共軸式雙旋翼直升機很多方面比普通直升機優秀 為什麼中國新設計直升機不這樣設計呢是不是有什麼缺陷。?

共軸雙旋翼直升機優劣


首先,要更正問題,共軸式雙旋翼直升機目前的機型並沒有在很多方面比常規布局的直升機優秀。

雖然百度一大把,但為了後面論述清楚,還很必要稍微介紹下這個原理:

我們通常看到的直升機是機體上方有一呈水平面旋轉的大旋翼,尾部一個呈垂直面旋轉的小旋翼,這是因為直升機獲取飛行動力時大的旋翼在旋轉時會產生一個與旋翼旋轉方向相反的反作用力,這個力會使機身發生旋轉,無法正常飛行,故需要增加尾槳來抵消這個反作用力。

同軸反轉設計依然採用雙發動機,通過差動減速器使兩根軸(一根軸套在另一根軸中間)帶動上、下兩個旋翼按不同方向旋轉,旋轉的方向相反,作用力互相抵消,且不需要尾槳。

實際上,這種設計美法在二戰之後都有過嘗試,但都因為構造複雜沒有投入使用。(1948年,民國政府下朱家仁也曾設計過類似構造的直升機蜂鳥乙型,但因為沒有試飛,無法確定有沒有解決飛機的動作問題)

1971年美國西科斯基公司的驗證機

這種設計:

1,動力利用率高,在卡50上的數據是要比同等旋翼直徑的直升機升力大 12%。

2,沒有尾部小旋翼的設計機體得以結構緊湊,佔用機庫面積能減小(當然,機庫面積和高度相取捨還應以具體艦型具體分析)

3,雙旋翼在空氣動力上是對稱的,消除了偏航的動力來源,在懸停狀態下基本不受風向干擾,在惡劣海況下著艦難度降低不少。

對於第3點,曾經有個動圖是黑鷹在著艦被突然橫風吹翻在海里的,無奈找不到。想說明的是,常規布局直升機著艦就會因為海況對尾部力矩的影響偏航降落失敗。

2,3點造成這種設計的直升機是並非常適合停放在狹小的軍艦和航母上的。

但共軸雙旋翼的缺點卻是生而俱來的:

1,這種設計造成太他媽高了,卡52高度5.4m,米28N 3.82m,卡28同樣高度5.4m,直9 4.01m。

2,兩副旋翼面之間的氣流相互干擾,使流場變壞,兩副旋翼很可能會發生碰撞。這個問題迄今也沒有得到很好解決。

鱉海軍為裝備卡28不得不提升了054/054A的機庫高度。

而蘇俄海軍為了照顧卡27,則對無畏級拿出來世界唯一的半沉降式機庫設計——機庫地板低於起降甲板的平面,機庫空間的頂板,要低於直升機在起降甲板上系留時的機高,入庫時,直升機要通過斜坡下到機庫里。

不得不提,雖然西科斯基直到一直在玩共軸雙旋翼的設計,但真正讓這個設計走入各國(海軍)視野的還是共軸雙旋翼的老店——卡莫夫設計局。

1948年10月7日代號ОКБ-938試驗設計局成立,Н.И.卡莫夫作為負責人從卡10到卡15卡18一直堅持不懈地研究共軸反轉的技術,1967年莫斯科級剛下的時候,配套的艦載直升機也在開始定型,卡莫夫拿出的卡25在第一次著艦試飛時就摔到海里,在之後的8月5日的空軍司令部會議上,米利廠一度得以上位,卻不料第二天赴法國南部參加森林滅火的蘇聯米-6直升機發生墮機事故。

正吹著自己,來了這麼一出,結果在第三天,也就是8月7日,在會議開始後,米利廠的代表首先發言了,而這句發言之後幾乎是奠定了卡莫夫廠的之後的命運「米哈伊爾-列昂季耶維奇-米利要求我向大家轉達,他在陸上的事已經夠多了,讓卡莫夫從事海上的工作吧。」

正如所言,卡系列之後將在紅海軍的艦艇上一代立下汗馬功勞。(哎?毛粉病又犯了)

空軍老爺們就這樣在沒有選擇的情況下接受卡-25的改進計劃,且對時間做了嚴格要求,但在決議草案中卻寫進「反潛巡洋艦『莫斯科』號上航空武備試驗何時結束與交艦無關」。滿滿地對卡25的不信任。

卡莫夫廠也是得以在共軸雙旋翼設計上走的風生水起。(卡27,卡28,卡31,卡52,卡60:唔,我們中出了叛徒)

但在陸地上的戰鬥對武裝直升機的機動性有著更苛刻的要求,雖然卡50拿出的空展表演異常優秀,但在98年的卡50打槳事故後,04年在空軍新武裝直升機的競標中,共軸雙旋翼卡50的設計在實戰中的表現已經成懷疑變成了輸給了米28的事實——定型是慎重的,04年並不寬裕的俄空軍並不想容錯。

但隨後幾年解決了囊中窘困問題的俄軍在08年C勝喬治亞,開始重整軍備,使得卡52的命運沒有卡50那麼悲慘——卡52開始被採購,但主要交付內務特種部隊和海軍。

而卡52仍舊在像她的前輩一樣,將在海軍艦載機上大放光彩。上圖在西北風級兩棲登陸艦上降落的這架直升機是海軍採購的32架Ka-52KM海軍攻擊直升機合同的一架。法為俄所造了2艘西北風均以卡系列機高設計機庫,現在能不能賣給第三方還真是疑問。

11年可摺疊的卡52k艦載版原型機在無畏級庫科科夫海軍中將號的著落實驗。

卡氏的共軸雙旋翼直升機,就代表了這一設計,證明了它們可以是不錯的海軍直升機。但在攻擊直升機的路上能走多遠,僅憑疑為促進出口和保留研發團隊的卡52的服役,還尚未可知。

我鱉艦載機也起家於90年代引進的卡28,同期的直9開始逐步國產後,下水的一票新青年都是直9C標配,但直9C 帶聲納不能帶魚雷太捉急,有遠洋需求的052C/D大船都還是使用卡28。

到目前來看,反潛為主的直18F+直9C/D 雖然高的不成低的也不就,暫時在陸基高新機的掩護下,反潛壓力並不是很大,作為通用型的直20的替代還是足夠。

直-18F,可憐的AC313,終於有可以依靠的國產機就被立馬各種開發。一樹之高之地,直10,直19,直18這些自研一代提交了除過發動機之外的優秀答卷,但改變不了我們仍需追趕航空大國,並沒有站在引領通用航空器材發展的梯隊的事實,我們現在好幾個項目仍在以和法俄合作的方式進行,所有可以預見在直20和重型國產直升機的研製路上,也是不會放著業內成熟設計的大路不走,去獨劈共軸雙旋翼的小路。畢竟除了卡莫夫一家,世界其他各國都沒有大量服役這種設計的先例。


現有的直升機技術已經趨於完全成熟,下一個直升機研製的熱點就是如何提高直升機的飛行速度和效率,根據美國下一代通用直升機的採購方案可以推斷幾個不同的技術路線。

西科斯基的S-97驗證機,剛性的共軸雙旋翼外加後置推進槳葉

最重要的是已經開始了實際飛行測試階段,拿出能實際飛行的實體機才是王道。

AVX 概念炒的不錯,這設計圖在科學雜誌上忽悠讀者還是可以的,公司規模不夠,研發不行,連個實體模型也沒有,但是至少技術路線和西科斯基是相似的。

貝爾公司計劃繼續在傾轉旋翼機上死磕下去,畢竟有MV-22的成功再先,技術難度不至於過大,現在公布的狀態也只是拿出個實體模型而已。

3個方案,兩個共軸雙旋翼,可見還是在未來成為主流還是有著極大的可能的。

其實直10和直19的總師吳希明在2012年珠海航展接受採訪的時候,就對一個模型做出了比較詳細的解釋,共軸雙旋翼未來採用了剛性結構,能夠最大程度的提升直升機的速度

而我從個人角度來說也更偏向於這種技術路線,但並不代表傾轉旋翼也沒有市場

這是一次對於未來軍用直升機路線的一次賭博,中國同時研發兩種技術路線的難度很大,但美國已經擁有現成的兩種技術。一旦不能在規定時間拿出下一代直升機的成熟產品,就會被美國從直升機方面再次甩開技術差。


共軸直升機相比於常規直升機的確存在一定的優勢,如下:

1. 共軸直升機的機身長度普遍小於常規直升機,依賴可以節省佔地空間,因此共軸直升機經常用于海軍艦船。同時,機身的縮短會降低部分機身阻力,因此也有利於提高直升機性能。

2. 共軸直升機由於上、下旋翼反轉從而取消了尾槳設計。因此可以進一步提高直升機在懸停和前飛下的性能。

但是缺點也同樣明顯:

1. 共軸旋翼上、下旋翼之間存在氣動干擾現象,這會明顯降低旋翼的氣動效率,進而降低直升機性能。

2. 對於共軸旋翼的上、下旋翼間距較大(防止上下槳葉相撞),這一部分的槳轂在高速飛行時會產生很大的氣動阻力,進而增加高速飛行時的直升機廢阻功率,導致共軸直升機高速時的性能降低。

3. 共軸直升機槳轂的設計複雜程度明顯高於常規直升機,對槳轂結構穩定性等方面提出了更高的要求。

4.由於共軸直升機的迎角不穩定性更為嚴重,同時機身長度又小於直升機,因此共軸直升機的平尾面積明顯大於常規直升機。同時由於共軸直升機的航向控制一般依靠總距差動,因此其航向穩定性也相對較差。所以一般共軸直升機的垂尾總面積也大於常規直升機。而大平尾和大垂尾則會導致廢阻功率的增加,進而降低性能。

因此可以看出,對於共軸直升機來說(常規共軸),其優勢主要體現在節約佔地面積上,而其他的優勢和劣勢相互抵消,不會比常規直升機更高,甚至會比常規直升機更差。

然而,目前國內外直升機設計領域的研究重點仍然是共軸直升機,準確的說,共軸剛性旋翼複合直升機,其相比於常規共軸直升機相比,除了為了提高速度而增加的複合推進槳外,其主要的特點在於採用了前行槳葉概念旋翼。其特點為

1.取消了常規直升機採用的揮舞鉸,延緩了高速前飛時後行槳葉失速,增加了高速前飛時旋翼的氣動效率。

2.取消了揮舞鉸,導致旋翼在前飛時的揮舞角大大減小,進而降低了上、下旋翼間距,降低槳轂高速時的廢阻力,進一步降低高速前飛時的需用功率。

直觀的感受,採用這一構型的X2TD直升機前飛速度輕易可以超過120m/s,而常規直升機的能達到的最高速度也差不多就是這麼多。

可以看出,共軸剛性旋翼複合高速直升機的主要作用方向在於高速飛行。至於在懸停或小速度前飛狀態下的常規共軸直升機所存在的氣動干擾問題,他仍然存在。

共軸剛性旋翼直升機有沒有什麼問題嗎?

有,主要存在與結構和振動上。因為共軸剛性旋翼直升機的槳葉近似於固連到槳轂上,在飛行時槳葉的振動沒有揮舞鉸卸載,進而造成了整機振動明顯高於常規旋翼,同時也會對全機各個部件的結構壽命產生不利影響。

這種直升機在上世紀70年代就已經開始試驗,奈何當時的技術水平(主要是材料水平)不過關,所以導致項目下馬。而隨著目前材料水平和減震技術的進步,美國才開始重啟相關的研究。

嗯,就這樣。。。其實,後半段基本上就是廣告了。。。。


太高,下洗氣流乘二,旋翼有機會相互干擾。


看問題不能只看一面,要綜合著看。如果這技術真的好用,美國人會不用嗎?這又不是新技術,6/70年前的老東西了。既然人家都放棄了這種沒什麼實用價值的技術,就說明至少我有更簡單、實用,便宜技術取代你。人家已經交過學費,證明了的東西,我們就沒有必要再去交學費了。 在大概2000年之前,可以經常看到國外幾十年前就已經證明沒什麼開發價值的技術,我們國家的一些人是如獲至寶,吹的天花亂墜。光放大某一點的技術特點,其他的一概不管。 就說這技術吧,和平時期,我飛的慢一點,小心一點看不出什麼的。但戰時的戰場環境比和平時期危險十倍、百倍,飛行動作一大,都不用敵人打槍打炮發導彈,自己就已經掉下來了。那就真成了飛行棺材了。


覺得還是速度鷹的思路會成為未來中國高速直升機的選擇。


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