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飛機一樣驅動飛機,垂直起落和懸停時,旋翼通過槳軸向上偏轉 90 度。為了保持直升機狀態的飛行控制,
XV-3 的旋翼是和直升機一樣的柔性旋翼,具有全套的總距和周期距控制。XV-3 的動力不足,無法在超出
地面效應的高度懸停,作為直升機的功效有限,但 XV-3 證明了將直升機和固定翼飛機結合起來的可能性,
為貝爾日后爭取到 XV-15 乃至 V-22 的合同至關重要。
以固定翼狀態飛行的貝爾的 XV-3,發動機不轉動,旋翼的驅動軸轉動,所以稱 tilt shaft,日后成為 V-22
的重要先驅 / 以直升機狀態飛行的 XV-3
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XV-3 在懸停狀態,由于功率不足,XV-3 不能在超出地面效應以上的高度懸停 / 與貝爾 XV-3 競爭落選的
Transcendental 1G,這是由從 Piasecki 分出來的一批人設計的
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XV-3 從直升機狀態向固定翼飛機狀態轉換的過程
和貝爾 XV-3 的技術相似,Transcendental 1G 也是采用傾轉軸 / Vertol(以 CH-46、CH-47 出名,后為
波音收購)XV-21,同樣是 Tilt Shaft
貝爾對柔性槳葉的局限清楚得很,在 70 年代,以 XV-3 的研究結果為基礎,和 NASA 和美國軍方合
作,研制了采用半剛性槳葉的 XV-15。XV-15 的發動機艙和旋翼一起傾轉,所以成傾轉旋翼(tilt rotor)。
半剛性槳葉可算是貝爾的看家本領了,當年紅透直升機世界半邊天的 UH-1,就是采用半剛性的雙葉旋翼,
槳葉和槳轂剛性連接,但槳轂和槳軸通過蹺蹺板軸承柔性連接,利用前行側槳葉的自然升起和滯后,帶動
后行側槳葉的自然降落和超前。很神妙的設計,可惜只能用于雙葉旋翼。貝爾將蹺蹺板的原理推廣到三葉
(理論上也可以更多片槳葉),估計就是在萬向接頭外包覆一個剛性的整流罩,所有槳葉和整流罩剛性連
接。bbs
槳葉和槳轂的經典的分立鉸鏈式連接,揮舞鉸、擺振鉸“五毒俱全” / 緊湊一點的重合式鉸鏈連接
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雙葉槳葉特有的蹺蹺板式連接,省卻了揮舞鉸和擺振鉸,貝爾的經典之作 UH-1 和 AH-1 就是用這種結構 /
從蹺蹺板進一步發展而來的萬向接頭式連接,估計貝爾的半剛性旋翼就是在萬向接頭外包覆一個剛性的整
流罩
貝爾的半剛性旋翼保留了直升機的總距和周期距控制,用于在懸停或直升機飛行狀態時的飛行控制。
貝爾還采用了寬弦、大彎度的槳葉,是槳葉最大限度地在前飛時接近常規螺旋槳的特性。XV-15 引起了軍
方極大的興趣,飛行試驗遠遠超過簡單的懸停、平飛和直升機-固定翼飛機之間的狀態轉換等概念證明型的
試飛科目,而是進入了演習場、兩棲登陸艦等接近實戰的條件下的試驗。美國軍方對實驗結果相當滿意,
這直接導致最終的四大軍種聯合研制的 V-22“魚鷹”項目。V-22 是歷史上第一架也是僅有的一架可以垂
直/短距起落的量產型運輸機,V-22 故事的細節請看“魚鷹”雜談。6Z+x,o&b o*b7z
貝爾 XV-15 在懸停中 / XV-15 在平飛中
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XV-15 在起飛
為了盡可能減小迎風阻力,傾轉旋翼的旋翼直徑應該在不影響直升機狀態下的性能的前提下盡可能減
小。但較小的旋翼不可能不影響直升機狀態的性能,最突出的就是所謂“渦流環”現象。直升機在快速下
降過程中,要使旋翼進入自己的下洗氣流,或下洗氣流造成的渦流,旋翼和周圍空氣之間的相對氣流方向
和相對速度出現本質變化,可能出現“打滑”而失去升力,這時候越是增加旋翼功率,打滑越嚴重,這就
是所謂的“渦流環”現象。常規直升機也會出現“渦流環”現象,但小直徑的旋翼更容易進入這一狀態。
V-22 在試飛中幾次引人注目的墜機,大多出自這個原因。在懸停或直升機狀態時,傾轉旋翼在理論上可以
通過控制左右發動機的推力來控制橫滾,用旋翼的前后轉動來控制俯仰,偏航比較難辦,可以用旋翼下洗
氣流作用在機翼的襟翼上,輔以一定的橫滾作用來實現。但事實上,增減發動機推力的靈敏度不夠,反映
不夠快,控制量也不夠精細。用機電控制傾轉旋翼來實現俯仰控制,靈敏度問題更大,無法適應惡劣天氣
時的飛行要求。實用化的傾轉旋翼的 V-22(及其前身 XV-15)都是采用直升機槳葉,即保留了全套直升機
的總距和周期距控制,而不是只可以調節槳距的螺旋槳,所以直升機狀態的 V-22 的操控和直升機無異。
在以螺旋槳-旋翼為基礎的垂直/短距起落飛機中,傾轉旋翼是最成熟的方案。美國的 V-22 在飽經千難萬
險之后,終于開始量產。$\#s
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直升機狀態前飛中的 V-22 在空投傘兵
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V-22 的半剛性旋翼清晰可見 / V-22 的寬弦、大彎度、無鉸、無軸承槳葉清晰可見
起飛、著陸時,襟翼放下,最大限度地減小對下洗氣流的遮擋 / 為了適合上艦的需要,V-22 的旋翼可
以折疊,機翼還可以橫轉90 度,和機體平行,以節約占地空間
V-22 著艦試驗,一側旋翼在甲板上空、一側旋翼在舷外時,兩側升力不均勻,容易造成事故。一架接一架
緊接著快速降落時,前面飛機造成的空氣渦流容易使后面的飛機進入危險的“渦流環”狀態(vortex
ring),造成旋翼吃不上勁,導致墜機 / 這是在兩棲登陸建“塞班”號機艙內的情景
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V-22 的性能被說得如此出眾,人們不禁疑惑,為什么總統的“海軍陸戰隊一號”要選新機時,沒有選
V-22?
貝爾在 V-22 的成功之后,向兩條戰線出擊,一是將傾轉旋翼技術用于無人機,以最大限度地利用其
垂直起落和速度、航程上的優勢,二是將傾轉旋翼技術推向民航市場。早先雄心勃勃的中短程支線客機看
來一時還難以實現,但小型公務機已經開始了,貝爾和意大利的 Agusta 合作,正在研制 BA-609,其垂直
起落的能力和速度、航程將對大公司、政府機構的要員從城市中心到城市中心的空中旅行有很大的誘惑力。
歐洲從 80-90 年代開始,也展開了傾轉旋翼的研究。法、德合作的 Eurotilt 和英、意合作的 Eurofar 最
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旋翼飛行原理(9)