爱吱声

标题: 垂直起落之路上的匪夷所思（五） [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2024-10-30 05:11
标题: 垂直起落之路上的匪夷所思（五）
本帖最后由 晨枫 于 2024-10-29 19:46 编辑
; K& G! C5 |4 o" H* N+ R, _7 X* ~7 R$ x4 f( X
还有一些比较特别的设计，不大好归类，统统放到这里。; R9 C& ?2 s5 r% Y0 |$ g! T

4 c4 K0 d1 s0 `+ K  c# j$ S2 Z
( E4 Q7 ~  f9 K& P6 i4 `贝尔X-22采用“四立柱”的涵道风扇0 ]% Y# j9 d  c/ Q6 C
: _. y7 Y! A# K1 ^# a
贝尔在直升机世界里是巨头，从一开始就在垂直起落方面深耕，1966年首飞的X-22曾经是很有潜力的方案。
. G2 x) J+ ?$ ]  J: b1 e1 ?- u1 _% V* s9 n5 ~$ U' @; f4 N' U* D6 }
这显然是现代多旋翼无人机的先驱，而且采用涵道风扇。
( f$ a6 u6 X* G, j1 |# A. C( ]& v  k, }5 I
四个涵道风扇显然对应于“四立柱”，由于采用四台分别的发动机，横距和纵距问题都容易解决。当然，代价是交联驱动轴，前后、左右涵道风扇都用同步轴联动，每台发动机都能提供30%的额外功率，所以任一发动机故障的话，其余发动机可以接过，保证安全。当然，这样的同步轴意味着重量、机械复杂性和功率损耗。  V& ?' }2 ]; r/ X7 v9 ?6 J
; H0 w5 @* E5 d! C& O$ W
现在多旋翼无人机不再用同步轴，主要是因为无人机没有那么高的安全性要求。不同步只是飞行时有点摇摇晃晃，无大碍。但换成载人的话，这点摇摇晃晃就不只是不舒适的问题，可能飞行员直接被晃晕了，没法安全操纵。最不济，一台电动机故障，无人机失控，摔了自认倒霉，但没有太大的问题。多旋翼如果推广到载人，要么极大增加旋翼-电动机数量，八旋翼起跳，甚至更多，要么也采用机械的同步轴，那分布式电动驱动的优点就抵消了。( l7 j+ }, t3 H/ [% e4 \

. v+ A3 M3 o8 X6 I0 s/ C对于X-22来说，涵道风扇也是领先时代的。& W% E3 {/ J# |& l1 k

4 \' z# s5 D% s. t8 c+ O与开放旋翼相比，涵道风扇的推进效率更高。旋翼翼尖和机翼翼尖一样，有翼尖涡流损失损失。对于机翼来说，下表面压力高，上表面压力低，这本来是产生升力的关键，但在翼尖处，气往低压流，气流会横着绕过来，向上表面流动，形成涡流。这部分能量既不产生升力，也不产生推力，所以是损失，等效为阻力。旋翼也一样，在翼尖有径向绕过来的涡流损失。说起来，这也是涡流环，但和一般说的速降中形成的涡流环不一样，不要混淆。3 r4 @1 }1 F/ q& p

7 r& M! q& x/ t8 H$ l6 p/ c要降低翼尖损失，飞机用翼梢小翼，旋翼就用涵道。翼梢小翼增加重量和阻力，使用与否是个权衡问题。涵道的重量和阻力可是大得多了。一般说来，只有在旋翼直径无法加大而升力或者推力还是不够的时候，才采用涵道。在飞机上，在船上，都是这样。涵道壁还有阻隔噪声的作用，但这是次要的。
6 u+ q! ]( f* v! d, g. t" U4 }2 }- m) f, ?
在X-22上，降低旋翼直径正是采用涵道风扇的原因，否则就大而无当了。更重要的是，涵道风扇转过来，从升力风扇转变为推进风扇的时候，涵道本身起环形翼的作用，增加升力。3 |+ J& G/ `. d6 Q0 V2 o9 V

) ~  {. R; X- n( L/ X' e7 @不过X-22最后还是因为性能达不到要求，尤其是垂直起飞重量，而速度没有比直升机高多少，下马了。本来这是美国陆军“空中吉普”的候选。
3 u. d0 \( B* _9 N* }8 G0 m  L9 @' V" |
无数垂直起落设计或者构想中采用涵道风扇，最后都是栽在重量和阻力上，还有同步轴。
  }6 K. R+ Z- H, S6 G9 X( @" O; k1 S+ P' B+ H: k) C
另一方面，现在人们对倾转旋翼已经熟悉，实际上还有倾转机翼。发动机和旋翼相对于机翼是固定的，但整个机翼一起倾转。  j1 Z' K2 r* ]0 Q! Z8 r* D

! S( X/ o$ x3 _% @: D& d
# A7 b) }( I/ z9 r$ HLTV XC-142差点投产了/ s; v; W7 T+ u

# o! s) t6 ?( G1 n9 W9 q4 w" B
8 N7 O9 h. `6 o* f5 m在无人机时代，倾转机翼重新流行起来，因为只需要一套倾转机构) X+ v% Z+ S# e2 \  c& @

7 ?+ W. P0 j3 ]1 B) M0 D  e
2 p% U" B& `* `7 M2 {2 P采用分布式多旋翼的话，尤其适合倾转机翼
' M/ T. U- l/ G) H2 R& \8 b  r3 Q# F! R5 ]* O6 j3 I: g1 K* A
倾转机翼和倾转旋翼的特点相近，实际上更加适合垂直起落和悬停，因为“下洗阻力”小。但在短距起落状态，接近竖立的机翼像门板一样，阻力极大，而且容易失速。不过在无人机时代，倾转机翼反而比倾转旋翼更加简单：只有一个倾转机构，而不像倾转旋翼，每一个旋翼都需要一个倾转机构。# K- {/ a' N5 L" V" m7 Y% f
) j- S3 @8 x# v2 V. D& O
对于分布式推进来说，倾转机翼尤其适合。分布式推进将推进力沿翼展均匀分布，使得推进气流不再集中在少数几个推进器（螺旋桨或者喷气口）附近，大大改善整个机翼的升力效率和受力分布。这要是也用倾转旋翼的话，沿着机翼翼展需要很多倾转机构不说，还需要很多开口，影响结构强度和重量。倾转机翼就省事多了，只需要在机翼-机体结合部一套倾转机构就成。1 l& v+ V& S1 J

# k0 h3 `; b& f; v0 O1 B5 M/ V# j; m9 H3 T
引射（ejection）利用文丘里管的远离，用少量高压流体的高速流动在喉部产生负压，抽动大量低压流体，极大增加流体总流量，增加推力1 q! F# l/ h( w$ B+ w8 A; o& n
- y7 G- t& A8 n" {0 B
3 ]) W1 Z% h' Q
罗克韦尔XFV-12基于引射原理，用发动喷流拉动环境空气，产生增升
" ]) ?0 c6 [( W# V* j$ h  B) _
. R( Y0 ~: J0 F
! E! j) {1 N1 A. c  Q- N在原理验证时，效果很鼓舞，但到了实际飞机研制出来、开始试验的时候，发现引射增升根本达不到预期，对环境空气的条件太敏感，再增加引射口也无济于事1 n7 D% p4 c( J4 W; n& T
+ L) }+ n: O  `" @/ m6 G- H
2 @+ j9 Y- \5 l4 y  p6 x: |
在陆地上使用的话，尘土、树叶被吸入，更是问题) P" z$ \( z% w6 R* y8 f0 G
' |  }$ V3 m7 r: {
1 k# S7 A! W, x$ R6 g' D
这本来要成为朱姆沃尔特的“制海舰”的舰载战斗机，这下黄了, O1 U0 l" u: v" k! C

) y8 c+ m) J* m  J! U7 I$ s3 ?1 V# I/ Y
洛克希德XV-4也用引射增升，以差不多的理由下马了
9 n! N. i$ K4 X, _2 g7 L: i8 _
% H2 d0 k/ O4 l  }但是美国海军还没有放弃制海舰的想法，在80年代战斗机推重比已经超过1的时代，试图用类似直立起飞的办法，用“起竖式舷侧平台”作为发射架，让战斗机靠自己的动力直接升空，降落还是需要拦阻索。但起飞准备时间很长，起飞重量和垂直起飞一样，很受限制。战斗机推重比超过1.0是指在正常起飞重量下。海上出动尤其强调航程和载弹量，需要以最大起飞重量起飞，还是不行。7 ]5 Y( Q( y5 @1 A0 B" L

& n8 [4 h; j) L" ]- R; U7 V) F( Z
紧接着美国海军推出直立起飞、拦阻索降落的思路
! B3 y& O8 _4 _0 T! K; l$ n% X' f" n# q% {6 p# S
另一个思路是“天钩”。4 f# O  X+ h0 B6 \# a( r
* w  ~# [7 d$ e: f8 y7 Y. X
在“鹞”式初步上舰的时候，人们以为可以像直升机一样运作，只要直升机甲板面积够用就行。后来发现，临时用用可以，常年出动不行。甲板摇晃、喷流烧灼都是问题。这也是“阿波罗”和“联盟”号在轨道上对接的时代，于是有设想用起重机将“鹞”式吊到舷侧海面上空，再发动机点火。这就没有喷流烧灼问题；起重机吊臂也可以在空中三轴稳定，相对于飞机的位置反而稳定。飞机产生足够升力后，起重机脱钩，飞机飞走。
) ]; h7 h$ N; T9 n
) P9 m+ D& Z/ A' p# }回收时反过来，飞机首先与起重机吊钩对接，然后发动机关机，起重机把飞机吊回甲板。
7 n4 O1 s$ X9 {1 R3 g
2 `( z- {1 L) G- I! N# u- f8 q* Q5 `) s. ~
天钩将“鹞”式的垂直起落吊离甲板，消除对舰船的影响
4 l3 h; x8 Z9 Z7 C$ F9 B5 g" \  }5 i, D2 X7 d" ^% d
9 ?% K3 L* N7 h: ?
预期4000吨以上的驱逐舰就能改装，实际上7000吨以上更好，极大增加海上航空力量的建设成本和部署灵活性4 J- |. P' o, v+ h

* K, S/ K0 i4 N" Y& ^1 g3 w1 v7 M4 r4 M( `6 [
这是真的试验过的; n$ O) W: E0 `. {7 `! y% i$ ?

* w) P- i- p2 r# r但“天钩”最后放弃了。对接是高难度的，偶尔为之可以，不宜作为日常运作。垂直起飞、着陆和悬停对重量的限制还是绕不过去，还是老老实实走STOVL航母的路。
作者: 五月    时间: 2024-10-30 09:00

$ R% _4 y" O$ L7 h: Y都怪讨厌的重力。
; e. f# @8 K" g+ W- s  \. g1 `; s/ c( b6 r7 G- U8 Z  v) O) |" i




欢迎光临 爱吱声 (http://129.226.69.186/bbs/) Powered by Discuz! X3.2