炮塔与1个线形复合弹舱和供弹系统。该炮塔能左右各旋转75度、上仰20度、下俯70度,位于机头正下方,供弹系统则位于驾驶舱下方。该系统将为V-22“鱼鹰”飞机提供压制火力,提供战机生存能力。但在2001年初,V-22计划办公室重新考虑了V-22是否需要装备枪塔。由于研制中发现该系统的费用比预期要高,促使海军陆战队领导和计划管理部门重新作考虑。到2002年12月,美国海军航空系统司令部招标征求一种新型12.7mm机枪,用于V-22和其他海军飞机。

对该武器的要求包括:安装有12.7mm机枪的枢轴,机枪采用开闩待击以防止枪弹自燃;射速超过1000发/分钟;枪管寿命为10000发;40000发子弹之内无须送往武器维修基地进行保养;配有容量分别为100、300和600发子弹的弹箱;可以发射北约所有的制式12.7mm枪弹,包括脱壳弹药。

性能参数

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处于折叠状态的“鱼鹰”

该机旋翼直径11.58米,翼展15.52米,机长19.09米,机高6.90米,海平面巡航速度185千米/小时(采用直升机方式飞行)和509千米/小时(采用固定翼方式飞行),实用升限7925米,起飞滑跑距离152米,航程2225千米(满载,垂直起降)和3336千米(满载,短距起降),空重14463千克,正常起飞重量达到21545千克(垂直起降))和24947千克(短距起降),最大起飞重量为27442千克(短距起降)。

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正在装载士兵的“鱼鹰”

V-22的机身呈矩形,从而加大了机舱内的容积,可运载24名全副武装的士兵或12副担架及医务人员,也可在机内装9072千克和外挂6 804千克货物。就其飞行速度和航程来说,远远超过了CH-46直升机。与某些军用运输机相比,V-22也占有优势。就拿意大利研制的载重量为9000千克的G222军用运输机来说,其最大飞行速度为633千米/小时,最大航程仅为1400千米。

改进型号

由于V-22本身性能的优越性,美国军方和英国军方已着手研制多种改型,简单介绍如下:

MV-22

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甲板上排放整齐的“鱼鹰”

MV-22是V-22系列第一种变型,为海军陆战队使用,部署在海军两栖攻击舰上。计划取代CH-46和CH-53A/D直升机,计划产量425架。MV-22的主翼可以以主翼轴心为圆心做大范围的折叠。该型载3名机组人员和24名全副武装的海军陆战队员或者等量的货物。MV-22有一种小改型:陆军救护型,未获得正式定单。

CV-22

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CV-22(机体较为臃肿)

美空军计划采用50架CV-22取代自身装备的所有MH-53J、MH-60G直升机和MC-130E“攻击爪”运输机。性能先进的CV-22比上述飞机飞得更快、更远,将使美空军和陆军的战术突击空运能力大大增强。而在以往,上述的多种直升机因为航程有限,必须由运输机先行运送到目标区域附近,然后再自行出动,CV-22就省却了这些麻烦,突然性和可靠性大大增强。举一个典型例子,CV-22能在接受任务后的一天时间内抵达亚非大陆的任何地点执行任务,而且不需要其他机种辅助。

为了更好的完成上述任务,CV-22特别装备了大型的副油箱,容量达7950升。电子设备方面将加装雷声公司的AN/APQ-174D地形回避/跟踪雷达、两台能实时接受卫星通信的Rockwell Collins公司的AN/ARC-210电台、改进的电子战系统、一个GPS定位装置、数字化地图和Motorola公司的单兵通信装置。另外还加装了三个铰绳速降装置、三个快速收绳装置和一个救生吊篮。

EV-22

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将被取代的OV-10轻型侦察攻击机

美陆军计划用V-22的电子战改型EV-22取代EH-1、EH-60、RV-1、RC-12和OV-10等几种机型。

美国V-22鱼鹰多用途飞机

HV-22

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HV-22(附属设备明显增多)

HV-22是计划中的美海军特种部队突击空运机型。用于海军战斗搜索与救援,可执行特种作战任务和后勤支援任务。

SV-22

SV-22是美海军计划取代S-3“海盗”(Viking)反潜机的舰载通用机型。其最大作战半径达1205千米。SV-22将装备悬挂声纳、磁异常探测器、声纳浮标和Mk-50反潜鱼雷。

WV-22

WV-22是美海军和英国皇家海军计划中的预警型。将用于取代E-2“鹰眼”(Hawkeye)预警机。它将采用先进的嵌入机身和机翼的相控阵雷达,即所谓的“智能蒙皮”。

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鱼鹰内部凌乱的管线

尽管V-22本身前景尚不明朗,但其划时代的设计、先进的性能使其在航空史上必占有重要一席。目前其民用型正由贝尔公司紧张开发中。而英国海军则计划将V-22作为“海王”预警直升机的取代品。2000年CV-22的试飞出现两次机毁人亡的事故,使得停止V-22计划的呼声高涨,前景变得非常暗淡。实际上两次事故并不是因为倾斜转翼造成的,而是电缆故障等原因造成的。但911恐怖袭击之后,美军认识到非常急需特种作战飞机,V-22项目又有了起色。目前的计划是首架CV-22飞机要到2006财年才交付使用,初始作战能力也就相应到2008财年才能实现。飞行试验将在2002年恢复进行,然后低速生产8架用于进一步的试验。

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