从两栖攻击舰上起飞的V-22“鱼鹰”
V-22“鱼鹰”倾转旋翼机,是由美国贝尔公司和波音公司联合设计制造的一款倾转旋翼机,该机不仅具备直升机的垂直升降能力,还拥有固定翼螺旋桨飞机速度快、航程远和油耗低的优点。该机最大速度可达500公里/小时,是世界上最快的旋翼机。
V-22“鱼鹰”偏转旋翼机
由于技术新颖研制难度大,V-22“鱼鹰”偏转旋翼机在试飞和服役过程中,曾发生多起事故,其中包括9起重大坠机事故,共导致37人遇难,可以说坠机阴影一直笼罩在V-22“鱼鹰”头顶挥之不去。从2007年开始服役以来,V-22“鱼鹰”又发生了7起坠机事故,其中两次是坠毁于战场,又造成15人死亡。
这一系列的坠机事故,使人们在意识中觉得这款旋翼机安全系数较低,但实际上,“鱼鹰”是一款最安全的旋翼机。
坠毁的V-22“鱼鹰”偏转旋翼机
由于美国海军陆战队装备的MV-22B“鱼鹰”主要用于执行兵员运输任务,所以该机的坠毁事故具有人员伤亡数量多的特点,这就使得伤亡数字令人触目惊心。但其实V-22“鱼鹰”在2007年服役之后,作为一种新型旋翼机的服役初期事故率并不是很高,根据美国海军提供的数字,陆战队MV-22B在2001-2011年的10年中A级事故发生率是所有旋翼机中最低的,其事故率仅相当于海军陆战队整个旋翼机机队平均事故率的一半左右,是最安全的旋翼机。而在2001-2011年间,美军在全球共损失了405架直升机,导致583人遇难,其中不到三分之一的直升机是被敌方火力击落的。
在冲绳县名护市外海迫降时坠毁的V-22“鱼鹰”偏转旋翼机
这个事实可能会让大多数人感到惊讶,原来“鱼鹰”居然比普通直升机还要安全。人们对V-22的误解,大多是因为该机作为一种耗资巨大耗时冗长的重大项目(2005年方案耗资达505亿美元,从上世纪80年代就开始研发,但到2007年才开始在美国海军陆战队中服役),因此一举一动都被曝光在放大镜下,任何失误都会被无限放大。
V-22“鱼鹰”在伊拉克和阿富汗的反恐战争中表现出色,MV-22B的战斗半径几倍于被其取代的CH-46,把兵力投送到陆上需要的时间仅是后者的一半。在执行医疗后撤任务时,“鱼鹰”能比直升机更快地把伤员送到野战医院,争取到宝贵的抢救时间。
早期人们希望翱翔天空寄希望于人类可以类似鸟一样通过挥舞翅膀产生一个向下的作用力。后来生物学家最终确认人体的结构即便“加了羽毛”也不可能飞起来。因为人的心肺功能不足以产生足够的力拉起人自身的重量。但是想要把重量"拉起“这个概念”早就出现了,从竹蜻蜓到达芬奇,人类在工业革命之前依然无法解决动力问题。
1903年,固定翼飞机出现,固定翼航空器的飞行升力源自固定在机身上的机翼。当固定翼航空器向前飞时,机翼与空气之间发生相对运动,进而产生升力。直升机的升力产生原理与机翼相似,只不过这个升力是来自于绕固定轴旋转的“旋翼”。旋翼不像飞机那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动,而是依靠自身旋转产生与空气的相对运动。某种角度而言,直升机的旋翼就是固定翼飞机的机翼。速度是旋转线速度而不是固定翼飞机的速率。
解决了垂直起降的问题,但是直升机的结构又导致其飞不快。说人的欲望是无限的,虽然解决了垂直起降,又想飞的快,于是有一种想法出现了:我先让飞机以直升机的角度垂直起降了,然后再用常规飞机的方式飞行行不行?
但是这个想法面临一个将旋翼能量转化为水平速度能量转化的问题,即——如果直升机飞起来后我们关停旋翼,此时直升机水平速度不足以产生足够的动力,容易摔下来,那么制造一个可以随时转变动力方向的动力系统的想法就出现了。
注意此时我已经说的是转变方向的动力系统,而不是旋翼了,其实不管是旋翼机还是喷气式垂直起降飞机,都面临这个问题,就是将一种垂直的作用力尽快转化为水平于地面方向的能量。因此普遍具备垂直起降功能的飞机都要安装多套系统。大家知道机械的有效率和机械做功的效率从来不是100%因此,结构越复杂越精密,其做功效率越低,其越容易出现故障。这也是所有改装矢量喷口的发动机推力都不如原无矢量喷口状态下推力的原因,何况从上图F35B的结构上可以看到其还有一个前部提供起飞能量的风扇在水平飞行时属于无用的死重。这也是F35在使用黑科技级别的发动机之后依然狗斗效能堪忧只能发挥电子优势的最重要原因。
(不使用矢量喷口或者偏转翼问题更大,死重也会更大,比如当年J6垂直起降方案)
相对而言,MV22的结构更类似于两个矢量喷口,你说这结构能不复杂么。可以说MV22和朱姆沃尔特类似,他们都是划时代的作品,其为解决人们原先未能解决的问题提供了一种新的解决方式,但是普遍来看划时代的作品都有严重的生产方面的缺陷。其实翻翻十八九世纪的科幻作品可以发现,很多其需求都已经实现,但是实现的方式都不是书中的解决方法。可以说MV22就是这种使用旧时代框架试图使用新技术解决问题的典型,当然还有更不靠谱的解决方案,比如十多年前流行的高速直升机方案。那很多更只能算是一种脑洞。
当然还有一个问题就是V22太出名了,实际上这货在服役后的事故率还好,但是人们更关注他而不是平淡无奇的S60/70系列,就像大家经常吐槽明星们这有啥缺陷那有啥不足的,但是谁能否人我们比他们强呢?按照对明星的态度评论我们常人的话,恐怕大家都别活了,属于“赶紧扔了算了”的级别。
鱼鹰的结构要兼顾固定翼和直升机两种情况,所以很多东西只能折中设计。
比起一般固定翼飞机,各种用于倾转的结构在飞行时都是死重,比起一般直升机,它的操控又不够可靠灵活。但是如果把鱼鹰理解为垂直起降运输机,还倒是个不错的平台。
鱼鹰最容易出问题的时候实在直升机状态,此时操控方式很复杂,俯仰轴依靠旋翼的周期距,横滚轴依靠变动左右旋翼总距产生升力差,方向轴依靠两幅旋翼的差动倾转。每种操控方式的灵敏度都不一样,这需要飞控对其进行调和,变得类似一般直升机操纵的感觉,使人可以驾驭。
但是实际上每种操控原理都有极限,又不太好调和。比如横向布置的旋翼使俯仰力矩偏小,不灵敏,而横滚力矩偏大,这两种操作都要靠旋翼叶片实现,本来已经困难,再加上方向轴需要用左右差动倾转控制,给旋翼控制带来更多变量。
可以说鱼鹰是在一个相对简单的结构上(简单是相对它的功能来说的)实现了很复杂的功能。试想给鱼鹰增加为四个倾转旋翼,在直升机状态就会类似现在的四轴飞行器,依靠四个旋翼升力差就可以控制了,飞控要简单很多。
V22鱼鹰从根本上改变了直升机一点吊挂的升力结构,起降时很难把持住平衡。再就是它的固定翼遮挡旋翼下行气流使固定翼下面的气流很不确定增加了驾驶难度。其实,两用飞机可以有更好的设计方案:直接使用羽毛结构的固定翼起降时翼片可以立起来便于通风。