【探索時分】美挑釁者X與俄卡-52直升機的差距

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【新唐人北京時間2023年01月11日訊】美國和俄羅斯的直升機,誰的性能更好,過去一段時間一直是大家津津樂道的話題。特別是俄羅斯的卡-52直升機,使用非常特殊的共軸雙槳,確實取得了不錯的效果。

但是,在這次烏克蘭戰爭中,卡-52直升機損失慘重。根據英國王家空軍學院的研究,超過20%的卡-52直升機在烏克蘭被擊落。我們今天就和大家來聊一聊,什麼是共軸雙槳,美國的挑釁者X直升機和俄羅斯比誰更優秀?

為什麼會有共軸雙槳出現

我小的時候看直升機的飛行,就一直有一個疑問,這直升機的尾巴上怎麼還有一個小風扇?而且它只向一個方向旋轉,它是幹什麼用的呢?

其實這個小螺旋槳,或者叫它小風扇,其實是為了平衡力矩的。一般的直升機,只有一個向上的螺旋槳旋轉提供升力。我們知道,有作用力必然有反作用力,當這個螺旋槳在向一個方向旋轉的時候,它一定會對這個直升機產生一個相反的力矩。這個力矩要平衡,怎麼辦呢?工程師們就在這個飛機的尾巴加裝了一個小的螺旋槳,專門用來平衡旋轉產生的力矩。

這帶來一個問題,就是你要平衡這個力矩。我們知道力矩是力×長度,所以為了使得你用更小的力來平衡這個力矩,你直升機的尾巴就要設計得比較長,這樣的話你才能省力氣。所以我們現在才看懂,為什麼直升機設計成這個樣,前面一個圓滾滾的身體,後面拖了一個長長的尾巴,這個尾巴上還有個小風扇,就是這麼來的。

接下來一個問題,直升機尾巴的小風扇是用來平衡力矩的,直升機頂上這個螺旋槳是提供升力的,那麼直升機是靠什麼往前飛的呢?誰給它往前的推力呢?

直升機的推力其實完完全全來自於頭上那個螺旋槳,當直升機在向前飛的時候,這個螺旋槳它可不是垂直的,它是往前傾斜的,有一定角度,所以它既提供升力又提供向前的動力。

但是,正是因為這個螺旋槳在頭頂上,而傾斜的角度是很有限的,這就導致其向前的動力是有限的。所以直升機的速度一般都不快。美國的黑鷹直升機最高時速不超過每小時300公里,這已經是很快的了。

在這樣的情況下,共軸雙槳就出現了。

卡-52飛機

●卡-52使用共軸雙槳

什麼是共軸雙槳?就是頭上有兩個螺旋槳,是同樣一個軸,但是這兩個螺旋槳是向著相反的方向旋轉,這樣,它們提供的力矩不就相互抵消了嘛?這樣的話,不就不需要尾巴上的那個小風扇來平衡力矩了嘛?既然不需要尾巴上的小風扇,直升機的尾巴就可以設計得短一點,直升機的尺寸就可以小了。這就是俄羅斯卡-52共軸雙槳的設計理念和它帶來的好處。

卡-52飛機長度要小,非常適合上軍艦。在去年的時候就傳出消息,中共將購買俄羅斯的卡-52裝備在剛剛建造的075兩棲攻擊艦上。當然這個消息到現在沒有任何跟進,我估計俄羅斯這次戰爭之後,沒有人想再買卡-52了。

●卡-52一直沒有能夠解決的問題

卡-52有一個非常大的問題,它使用的是柔性雙槳。我們看,這個螺旋槳的葉片是下垂的,並不是固定不動的,採用傳統的揮舞鉸與擺振鉸設計,也就是說旋翼在旋轉中可以在一定範圍上下左右揮舞和擺動,這就導致一個問題,就是當卡-52在做一些複雜機動的時候,這兩層螺旋槳能打在一起。打在一起不就出了事故了嘛?

卡-52的前身卡-50,就多次出現了螺旋槳打在一起的事故。1998年6月17日,一架卡-50直升機遭遇強烈的亂流,上下旋翼碰到了一起而墜毀。對於開發商卡莫夫設計局來說,這種危險的旋翼打架問題是無解的,也是現在烏克蘭戰場上很多俄羅斯直升機碰到的問題。除此之外,卡-52還有在高強度重負荷下,不規則的共振和振動問題沒有解決。

卡-52為了解決兩層葉片相互打架的問題,不得不把兩層葉片設計得間距比較大,又導致卡-52高度非常高,竟達到了5.2米。所以卡-52雖然看起來尾巴短了,但是高度高了,所以在節省空間上並沒有什麼幫助。

挑釁者X

挑釁者X讓共軸雙槳發揚光大

共軸雙槳這個概念其實非常早,在二戰後期人們就開始嘗試了,因為這個概念非常討巧,兩個螺旋槳相反的方向旋轉,相互平衡掉彼此的力矩,多好的一個設計啊,但是工程上卻有著不小的難度。

俄羅斯在二戰後在七十年代試飛了卡-27,也是共軸雙槳。美國人其實也做過不少的早期嘗試,只是覺得這樣的飛機實用性並不高,技術並不成熟,所以一直沒有投入現役使用,直到最近推出的挑釁者X。

一個特例是美國的支奴干運輸機,支奴干運輸機也是創新地使用了兩個螺旋槳,只不過不是共用一個軸,前面一個後面一個,向著相反的方向旋轉,恰好平衡掉彼此的力矩,這樣也不需要尾巴上加一個小風扇,所以支奴干作為運輸直升機,它對空間的利用率是非常高的,它的設計思路也是非常巧妙的。

卡-52雖然創造性使用了共軸雙槳,但是這樣的設計理念並沒有給卡-52帶來任何性能上的提升,除了長度稍微短一點,各種性能和美國的現役黑鷹直升機都無法相比。

卡-52巡航速度每小時只有250公里,最高速度每小時310公里,航程1,100公里,各項硬體數據來說,和普通直升機差不了太多。然而因為複雜的機械結構,和俄羅斯不過關的工藝水平,導致卡-52頻頻出現事故。

真正讓共軸雙槳發揚光大的美國西科斯基和波音聯合開發的挑釁者X直升機。該直升機是這兩家公司用來競標美國陸軍下一代直升機項目,但非常可惜,最近輸給了貝爾公司的V-280傾轉旋翼機。但是挑釁者X的性能其實非常出色。如果服役的話,將是世界上最強的直升機,因為貝爾V-280嚴格意義上不算直升機。

剛性螺旋槳解決了螺旋槳打架問題

挑釁者X使用的是剛性螺旋槳,不會存在卡-52直升機那樣螺旋槳相互打架的情況,減少了出事故的可能,同時兩層螺旋槳的間距也可以設計得更近。

比傳統直升機速度提高50%到80%

挑釁者X創造性地在直升機後部加上了一個尾槳,專門用來提供動力。這樣的話,飛機共軸雙槳不再像傳統直升機一樣需要傾斜來提供向前的動力。它就是直直地繞著向上的這個軸旋轉,只提供升力,動力交給尾槳來做。

設計思路非常巧妙。首先使用共軸雙槳,就不需要在飛機的尾巴上裝一個橫向的螺旋槳,把原本飛機上的橫向螺旋槳轉為前後方向上的螺旋槳,增加了飛機的推進來源,這就大大提高了挑釁者X的性能。它的時速能達到每小時460公里,幾乎比傳統的直升機速度提高了50%到80%。

然而非常可惜,再怎麼說,它也是直升機,它的速度無法和固定翼飛機相比,美國的V-280旋翼機,它的最高速度能達到每小時600公里。

在今年1月5日進行的飛行測試,挑釁者X就已經達到了236節的速度,也就是每小時437公里。在測試中,挑釁者X也能夠攜帶2.4噸重的多管火箭發射系統,並展示了一系列60度急轉彎的飛行能力。

加速和減速非常快

和傳統直升機相比,挑釁者X還有一大好處,就是它的加速和減速將會非常快。傳統直升機向前的動力是需要依靠傾斜巨大的槳葉,無論當你加速還是減速的時候,槳葉傾斜本身需要一個過程。這就意味著加速和減速的時間更長,而挑釁者X不存在這個問題,因為它巨大的槳葉只提供向上的動力。向前的動力全部由尾巴上的螺旋槳來提供,它可以迅速地關閉和停止,來達到減速和加速的目的。

單發動機工作模式

西科斯基和波音是美國現役飛機黑鷹的製造商,這兩個公司聯合提供了美國陸軍90%的現役直升機。挑釁者X裝備的是兩台霍尼韋爾的HTS7500發動機。這台發動機比霍尼韋爾前一代T 55發動機功率提高了42%。在測試中,挑釁者X還展示了單發動機的工作模式,即使是在有一台發動機受損的情況下,挑釁著X只需要一台發動機依然可以保持相當不錯的戰鬥狀態。

中共未來很有可能採用挑釁者X方案

在這次美國陸軍競標案中,無論是中標的V-280還是西科斯基的挑釁者X,它們其實都是為未來太平洋可能的衝突而準備的。托尼‧克拉奇菲爾德(”Tony” Crutchfield),是一名退役的美國陸軍中將,同時也是波音武器系統的副總裁,他對記者表示,在太平洋上,機動性能會非常重要,因為操控線會分散在一個廣大的區域,只有一些零散的基地和補給線,依靠的只能是一些島嶼和船隻,你必須想要移動更多的物質,在特定的環境下有更好的操縱性,而這正是挑釁者X能夠提供的。

我認為,在傳統直升機的領域,挑釁者X是全世界最好、性能最強的直升機。這種剛性共軸雙槳,加上尾槳推進的設計思路,大大提高了傳統直升機的性能,突破了限制。

只不過非常可惜,這麼好的設計產品,可能無法在現役部隊中看到了,因為它的對手貝爾V-280性能更為強大,因為V-280它不是傳統意義上的直升機。

從中我們就可以看出美國的科研實力到底有多麼強。面對傳統直升機的飛行限制,美國人給出了兩種解決方案,一種是像V-280那樣的傾轉旋翼機,另外一種就是我們今天提到的挑釁者X。無論是哪一個方案,美國人都做出來了。

無論哪一個方案,世界上任何一個其它國家,無論俄羅斯還是中共,目前都沒有技術水平做出這樣的飛機。甚至距離做出這樣的飛機都有著不小的距離。

可以說在直升機領域,美國至少領先俄羅斯和中共40年甚至更多。魚鷹傾轉旋翼機是在八十年代開始研發的,到現在已經40年了。而目前中共和俄羅斯都還沒有研發傾轉旋翼機的可能。

我個人預測,中共未來直升機發展的道路,依然將延續抄襲美國的思路,採用的很有可能是技術難度更小的挑釁者X的方案,也就是剛性共軸雙槳加上尾漿的思路。

在軍迷圈,隨著最近十年來,中共開發出了直-10、直-20等直升機,有很多人認為,中共的直升機水平已經達到甚至超過美國了,我將在接下來的一集節目,和大家詳細討論一下,中美的研發水平差距到底有多麼大。

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《探索時分》節目組製作

(責任編輯:李紅)

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