垂直起降技术简介(梁苑)

垂直起降的形式2——固定翼（倾转机翼）
倾转旋翼在直升机状态时，机翼对旋翼的下洗气流的遮挡较大，而直升机状态 是最需要把所有的推力全部发挥出来的时候。另外，由于旋翼和机翼的相对位 置和角度的变化，旋翼-机翼的气动相互作用十分复杂，在至关重要的直升机-固 定翼状态转换期间尤其如此。倾转机翼（tilt wing）的好处是较好地解决了下洗 气流的遮挡问题和发动机-机翼的相互作用问题。机翼是飞机产生升力的所在， 而机体是承重的所在，机翼和机体连接部是飞机上最吃重的部位，现在这个最 吃重的部位把所有应力全部集中到一个控制机翼倾转的铰链上，要保证最大的 可靠性，机械设计上的难度可想而知
垂直起降的形式2——固定翼（倾转旋翼）
XV—3，倾转轴起飞过程
从复合直升机，到直升-旋翼机，到可锁定的旋翼 -机翼，这是一条从直升机向固定翼飞机过渡的路 径。与此对应，当然也有一条从固定翼飞机向直
升机过渡的路径。如果能使固定翼飞机的推进装 置改变方向，就能实现垂直起落。
垂直起降的形式2——固定翼（倾转旋翼）
垂直起降飞机介绍
垂直起降的意义
• 现代固定翼飞机对跑道的要求很高，特别 是先进的喷气式战斗机，简易机场的跑道 都是高速公路等级的。对大面积、平整、 坚固的长跑道依赖已成为现代空军的致命 软肋。
• 研究像鸟儿腾飞一样具有垂直/短距起降的 飞机可以摆脱这一困境。
垂直起降的形式1——直升机
最完善、最稳定、最常 见的垂直起降方式
美国Doak VZ-4
垂直起降的形式2——固定翼（倾转涵道）
美国贝尔XV—22
垂Hale Waihona Puke 起降的形式2——固定翼（升力风扇）
垂直起降的形式2——固定翼（升力风扇）
如果不倾转涵道风扇，而是把涵 道风扇固定在机翼或机身内重心 附近，用于在垂直起落时提供升 力，在平飞的时候覆盖起来，减 少阻力，这就是升力风扇的方案 了。
新概念直升机——X形翼直升机
蜻蜓”有鸭式前翼和宽大的水平尾翼，机顶上有一字形的旋翼-机翼。在直升机状 态下，旋翼-机翼在喷气翼尖的作用下旋转，产生升力。一字形的旋翼-机翼相当于 双叶旋翼，可以用跷跷板铰链完成挥舞和领先-滞后动作，所以“蜻蜓”对非对称 升力的补偿还是常规的。“蜻蜓”的动力装置是一台涡扇发动机，从压缩机引出 高压气流，通过管路输送到旋翼-机翼的翼尖，驱动喷气翼尖。由于喷气翼尖不产 生反扭力，“蜻蜓”没有尾桨。达到一定的平飞速度后，鸭翼和平尾产生足够的 升力，旋翼-机翼锁住，作为固定的机翼，飞机转入固定翼状态。
垂直起降的形式2——固定翼（倾转机身）
垂直起降的形式2——固定翼（倾转涵道）
如果把螺旋桨用涵道包覆起来，变成涵 道螺旋桨（ducted fan），初看和普通螺 旋桨没有太大两样，但是涵道内外的气 流有速度差，在贝努力原理的作用下， 涵道内的高度气流可以拖动涵道外的低 速气流，可以产生比涵道内气流流动多 至 50% 的额外推力。涵道本身在平飞状 态也产生升力，这时圆形的涵道实际上 就构成了环形机翼。倾转涵道风扇（tilt ducted fan）具有和倾转螺旋桨一样的优 缺点，不过在涵道风扇在倾转过程中， 唇部的迎角不断变化，倾转到一定程度 时会引起失速，改变飞机的升力分布， 带来一定的飞行控制上的困难，同时造 成风扇进气的紊乱，
Ryan 92 VZ-3 是采用升力襟翼的先驱
垂直起降的形式2——固定翼（吹气襟翼）
Fairchild 224 VZ-5 更进一步，前机身有一个自然的 30 度上 仰，进一步增强增升效果，T 形尾顶端后有一个小螺旋桨， 用于悬停是辅佐姿态控制
倾转旋翼在理论上可以通过控制左右 发动机的推力来控制横滚，用旋翼的 前后转动来控制俯仰，偏航比较难办， 可以用旋翼下洗气流作用在机翼的襟 翼上，辅以一定的横滚作用来实现。 但事实上，增减发动机推力的灵敏度 不够，反映不够快，控制量也不够精 细。用机电控制倾转旋翼来实现俯仰 控制，灵敏度问题更大，无法适应恶 劣天气时的飞行要求。实用化的倾转 旋翼的 V-22（及其前身 XV-15）都是 采用直升机桨叶，即保留了全套直升 机的总距和周期距控制，而不是只可 以调节桨距的螺旋桨，所以直升机状 态的 V-22 的操控和直升机无异。在 以螺旋桨-旋翼为基础的垂直/短距起 落飞机中，倾转旋翼是最成熟的方案。
• 可以垂直起落，还可以 悬停、侧飞、倒飞、原 地转弯
旋翼机械结构复杂、可 靠性低于固定翼飞机
• 载荷、航程、速度均弱 于固定翼飞机
复合直升机
“速度鹰” （Speed Hawk）， 用 UH-60 的机体和主要机械系统作基础，研制的 “推力转向涵道推进”（Variable Thrust Duct Propeller）研究机
垂直起降的形式2——固定翼（倾转机翼）
早期发展得最远的倾转机翼 XC-142
垂直起降的形式2——固定翼
意大利 Agusta 推出的 ERICA 计划，ERICA 的机翼外翼 段倾转，使其介于倾转旋翼和倾转机翼之间。
垂直起降的形式2——固定翼（倾转机身）
倾转机身，安装在机身上的 发动机的推力产生向下的升 力分量，产生直接升力。但 这只是一部分，推力气流从 地面的反射要是利用好的话， 可以大大强化升力， Freewing 就是靠直接升力和 地面效应极大地增加起飞过 程中的升力的。升空后，前 后机身拉直，像普通飞机一 样飞行。不过Freewing 很难 做到垂直起落，只能短距起 落。
垂直起降的形式2——固定翼（升力风扇）
XV-5 垂直起落研究机， 机翼上的盖板可以打开， 暴露出机翼内的升力风 扇 / XV-5 在悬停中，可 以看到机翼上向上折起 的风扇盖板，机翼下表 面另有百叶窗式的盖板
垂直起降的形式2——固定翼（吹气襟翼）
倾转发动机、倾转机翼、倾 转机身都太兴师动众，不是 只要把推力矢量转一个向就 成了吗？这就是推力偏转 （deflected slipstream，也称 升力襟翼，因为特大的襟翼 是垂直起落升力的主要来源） 的概念。实现起来，把特大 号的襟翼放下来，螺旋桨或 喷气发动机对着猛吹，襟翼 就把推力矢量向下偏转。