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本帖最后由 晨枫 于 2021-5-31 15:12 编辑
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近来流传一张新型直升机的图片，总体外观与直-20相似，但有很多重要的不同之处：& S9 V2 V- i, `$ B5 V% q
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神秘的新型直升机
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$ v" s- p1 ?* N# {具有明显的直-20的影响，但又有很多不同 G+ x! {. P$ B
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直-20是中国直升机科技的重要里程碑。直-9在80年代引进的时候是先进的，但并不适宜作为主流中型运输直升机的基础，这不是工程放大的问题，而是旋翼技术、涵道尾桨的问题，法国也是到NH90年代才攻克中型运直的。直-10也走了一些弯路。
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直-20不是西科斯基UH-60“黑鹰”的翻版，但对标，受到的影响还是很显然的。美国正在进行“黑鹰”家族（包括海军的“海鹰”和空军的“铺路鹰”）换发，新发动机的功率更大、耗油更低、可靠性和寿命更好。美国正在推动FVL计划，研制下一代运直，但换发后的“黑鹰”家族还将用几十年。中国是后来者，先赶上、再超过是正常操作。
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* d9 T; x% p) H9 @4 p3 \直-20作为基本中型运直是合适的，但没有什么隐身考虑。图片上的新型运直就显然有很多隐身考虑了。机体的隐身修型是最显然的特征，封闭式桨毂罩是另一个。尾桨桨毂看不到，估计也有类似的桨毂罩。, r- a; u6 D0 h+ z, e
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但直升机以超低空运作为主，红外隐身和降噪比雷达隐身更重要，这里，新型运直就展示亮点了。: y& M) v. m0 `$ G7 Z. M4 P5 h8 }
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直升机的噪声很复杂，但噪声强度是一个问题，噪声频率是另一个问题。人类对高频噪声更加敏感，所以阻挡发动机发动机的噪声外传很重要，最后采取的措施也和降低发动机排气红外特征相同。8 ~2 z' Q; `/ c
& M: ~! }4 r0 E$ M直升机速度低，蒙皮气动加热本来就较少，在旋翼下洗气流冲刷下，更是很快消散。发动机喷流才是最大的红外源。要达到红外隐身，首先要避免可以从远距离上直视发动机热端，也就是说，不宜采用直接向后喷气的直喷口。采用45度向外的喷口可以缓解一下，90度效果更好，但喷口依然炽热，形成强烈的红外特征。采用引射冷却，用喷流的能量吸入环境空气，混合降温后排出，可以显著降低红外特征。但“科曼奇”采用尾撑侧下条状排气孔，除了在正下方，基本上避免直视，大大改善了红外隐身，而且发动机噪声基本上听不见了。
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7 t/ u% Y; b2 a% ?/ e早期直升机没有什么讲究，发动机喷口直接向后，还能提供聊胜于无的推力，但从远距离上就可直视发动机热端，红外特征强烈 C$ ?8 U! |6 a3 _: \
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9 ]6 h( t5 h- W! u- Z V0 r早期“黑鹰”稍好一点，但相差不多' W8 _) k0 m; q6 ^
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/ b" b1 H% Q# h! J( r/ hNH-90的喷口90度向外，红外隐身要好很多
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后期型号转向上，避免地面直视，还强化旋翼下洗气流的吹散作用，但喷口背压提高，发动机效率受到影响/ q) {) a4 S7 v5 X: v" [' x, |
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H-160的喷口向外转45度，效果介于直接向后与90度向外之间。H-160是民用的，红外隐身不是重点，降低外传的发动机噪音的考虑更多0 g4 G' Q# i2 ]3 j. I+ i
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5 b' w6 N6 h w8 U! K. mA-109向外、向上各转45度，效果比H-160更好
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“黑鹰”后来加装排气冷却装置，降低红外特征，也适当降低直视) ^' w9 I* _. Z. S5 M8 D) f
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8 A- n) D, a% l0 \9 g空军敌后搜救用的MH/HH-60具有更加复杂的喷气冷却装置/ ~$ F0 {( E1 n5 a1 [
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4 {2 ~. P$ n2 x+ i排气经冷却后从尾撑两侧百叶窗口排出，因为排气温度大大降低，直视的问题大大淡化
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6 l$ {+ m) i. ?从3D模型可以看到冷却空气进气口: o( e2 r/ B/ M
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. Q3 Q) u0 o+ @& t' e# t' ?号称第一代隐身直升机的RAH-66“科曼奇”粗看看不到排气口，完全避免了直视问题
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$ ~$ L( C1 F! D实际上条状排气口在尾撑两侧的侧下6 n* ]% F' u& r: W
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比照中国的新型运直，不仅机体隐身修型和桨毂罩与“科曼奇”相似，尾撑上还有两排进气孔。这起到与MH/HH-60冷却装置一样的作用，但在设计上优美得多。
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“科曼奇”的条状排气口避免了对喷口的直视问题，但炽热排气在尾撑结构里流动，对结构防热要求很高，增加重量。而且没有与环境空气的混合冷却，排气降温完全靠喷出喷口后的混合。+ b' }) b% y% r2 U# `
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相比之下，中国新型运直不仅保留了“科曼奇”尾撑排气口与气动外形整合良好的优点，还用尾撑上表面进气孔吸入旋翼下洗气流，降低尾撑内的温度，降低结构防热要求，同时降低排气温度，红外隐身能力达到世界最先进水平。发动机噪声应该和 “科曼奇”一样，听不到了。) e$ o9 G8 T0 f) u/ o
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另外，尾撑对旋翼下洗气流是有遮挡作用的，造成旋翼升力损失。隐身修型要求加宽尾撑，才能形成必要的倒五边或者六边形截面，进一步增加升力损失。尾撑上的进排气孔开辟了下洗气流的流道，降低了升力损失。3 g0 H! h" t; R5 \
: V2 j/ ~2 j8 q6 k8 V3 U1 e3 X7 C要是与NOTAR原理相结合，还可降低尾桨的出力。NOTAR就是很直白的No Tail Rotor，就是无尾桨的意思，降噪作用十分明显。
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NOTAR就是没有尾桨的意思' {: Y! y9 x& r2 V/ c
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: B3 S4 c( P: N8 t! J9 ]5 n“5”所示的转动喷口只产生1/3的反扭力，2/3由尾撑的引射效应产生' V' y- R$ Y4 p7 B D/ ?
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大部分直升机事故由尾桨挂碰或者失效造成。尾桨失效的话，直升机就立刻失控了，原地打转转中，自旋着陆都极易失事。直升机在林地、建筑物之间运作的话，尾桨要是挂住障碍物，飞行员连反应的时间都没有，基本上是注定机毁人亡。
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) K# U$ W: c5 s/ r% I尾桨也是噪声源的重要部份。尾桨要产生和主旋翼相同的扭力，出力小不了。但为了最大限度地降低尾桨尺寸，以降低重量和阻力，尾桨的转速必然要提高，产生的高频噪声成为主观感受噪声的主要来源。- \: y8 N5 v: G& C8 h: b
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NOTAR取消了尾桨，用发动机通过齿轮带动的压气机（“2”）产生高压气流注入尾撑，大部分通过尾撑侧面很窄的条状喷口（“7”）高速喷出，在尾撑表面形成引射效应，带动环境气流加速，通过左低右高的气流速度差形成向右的反扭力，这与机翼产生升力的机制有很大的相似之处。引射作用提供反扭力的2/3，尾撑末端可转动的喷口进一步提供其余1/3的反扭力，还可用于姿态控制。
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' q j7 k! |4 }4 }/ n6 y: B. ^直接用发动机喷气在理论上可以，但需要增加尾撑内的防热结构，不再通畅的排气通道也提高发动机背压，降低发动机效率和出力，实际上并无优点。
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NOTAR不仅安全，噪音还特别低。问题是压气机“吃”功率，而且高速前飞时后洗气流与引射气流互相干扰，降低反扭力的出力，实际上用H形尾翼（“4”）在提供反扭力了。这使得在不同飞行阶段、速度条件下的直升机操控都不一样，增加操控复杂性。/ a% x& A4 B" p. l2 j1 C1 [
$ }* D1 S$ S1 ^& M8 r& f6 K1 b3 k但中国新型运直如果在设计时就有所考虑，可以在尾撑内部下洗气流流道设计中形成一点引射反扭力，为尾桨减负，降低尾桨的动力消耗和噪声，但依然保留尾桨，降低操控上的复杂性，也避免额外的NOTAR压气机的功率消耗。
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直-10的尾桨是剪刀形，或者说是背对背的V形' @3 ?; i! H) V5 ~+ Q/ V! ^5 h
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' ?$ ]0 m O* [" [- c* [* p. A直-20则是更加简单的十字形* F* q, N3 y O
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新型运直的尾桨看不清，但估计是和直-10一样的剪刀式，而不是直-20的十字式。十字式比较简单，但产生均匀的高频噪声。四叶的剪刀式可粗略地看作双叶，噪声频率降低（实际上是低频与弱化的高频的叠加），主观感受噪声有显著降低。2 F' j9 r- p. c/ g
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主旋翼的叶尖有明显的后掠，推迟激波产生，可在同样噪声水平下提高转速，增加出力；或者在同样转速和出力情况下降低噪声。桨叶较软、下垂明显是在同样的技术条件下，容许增加出力的需要。这意味着新型运直可能配备了功率更大的发动机。6 ^ T. J; x$ i" e8 X' `8 y. O
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据报道，在击毙本拉登作战中，美国出动了“隐身黑鹰”，但坠毁飞机主体被炸毁，只有剩下的尾桨结构还算完好$ {) t8 z9 W7 c
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“隐身黑鹰”的想象图
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0 M- W& {" Y; e2 `中国的新型运直对标“隐身黑鹰”吗？会大量装备，还是只用于特种部队？这就要等更多信息的公开了。
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发表于 2021-6-1 15:59:02
