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十博体育网站:中国与美国在载人多旋翼飞机领域的发展

日期:2022-07-27 12:00:00来源:十博体育网页版 作者:十博体育在线登录

  前段时间看了美国Kitty Hawk公司Heaviside电动飞机试飞视频,开始思考美国与我国在载人多旋翼飞机(本文指的是拥有两个以上旋翼的飞机)领域的发展。我将从民用领域和军用领域,整理载人多旋翼飞机的发展历史与现状。

  美国现在试验中的产品有很多,Heavisid是第四个获得美军试航批准的eVTOL,前三家分别是Joby Aviation、Beta Technologies、Lift Aircraft,这四家公司的产品都采用了多旋翼。无疑美国已经在电动载人垂直起降飞机领域走在了金子塔尖。

  上面提到的四家公司都是美国民用航空领域的初创企业,均受到资本的眷顾,可见美国民间的创新动力之强。

  Heavisid目前只能运送一个人,也可以远程驾驶,并且具有许多自主功能。

  在2021 年 12 月13 日至 17 日的飞行测试中美国空军也有参与,第370飞行测试中队的空军预备役飞行员 Terrence McKenna代表Afwerx参加了此飞行测试。Afwerx是美国空军的一个技术加速器,旨在探索有朝一日可能被纳入军队的一系列技术。

  Kitty Hawks宣称Heaviside这架飞机的时速为 180 英里/小时,当在离地至少1,500英尺的高度飞行时,Heaviside 非常安静,噪音仅为35分贝,比安静约直升机安静约 100 倍。

  Afwerx指出,Heaviside的潜在军事用途包括运送伤员、从敌后撤离、运送货物或急救等领域。军方可以用不需要跑道起飞的电动飞机来增加或替换其现有的直升机部队。

  我国在民用eVTOL领域也有不错的进展,比较出名的有小鹏汽车的旅航者X2和旅行者T1等概念产品。

  根据小鹏汽车介绍,旅航者X2空机重量360kg,最大起飞重量为560kg,官方称其续航时间为35分钟,最大飞行速度可达130km/h。尺寸大小接近汽车,可以在普通停车位上垂直起降,小鹏汽车已经进行了一万次的试飞测试。

  可以看出在两国的民用载人多旋翼飞机领域,主要探索的方向是纯电动力,解决短途载人运输问题。电动机的优势在于各电动机同步控制能力强,没有复杂的机械传动,维护更加便捷也更安静,最主要的是节能,因此在民用领域备受亲耐。

  1960年3月,柯蒂斯-赖特公司开发了X-100,从X-100开发了更大的X-200,美国空军订购了两架原型机,命名为X-19A。

  X-19 有前后两副机翼。每个机翼都安装了两个4m的螺旋桨,可以旋转90度,使飞机能够像直升机一样起降。螺旋桨由安装在机身上的双涡轮轴发动机驱动。

  1964 年,贝尔公司 D2127 原型机被海军订购,并获得 X-22 的编号。该型机将三叶螺旋桨安装在四个机翼上,并通过系统同步连接到四台喷气式发动机,这些喷气式发动机又成对安装在后机翼根部。

  1964年9月29日,XC-142A首飞。该机安装有4台通用电气T64-GE-1涡轴发动机,单台功率2125千瓦。每台驱动一副4.7M直径的四叶玻璃纤维旋翼。为了在悬停中进行俯仰控制,该机还在尾椎上安装了一副三叶水平尾桨。该机据称可以运输3吨货物或32名士兵具有较强运输能力。

  五架原型机从1966年开始进行了大量的外场测试,其中四架都在试飞中损坏,导致三人死亡。由于无法解决的适航性和安全性问题,X-142A项目最终被放弃,把未来留给了倾转旋翼机。

  以上几个项目均因技术问题未能量产,但是其积累的技术,是后来V22、V280倾斜旋翼机发展的基础。

  在V22之后,贝尔直升机公司和波音公司又联合开发基于 V-22 鱼鹰技术的四旋翼衍生产品。它的货运能力大致相当于C-130 运输机,能以 250 节的速度巡航,并能像直升机一样垂直起降。美国在尝到V22的甜头之后,一直努力扩展其倾斜旋翼机部队的能力,无奈技术障碍还是让此项目无疾而终。

  X-57是美国宇航局最新项目之一,它是一架全电动飞机,旨在验证低能耗、低排放、低噪音技术。该实验机采用意大利Tecnam P2006T,将原有的发动机和机翼拆除,更换为分布式电力推进(DEP) 机翼,每个机翼都包含多个电动螺旋桨。测试初期阶段使用拥有18台电动引擎的机翼,最后阶段增加DEP 电机和折叠螺旋桨以验证增升技术。

  早在2013年9月的天津直博会上,就有“蓝鲸”旋翼机概念模型披露。该款旋翼机采用了四旋翼倾转翼技术,外形与美国当年的V-44方案类似。“蓝鲸”的重载达到20吨,巡航速度达538公里/时,航程3106公里,使用升限8615米,作战半径大于815公里。目前项目进展没有更多信息透露。

  2019年10月10日天津直博会,航空工业集团展区,展示了一款装备了16个螺旋桨的飞行器。展板显示这是一款电驱动多桨倾转高速旋翼飞行器,两对机翼上对称安装的16个电驱动旋翼中的12个用于垂直起降,高速前飞时折叠收藏。

  用于提供前飞动力与低速姿态控制的4个电驱动螺旋桨分布于前后机翼翼尖处。但是从图片看,其背部有发动机进气道,不排除实际采用的是一种混合动力组合。

  该机具有三大技术特点:倾转机翼设计,可垂直起降与高速前飞;旋翼与螺旋桨分类设计,兼顾垂直起降起飞和高速前飞性能;采用电驱动方式,维护便捷。

  根据现场公开的资料显示,该机能实现600千米/小时以上的飞行速度,比目前美国V-22倾转旋翼机的509千米/小时和V-280的504千米/小时的最大飞行速度都要快不少。

  在2021年5月19日江西卫视报道了省委书记刘奇参加江西景德镇航空工业直升机设计研究所,其中曝光了三种新概念直升机,其中一种为多旋翼机,该概念机拥有2对机翼, 12台发动机,每个螺旋桨都可以折叠桨叶,螺旋桨采用三叶设计,机身后部还有两立发动机。

  通过以上机型可以看出民用多旋翼载人飞机多以电能驱动为主,军用型号基本还是化石能源,部分采用电能或混合动力。可见电驱动的优势在于节能、安静、结构简单,但功率低、续航短的劣势在军用领域则是致命的,因此军用领域还是以化石能源为主。

  目前来看不论是在民用还是军用领域,美国都全面领先。特别是军用领域美国已经试飞多款验证机,我们这些年才开始发力,而且还停留在研发阶段,还未有原型机试飞。从已公开的信息看,我们不乏先进的理念以及创新型的设计,期待尽快看到原型机试飞的那天。

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