美國陸軍的“F-35”

雪鸮

美國陸軍即將迎來多種直升機退役高峰，研制下一代型號成為美國陸航裝備部門的首要問題。受到美國空軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊聯(lián)合研制成功F-35的鼓舞，美國陸軍也考慮將下一代武裝直升機、通用直升機、偵察直升機，甚至戰(zhàn)術(shù)運輸機合為一體，共用布局相同的飛行平臺。這被稱為“未來垂直起降飛機”以下簡稱（FVL）計劃。如果該計劃得以成功，那么這一系列的新型旋翼飛機將“一統(tǒng)美軍”。而這也意味著，競標(biāo)失敗者可能就此被排除在該領(lǐng)域之外。因此，貝爾/洛馬團隊（V-280驗證機）和西科斯基/波音團隊（SB-1驗證機）使出了渾身解數(shù)，試圖獨占美國軍用直升機的未來市場。

JMR計劃

美國陸軍于2009年提出了“聯(lián)合多用途”以下簡稱（JMR）直升機計劃，可以看做是FVL項目的初始步驟。該計劃旨在使用五種（原為三種，后增加到五種）旋翼飛機替換當(dāng)時北約體系中的25種各類型直升機和螺旋槳戰(zhàn)術(shù)運輸機。它的特點也是難點在于，為了簡化直升機隊的后勤保障，要采用相似的氣動布局并且盡可能共用零件。

除去輕型、中輕型、中型和重型各自替換相對應(yīng)量級的直升機之外，其中最具野心的莫過于JMR計劃中的“JMR-Ultra”飛機，美國計劃用它來替換洛克希德·馬丁C-130J和空客A-400M運輸機。如果該型飛機成功研發(fā)，美軍就可以極大地減少修筑戰(zhàn)地機場跑道的工作量，同時讓美國陸軍進一步實現(xiàn)“飛行化陸軍”的構(gòu)想。

攻克F-35垂直起降型的技術(shù)難關(guān)對整個F-35項目的選型起到了決定性的作用。而“JMR-超級”級別的旋翼飛機在JMR/FVL項目中也可能扮演類似角色。戰(zhàn)術(shù)運輸機的航程、載荷和使用經(jīng)濟性很難用傳統(tǒng)意義上的直升機實現(xiàn)，但是“JMR-超級”不但要求具備直升機的垂直起降能力。還要具備不低的巡航速度（約118米/秒），這意味著研發(fā)者必須采用新的飛行原理，使直升機不單單依靠旋翼產(chǎn)生的升力留在空中，需要混合一些常規(guī)飛機的設(shè)計元素。正是這一特殊要求使美國直升機巨頭們加速和完善新布局的探索。

貝爾/洛克希德V-280

作為世界馳名的直升機研發(fā)公司，貝爾公司在六十年代時就開始探索傾轉(zhuǎn)旋翼布局，并且在八十年代贏得了美國空軍和海軍陸戰(zhàn)隊的競標(biāo)，設(shè)計制造了世界上第一款傾轉(zhuǎn)旋翼機V-22“魚鷹”，在傾轉(zhuǎn)旋翼布局的研發(fā)上可謂積淀深厚。

相比于常規(guī)的直升機來說，傾轉(zhuǎn)旋翼機有著天然的優(yōu)勢。在垂直起降中，飛機的升力主要來自旋翼，這時的飛機就如同一種雙旋翼的直升機。而在巡航過程中，飛機的升力主要來自上下表面的升力作用。兩臺巨大的旋翼則產(chǎn)生向前的推動力，使得其速度毫不遜色于常規(guī)布局螺旋槳飛機。這種旋翼兩用的模式保證了飛機同時具備直升機和普通螺旋槳飛機的特征，并且不需要增設(shè)其它螺旋槳。兩臺旋轉(zhuǎn)裝置帶動了兩個旋翼控制角度完成模式的切換，減少了結(jié)構(gòu)死重。

在V-22“魚鷹”成功贏得了美國空軍和海軍陸戰(zhàn)隊的合同后，貝爾公司繼續(xù)加強了對這種布局的探索，其中包括競標(biāo)美軍下一代大型運輸機的四發(fā)傾轉(zhuǎn)旋翼機V-44以及針對JMR/ FVL項目的雙發(fā)V-280驗證機。即使貝爾公司只成功造出了這兩款傾轉(zhuǎn)旋翼機的驗證機，也可以極大地鞏固它在這個領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢。

對于貝爾/洛克希德團隊來說，當(dāng)務(wù)之急是更全面地探索傾轉(zhuǎn)旋翼布局的氣動性能。“魚鷹”服役后，它的事故問題廣受關(guān)注，2017年就已經(jīng)墜毀了至少三架。事故高發(fā)點在“魚鷹”的旋翼從垂直于機身旋轉(zhuǎn)到平行于機身之間。這一過程中旋翼帶動的氣流比較混亂，操作失誤將很容易發(fā)生事故。工程師在設(shè)計新型V-280驗證機時將尾翼改成了無人機常用的“V”型，目的是增加飛機的穩(wěn)定性。

除此以外，V-280驗證機代表的傾轉(zhuǎn)旋翼布局還面臨著一個問題。它的機翼部分較長，達到了傳統(tǒng)飛機的標(biāo)準。但機翼里還有較大體積的傳動裝置，讓它的橫向結(jié)構(gòu)相對脆弱，兩臺發(fā)動機外部并無機翼延伸也讓它的飛行穩(wěn)定性遠低于一般的雙發(fā)螺旋槳飛機。一旦一臺發(fā)動機失效幾乎就意味著墜毀。這種飛機的體積較大，即使在美國軍艦上，能夠部分折疊的V-22“魚鷹”也占用了相當(dāng)大的空間，如果在戰(zhàn)斗一線飛行，龐大的體積和脆弱的機翼結(jié)構(gòu)將讓它成為理想的靶子。因此，傾轉(zhuǎn)旋翼機存在一些難以解決的原理性問題，是否適合用作替換偵察直升機、武裝直升機等對隱蔽性和機動性要求較高的直升機仍然有待商榷。

西科斯基/波音SB-1

“我們不會讓SB-1成為第二個‘科曼奇！”西科斯基/波音團隊的這一番言論，展示了它們對兩家合作的新概念驗證機SB-1充滿了信心。與時至如今仍然存在原理問題的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機不同，SB-1驗證機則進行了有限的創(chuàng)新。它使用了近年來較為流行的一種高速直升機構(gòu)型，更像是一款傳統(tǒng)的直升機。endprint

西科斯基/波音團隊有著與對手不同的獨特見解，認為新型直升機應(yīng)當(dāng)首先注重作為“直升機”的屬性。而直升機的特點在于良好的低空低速性能以及固定翼飛機所做不到的懸停能力，這能賦予飛行器真正的戰(zhàn)斗力。為了達到較好的低空穩(wěn)定性，SB-1采用了類似于俄羅斯卡-50、卡-52的同軸雙旋翼布局，以避免旋翼結(jié)構(gòu)在物理原理上的一種硬傷。

在單旋翼的直升機上，旋翼在旋轉(zhuǎn)的同時不僅僅只產(chǎn)生向上的巨大升力，還會產(chǎn)生一個較小的切向力矩（由于旋翼本身擁有質(zhì)量），假設(shè)單旋翼直升機在后方不設(shè)置調(diào)姿旋翼，那么直升機機體在上升同時也會旋轉(zhuǎn)。這一效應(yīng)的存在使得單旋翼直升機必須在機尾設(shè)置調(diào)姿旋翼，由此帶來的動力消耗、傳動結(jié)構(gòu)重量和重心位置變化會對直升機性能產(chǎn)生不小的影響。

為了消除這一效應(yīng)的負作用，美國西科斯基/波音團隊采用了同軸雙旋翼布局：使用一副主齒輪同時傳動上下旋翼的兩根主軸，這樣上下旋翼的旋轉(zhuǎn)速度相同，但方向相反，因此產(chǎn)生的力矩抵消，升力卻不受影響。這能夠完全取消調(diào)姿旋翼及其傳動裝置，同時也使直升機在低空的穩(wěn)定性大大提高。對于戰(zhàn)斗在第一線的各類直升機來說，這無疑是十分重要的。而西科斯基/波音團隊為了達到美軍要求的更高速度，在原本調(diào)姿旋翼處安裝了一臺推進螺旋槳，也讓它的性能向螺旋槳飛機靠攏。

當(dāng)然，同軸雙旋翼直升機并非完全沒有缺陷，盡管其低空穩(wěn)定性極佳，但卡-50、卡-52在做較大機動動作時就曾經(jīng)發(fā)生過數(shù)次兩組旋翼“打架”的事故，均產(chǎn)生了嚴重后果。這也是俄羅斯陸軍一直不愿意大規(guī)模列裝卡莫夫直升機的原因。從想象圖上來看，SB-1采用了更粗大牢固的旋翼傳動裝置，應(yīng)當(dāng)是為了避免旋翼變形碰撞。但是，由于氣動外形并無本質(zhì)改變，SB-1的推進效率無法跳出直升機的極限，同軸雙旋翼直升機的速度和航程也有較大局限。

未來軍用直升機將走向?qū)嵱没⑼ㄓ没?/p>

美國陸軍為了減少FVL項目的研發(fā)風(fēng)險，在各方面都做了相當(dāng)大的準備，還咨詢了為F-35項目提供支持的蘭德智庫，希望能夠借鑒經(jīng)驗，避免F-35那種經(jīng)費大幅超預(yù)算和進度拖延的可能。而美國陸軍主管該項目的官員丹·貝利也表示，美國陸軍為該項目準備了“極其充足”的資金預(yù)算，反映了美國陸軍對這個“世紀直升機”項目的重視。隨著研發(fā)單位基本確立了氣動布局和主要指標(biāo)，技術(shù)方面的探索也大都完成，新型渦軸發(fā)動機的研發(fā)已經(jīng)提前開始，這場“直升機大戰(zhàn)”也即將進入高潮——SB-1和V-280將在2018年進入“技術(shù)發(fā)展階段”，2023年進入“Y”階段，也就是由軍方出資建造的原型機競標(biāo)環(huán)節(jié)。

然而，事情真的會像美軍一開始所要求的那樣，由一款布局的機型“一統(tǒng)江山”嗎？那樣所造成的結(jié)果是贏家走向壟斷，輸家退出軍用直升機市場，對于后續(xù)發(fā)展極為不利。F-35項目所造成的后果就是很好的例子：“三軍通用”的需求或多或少掣肘了空軍和海軍型號的性能，同時也讓洛馬公司在美國戰(zhàn)機研發(fā)領(lǐng)域缺乏競爭對手。

從技術(shù)角度來說，這兩款機型各有各的優(yōu)勢，側(cè)重點有很大不同。例如在遠距離快速運輸上，無疑是航程、速度俱佳的傾轉(zhuǎn)旋翼布局V-280更具優(yōu)勢；真正在戰(zhàn)場第一線的偵察、打擊、火力支援中，同軸雙旋翼布局的可靠性和隱蔽性無疑更值得信賴。

筆者個人認為，號稱“統(tǒng)一”的FVL計劃有很大可能被拆成兩個部分，兩個布局、兩個設(shè)計研發(fā)團隊都會得到各自的機會。值得注意的是，洛馬公司將成為FVL項目中的贏家，其在2015年剛剛收購了西科斯基公司。

米-35武裝直升機具備一定通用化的設(shè)計思想

此前，蘇/俄研制的米-24/35武裝直升機也引入了一定的通用化思想。它們既裝備強大的火力，同時也擁有8人運兵艙。美軍的FVL項目可以說拓展了這種通用的思維。

過去，一些國家缺乏專用武裝直升機而使用通用直升機安裝武器，常常被視為落后的表現(xiàn)。美國則研發(fā)了大量專用型號，成為別國陸軍的追趕對象。美軍的做法造成了一定程度的經(jīng)濟負擔(dān)，一味追求專業(yè)性的想法也許是錯誤的——一架直升機可以是武裝直升機，也可以是運輸直升機、偵察直升機。實際上，主流軍用直升機在一些性能上并無太大差別。因此，美國陸軍才計劃研發(fā)五款機型替代所有現(xiàn)役旋翼飛機，再根據(jù)具體的任務(wù)來安裝不同的模塊。諸如之前RAH-66“科曼奇”這類執(zhí)行單一任務(wù)的高性能直升機可能將再也不會出現(xiàn)。而美軍未來直升機則更注重于火力掩護、運輸這兩類在實戰(zhàn)中最普遍的任務(wù)，希望每一架直升機都能完成這兩項任務(wù)。

無論哪個團隊贏得了最終的競標(biāo)，都會使美國的直升機工業(yè)再上一個臺階，都會給美國直升機工業(yè)帶來新的技術(shù)紅利。endprint