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摘要：本文重点就高速直升机技术现状进行了分析，并针对未来高速直升机技术的发展趋势进行了展望。
关键词：高速直升机技术；现状；发展趋势
一、直升机技术现状分析
直升机是人类研制的仿生机械中最成功的发明之一，以其突出的悬停、低空低速和良好的机动性能，在世界各国经济建设、人们日常生活及现代战争中发挥了不可替代的重要作用。然而，常规的单旋翼带尾桨直升机受自身构型的影响，在大速度平飞时前行桨叶接近声速，后行桨叶出现反流区，带来旋翼升力降低、阻力及功率需求激增，因此，常规构型直升机的最大速度与航程等性能指标难以提升，飞行效率受到诸多限制。早期直升机到现代直升机的速度范围，可以看出目前常规构型直升机的最大平飞速度接近310km/h，要突破350km/h（桨尖马赫数超过0.92）的平飞速度仍然十分困难。
经历几十年的发展，虽然直升机取得了长足的进步，但世界各国一直在探索突破直升机速度限制的新构型和新概念，研究提升直升机速度的不同方法和途径。尤其近年来，随着X2，X3等新构型技术验证机连续突破直升机的速度限制，以400km/h以上的高速为典型特征的下一代商升机“呼之欲出”，高速直升机技术已成为新一代直升机装备和产品的技术制高点，世界各国在相应领域的技术竞争也到达了白热化阶段。
二、高速直升机研究进展
2.1复合式
目前较成功的复合式高速旋翼机构型有空客直升机公司的X3构型和美国西科斯基公司的X2构型。X3构型复合式高速旋翼机解决了，因“旋翼前倾导致阻力大，升力不够”而限制飞行速度的问题，并通过降低旋翼速度来推迟大速度前飞时前行侧激波的出现，巡航速度最高达到了430km/h，显著高于常规直升机。但是旋翼转速的降低会引起后行侧剖面速度减小，为满足升力平衡需要增加迎角，后行侧桨叶易出现失速；并且机翼的存在会导致横滚转动惯量变大，横滚机动能力下降，无法满足武装直升机机动作战使用要求。
西科斯基公司X2构型的主要特点是采用ABC旋翼（即前行桨叶概念），基于共轴刚性反转的旋翼系统，保证了直升机固有的悬停和低速性能，在高速状态，后行桨叶被卸载，前行桨叶的升力能力得到最大程度的利用。X2构型复合式高速直升机发展之初，暴露了振动载荷大、操纵难、桨毂阻力大、高速经济性差等缺点，经过近40年的技术发展，振动水平已由最初的0.3降到了目前的0.1以下。解决了纵向操纵不足的问题，操纵功效达到普通直升机的3倍，桨毂阻力由全机的50%持续降低，最大巡航速度达到了463km/h。目前，西科斯基公司的S-97复合式高速直升机已进入型号研制阶段。
2.2倾转式
倾转旋翼机技术的发展目前处于第三阶段，即发展阶段。美国和欧洲正在发展第3代倾转旋翼机。其中，贝尔直升机公司在美国陆军“联合多用途旋翼机（JMR）”项目中推出了下一代倾转旋翼机V-280的研究计划。V-280在V-22倾转旋翼机的基础上进行了技术升级，提升了低速飞行的机动性，并进一步提高运输效率和航程，是具备运输型和攻击型的倾转旋翼机平台。波音公司在美国国防部的“垂直起降试验飞机（VTOLX-Plane）”项目中提出了“幽灵雨燕”（PhantomSwift）倾转旋翼机方案。欧洲直升机公司联合实施了总质量为10T级、20座的“埃瑞卡（ERICA）”倾转旋翼机研究方案，并向欧洲第五框架研究计划寻求经费支持，该方案旨在进一步提升倾转旋翼机的效率。
2.3停转式
可停转旋翼直升机也拥有旋翼和固定翼两种飞行模式，主要形式有旋翼锁式和盘翼式。旋翼锁定式最大的特征就是有一副既可以高速旋转作为旋翼，又可以锁定作为固定翼的主旋翼。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以旋翼模式飞行时，旋翼的高速旋转使得其能够像普通直升机一样垂直起降和低速飞行；当旋翼锁定作为固定翼时，飞机以固定翼模式飞行，彻底解除了旋翼旋转引起的气流不对称对直升机飞行速度的限制，从而能够进行高速飞行。美国X-50A“蜻蜓（Dragon-fly）”鸭式旋翼/机翼飞行器是可停转旋翼直升机的最新发展代表，其特点是具有较大尺寸的鸭翼和水平尾翼，去除尾桨，在过渡飞行时鸭翼和水平尾翼提供平飞所需升力从而使得旋翼/机翼完全卸载并停转锁定。这种独特的布局给飞行控制带来了很大挑战，导致其首架验证机直到2003年底才首飞，比原计划拖后了一年多，然而2次短暂的悬停试飞后就因为此类布局固有的交叉耦合控制问题而坠毁。第二架试验机对功率控制和飞行控制进行了针对性的改进后，于2005年11月进行首飞，2006年4月再次坠毁，坠毁原因是飞行控制系统在低速时的控制权限不够。此次事故使X-50A“蜻蜓”项目陷入了无机可用的境地并直接导致当年项目终止。
另一种可停转旋翼直升机采用蒲扇带有曲度的盘翼作为高速前飞的升力面。翼盘上装有若干片能沿径向伸出和缩入的桨叶。因为这些桨叶的位置在外侧，具有较高的圆周速度，因此能产生足够大的升力，实现垂直起降和悬停。大速度时转为飞机模式，小桨叶缩进翼盘中，盘翼停转，并产生升力。
三、高速直升机发展措施与对策
3.1加强高速新构型直升机基础研究
（1）重视与高速直升机长远发展和持续健康发展密切相关的关键技术及基础技术发展，培育和提升下一代军用直升机基础资源的共享能力。加强高速直升机战略性基础研究，开展高科技、新概念、新构型飞行原理、操纵机理、动力传动探索研究，提高自主创新能力，建设完善的技术研发体系。
（2）抓住直升机最具特色的翼型开发和设计，实现翼型族和新构型技术的系统集成验证，支撑中国先进高速直升机装备的研制。旋翼翼型是构成直升机旋翼外形的基本元素，旋翼翼型的性能直接决定了旋翼的气动效率和机动能力，而高气动效率、高机动能力的旋翼是新一代直升机发展的必然趋势。通过先进翼型设计基础问题的渐次递进研究，设计出满足新一代高速直升机技术要求的旋翼先进翼型系列，摆脱长期受制于人的局面，实现中国直升机气动设计自主创新能力跨越式发展。
3.2发展具有中国特色的高速直升机构型
目前世界上比较成功的高速直升机构型主要是倾转旋翼（机翼）和共轴刚性旋翼复合式两种，这两种构型具有不同的技术特点和优势，适用于不同的任务模式。共轴刚性旋翼高速直升机充分保留了直升机低速段的低桨盘载荷和近地机动能力，倾转旋翼机则倾向于追求大速度段的速度和经济性，从而拥有更大的巡航速度和航程。倾转旋翼机之所以近地机动能力较弱，主要是因为桨盘载荷过高。四旋翼倾转旋翼机则可以在不改变旋翼直径的情况下，显著降低桨盘载荷，同时随着控制系统的快速进步，低速复杂飞行控制更易实现，从而使四旋翼倾转旋翼机更具常规直升机近地机动能力，使用更方便。四倾转旋翼机在保有两倾转广域快速机动能力的同时又具备常规直升机的近地各向机动能力，可在作战半径约800km的范围内快速机动的同时，持续贴地/海执行常规直升机的各项任务。
3.3开展有效的国际合作，加速中国高速直升机发展
借鉴“对法”、“对俄”等国际合作的成功经验，开展转包生产、项目合作、技术合作等方式的国际合作，充分利用国际资源提高技术、管理水平、技术创新能力，实现中国高速直升机快速发展。欧洲直升机近20年得到了较大的发展，有些技术已与美国不相上下。俄罗斯在直升机某些领域也具有世界先进水平。技术合作可进行多头合作，寻求最大的技术收益。以倾转旋翼机为例，鉴于阿古斯塔韦斯特兰公司在民用倾转旋翼机方面的领导和几乎垄断地位，可以尝试寻求双方都感兴趣的切入点积极参与国际分工或开展对等合作。
参考文献
[1]李振，孙轶.国外武装直升机技术的发展动向与分析[J].舰船电子，2012（01）：131-135.
[2]陈光，杨惠琴.直升机市场预测与技术发展[J].国际航空，2012，8：13-18.
[3]韩世来.航空电子设备的新发展[J].国际航空，2013，1：56～58.
论文作者:祖英俊
论文发表刊物:《知识-力量》6中
论文发表时间:2018/10/15