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俄罗斯高速直升机发展现状

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军用直升机是保证现代化军队作战能力的重要航空装备之一,承担了突击运输、武装攻击、后勤补给、人员运输、反潜反舰、战斗搜救、预警扫雷在内的多种战斗任务,其性能直接影响部队的战术执行效果。随着武器装备性能水平的提高,军事行动对直升机性能提出了新的要求,尤其是对飞行速度的要求越来越高,高速直升机的发展能够显著提升未来军队的作战、救援和投送能力。俄罗斯在直升机研制方面具有独特的设计理念和思路,俄罗斯直升机公司等相关航空企业产品在国内外拥有较高的市场份额。作为未来直升机发展重点方向,俄罗斯对高速直升机也在持续投资布局和进行技术准备,目前已经获得了初步的研究成果。

一、发展状态

俄罗斯早先曾计划开展几个先进的飞行器项目,包括米里设计局的直升机米-Kh1,卡莫夫设计局的卡-90和卡-92直升机。按原定计划,卡-90直升机将安装双转子涡扇发动机,速度可能超过800千米/时,但这些项目都停留在纸面状态,由于经济和技术等原因并没有推进。直至2014年,俄罗斯国防部提出将在未来高速直升机研制项目上花费大约75亿卢布,研制资金将由国家预算划拨。俄罗斯直升机公司也表示将进行财政拨款,完成技术储备工作。

在政府和企业资金的支持下,俄罗斯直升机公司开展了米-24LL高速直升机验证机(米-24LL PSV)项目和高速军用直升机(SBV)项目;茹科夫斯基中央气动和流体力学研究院对停转旋翼布局进行了研究。

(1)米-24LL PSV验证机

俄罗斯直升机公司在2015年的莫斯科航展上展示了在米-24K直升机基础上研制的未来高速直升机技术验证机米-24LL PSV,该机拥有改进的机身和单座驾驶舱。根据俄罗斯直升机公司公布的计划,最初技术验证机的飞行速度要达到400千米/时,后续将提高到450千米/时。米-24LL PSV技术验证机2015年12月29日完成首飞,试验时没有安装水平尾翼,但是带有较长的机翼。该验证机可用于升力系统飞行试验,在试验中能够评估旋翼桨叶、不同气动布局的机翼等技术和工艺方案,以及完成高速飞行时的振动和载荷水平。2016年10月,米-24LL PSV验证机在一次飞行试验中创下非官方的平飞速度记录,超过405千米/时,这一速度打破了常规直升机平飞速度世界纪录,该记录过去由一架安装“英国试验旋翼项目”(BERP)桨叶的“山猫”直升机于1986年创造,为400.87千米/时。米-24LL PSV技术验证机的研制为俄罗斯未来高速直升机发展提供了有效的验证平台。

米-24LL PSV

由米-24K直升机改装的米-24LL PSV高速直升机验证机(俄称为飞行实验室),上两图显示了改装过程中的状态。该机改装后并未加装推进桨装置,而是用2台克里莫夫设计局的VK-2500涡轴发动机替换了原来的TV3-117涡轴发动机,并采用了新的旋翼桨叶。俄联邦政府为该验证机的发展一共提供了6.3亿卢布(约850万美元)的经费,这包括对旋翼系统部件进行台架试验的费用

(2)高速军用直升机项目

2017年8月,在俄罗斯“军队-2017”国际军事技术论坛上,俄罗斯直升机公司与俄国防部签署了高速军用直升机概念机研发合同。项目的名称是高速军用直升机(SBV)。根据合同要求,双方将在为期两年的规定时间内共同开展设计工作,以确定高速军用直升机的技术参数。合同执行结束后将确定高速直升机形貌并编制技术任务书用于进行实验设计工作。在整个研发过程中,计划使用俄罗斯直升机公司在以前的预先研究工作中所储备的技术信息,计划研发出巡航速度可达350~360千米/时的高速直升机,并在2025年前投产。俄罗斯直升机公司将研制阶段称为科学研究工作阶段(NIR),该阶段预计在2018年结束。下一阶段为试验设计工作(OKR),时间将超过4年,其准备工作正在进行,预计很快将同国防部签订独立的合同。在此过程中,将持续修订直升机方案,制定试验计划。

为完成科学研究工作阶段的合同,俄罗斯直升机公司将在2018年向国防部提交2份高速直升机设计方案,分别由米里和卡莫夫设计局将进行相关工作,俄国防部确定最终选择结果。截止目前为止俄罗斯直升机公司的研究人员已开展了大量的研究工作,预计高速直升机将于2019进行飞行试验。

米-24LL PSV验证机首飞

2015年12月,米-24LL PSV验证机完成首飞。2016年10月28日,俄国防部透露该机在试飞中已实现超过405千米/时的平飞速度(俄罗斯直升机公司图片)

(3)停转旋翼试验

2017年2月前,俄罗斯中央空气动力和流体力学研究院(TsAGI)已经进行了停转旋翼布局的风洞试验,验证了停转旋翼布局稳定、高效的直升机和固定翼飞行状态。TsAGI的初步研究结论表明,这种旋翼的最大飞行速度可达400~700千米/时。TsAGI直升机气动分部已经开发了“许多针对停转旋翼研制难题的关键技术”,并于2016年秋天进行了风洞试验。此前,美国国防高级研究计划局和多家直升机公司都探索过这一布局技术,包括休斯公司的三角翼翼梢带短叶片方案,西科斯基的X翼方案(使用环量控制的4旋翼),以及波音的X-50“蜻蜓”方案(停转旋翼鸭式布局,主翼为采用环量控制的2个叶片)。但目前为止这种布局的飞行器还没有进入工程应用阶段。TsAGI对此技术方案的研究为高速直升机发展提供了新的可能。俄罗斯工贸部部长杰尼斯·曼图罗夫强调:“不能百分百的确定传统布局的高速直升机是最有效的,不排除高速直升机采用新布局的可能。”

二、技术性能特点

直升机高效的商业应用一直是俄罗斯研制新型未来直升机的设计原则之一。早先俄罗斯直升机公司宣布,未来高速直升机起飞重量约10.6吨,载客量21人,飞行距离900千米,最大巡航速度在340~360千米/时,运营费用降低20%~25%。目前俄罗斯高速军用直升机项目还处于科研阶段,除飞行速度外,实际能确定的技术性能特点有限,仅能在布局、桨叶和发动机等方面进行初步判断,具体如下。

(1)两型布局方案。针对未来高速直升机(PSV)项目,俄罗斯直升机公司下属的两家主要企业:米里和卡莫夫设计局都有各自的方案和技术储备,具体外形或将根据经济可行性确定,当前所有方案都在研制当中。卡莫夫设计局采用是其优势的共轴布局,这是该设计局的最显著的设计特点。而米里设计局认为采用传统布局较为适宜。两种计划的共同点是都有较大尺寸的水平尾翼。值得注意的是,俄罗斯现有的军用直升机上较小的翼面主要用于吊挂武器,气动能力是衍生性能,因此需要有新的布局形式来提高飞行速度。

(2)新旋翼系统。早先俄罗斯开展的高速直升机项目方面的科研与设计工作往往因为不能降低运营成本获得相应成果而停止,但是飞行试验室对米里和卡莫夫设计局的计划两个都有用。例如,米-24LL PSV验证机的主要特点是换装新的旋翼系统,尚未加装推进桨装置,如加装后续可能达到更高的飞行速度。在新的旋翼系统中采用了俄在气动、强度和工艺制造方面的最新研究成果。同时新的旋翼叶片在飞行试验室上验证后还可用于新的直升机,并改进现有型号,例如米-28N“夜间猎手”由于采用新的桨叶最大速度提高了10%,巡航速度提高了13%。

米-24LL PSV旋翼

上图为米-24LL PSV准备在2015年8月的莫斯科航展上展示,下图为该机在这次航展上展示,可以清楚地看到新主旋翼桨叶的特点。展示时又装上了米-24原有的短翼,但首飞时又去掉了

当然,也不排除高速直升机上应用停转旋翼的设计思想,保证直升机在垂直起飞、悬停、低速飞行、垂直着陆时以传统的直升机状态飞行,靠旋转的旋翼提供升力和推力;在进行高速飞行时将旋翼固定,由停转旋翼充当固定翼的角色提供升力。这种设计主要是为了解决传统直升机旋翼后行桨叶易失速,前飞速度受限等问题。停转旋翼设计的关键技术之一是直升机和固定翼状态在相互转换时的稳定性、操纵性如何保证。

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