美军为何对“鱼鹰”V22屡摔屡爱?

2023年12月6日,日本《产经新闻》报道:美国总统拜登于5日发表声明称,11月29日在日本鹿儿岛县屋久岛附近海域坠毁的CV-22B“鱼鹰”运输机上的8人已全部死亡,美方将继续搜集相关信息,对坠毁原因展开彻底调查。事实上,“鱼鹰”运输机从定型试验时起就磕磕绊绊,麻烦不断,服役后更是因糟糕的表现而迅速跌落神坛。据统计,截止目前已有多达17架“鱼鹰”运输机在事故中遭遇“不可修复的损失”,这又是为什么呢?

“鱼鹰”倾转旋翼机将发动机、减速器安装在两翼翼尖

另辟蹊径的“鱼鹰”

众所周知,“鱼鹰”运输机是传统直升机与传统运输机“杂交”的产物。当其处于起降模式时,位于机翼两端的螺旋桨垂直偏转以便提供升力,转入正常飞行时它就是架采用涡轮螺旋桨动力提供拉力的固定翼飞机。

传统意义上的直升机,绝大多数将发动机和减速器安装在机身上方。哪怕采用2、3台发动机,也共用1部减速器,故而动力系统颇为紧凑。但是,像MV-22“鱼鹰”这样的倾转旋翼构型运输机,其旋翼安装在固定翼的左右翼尖上。如果像直升机那样将发动机和减速器集中安装在机身上方,分别通过2根传动轴将动力传递到2个旋翼上的话,那么传动轴必然一直处于高负荷状态,而且长达6米多的传动轴要想长时间成功传递AE1107C涡轮轴发动机高达4590千瓦的输出功率,就必须做得异常结实才行,还要解决由此带来的震动与噪音问题。

如此一来,传动轴的重量必将居高不下。由于倾转旋翼在状态转换时受力异常复杂,所以这种设计会导致动力系统可靠性不高。一旦哪台发动机或哪根传动轴出现问题,会直接导致飞机一端翼尖丧失动力和升力,飞机会立即倾覆。

垂直起飞状态的“鱼鹰”倾转旋翼机

因此经过权衡,“鱼鹰”运输机采用将发动机、减速器安装在两翼翼尖,直接驱动旋翼的技术构型。不过,“鱼鹰”通过位于2个翼尖的动力系统的整体旋转实现升力-拉力转换。因为滑行起飞时需要旋翼提供向前的拉力,所以动力系统必须前倾。为防止旋翼打到地面,必须限制旋翼直径。因为旋翼直径较小,要实现相同升力,只能增大旋翼的扭转角,提高气流速度,从而导致桨盘载荷较高。计算表明,当采用这种技术构型的飞机处于悬停状态时,大扭角旋翼气动效率明显降低,从而令垂直起降重量受到严格限制。

非但如此,倾转旋翼构型的飞机采用横向双旋翼气动布局,其升力中心和自身重心难以重合,导致飞机的纵向安定性较差,容易出现抬头或低头的趋势。而且因为主翼对旋翼形成了一定程度的遮挡,在直升机前飞速度很低且下降速度较大时,它就会陷入到自身的下洗气流当中,此时极易导致涡环状态的发生,产生各种危险。

美国军方之所以明知倾转旋翼构型的飞机有这些技术缺点,但却甘冒风险坚持采购,最根本的原因是采用这种技术构型的飞机一旦转入平飞状态后,其飞行阻力较小,因此无论是最高飞行速度,还是载荷航程这一关键指标,皆非常诱人。

平飞状态的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机,速度比普通直升机快一倍

MV-22“鱼鹰”运输机的最高平飞速度为509千米/小时,任务作战半径达到了722千米。也就是说,在用MV-22“鱼鹰”替换CH-46“海上骑士”后,美国海军陆战队航空投送速度是原先的1.91倍,投送半径是原先的4.43倍。该军种配备的两栖攻击舰完全可以相对安全地配置在距敌滩头上百千米外的海上,从容发起超地平线攻击,从而极大提高“由海向陆”作战的隐蔽性、突然性的安全性。而在非传统安全领域,倾转旋翼构型飞机所拥有的速度与航程优势,同样是直升机所难以望其项背的。

 

问题不少,但优点也很多

自问世以来,大众对 “鱼鹰”这种倾转旋翼运输机的飞行安全性质量,就一直没断过。而这种构型新颖的飞行器似乎也不太争气,事故报道隔三岔五就会登上媒体头条。

根据大数据统计,贝尔公司总计生产交付的400架左右各型“鱼鹰”运输机中,截至目前已有17架在各类事故中遭到“不可修复损失”,损失率约为5.67%。而UH-60“黑鹰”系列直升机总产量约为4500架左右,截至目前坠毁数量在350架左右,坠毁率大概为7.78%左右。当然,其中有些是毁于战场上敌军炮火,或者其他因素的损耗。

也就是说,单纯就飞机故障引发的飞行事故率而言,“鱼鹰”和UH-60“黑鹰”实际上相差无几,甚至还要更低一些。这也是为了美军不仅大量装备该机,甚至还在其基础上改装美国总统专机的原因。“鱼鹰”运输机在公众心目中糟糕的安全记录,很大程度上是因为这种新颖构型飞机但凡出点问题,就很容易成为媒体关注的焦点。

MV-22“鱼鹰”运输机大大提升了美国海军陆战队的投送速度和投送半径

非但如此,倾转旋翼构型飞机在安全性方面还有一些独特的优势。2014年10月1日,1架MV-22B从“马金岛”号两栖攻击舰上起飞时,由于飞机被设置在“维护”模式,飞控软件未能及时提醒机组人员,飞机在发动机仅能发出80%功率的情况下强行起飞,因升力不足,起飞后不久即坠落海面。好在MV-22B机舱容积足够大,储备浮力充足,机组人员通过紧急放油减重,最终让飞机奇迹般地飞离海面,返回“马金岛”号。而传统构型直升机尚未有过如此“起死回生”的案例发生。

正因为如此,美国军方才顶着公众舆论压力大量采购“鱼鹰”运输机,并发展出了各种改型,以适应各军兵种的不同需求。

 

解决之道,未来新机型

当然,“鱼鹰”系列运输机存在的固有技术缺陷,美方也并没有无视。2009年,美国陆军启动了“美国未来垂直起降飞行器”(FVL)计划。该计划包含两部分:“未来侦察攻击直升机”FRAA项目和“未来远程突击飞机”FLRAA项目。其中,FLRAA项目要求中标机型最大持续巡航速度的最低要求为250节(463千米/小时),期望达到280节(518.56千米/小时)。这个速度指标超过通用直升机最大持续巡航速度的一倍还多。

加装空中加油套件后,变身加油机的MV-22B

2016年,美军进一步细化了对FLRAA项目的要求,要求中标机型在高温高原环境下的战斗半径必须达到424千-795千米,巡航速度426~574千米/小时,内部载荷1587~1814千克,吊挂载荷2722~3629千克。

这样的技术要求,只有倾转旋翼构型的飞机才有可能达到。所以贝尔公司研发的V-280“英勇”倾转旋翼机于2022年12月赢得该项目竞标,一点也不令人意外。

当然,“英勇”并非“鱼鹰”的简单复制,而是根据后者在长期使用中暴露的问题进行了诸多改进。例如,“英勇”的发动机并不像“鱼鹰”那样必须跟着旋翼转动,而是由万向轴将动力传导至旋翼,能在12秒内完成平飞模式和盘旋模式的切换,也能将旋翼固定在45度前倾角使飞机实现短距起飞。这样的设计令转向机构的负担大大降低,而且让发动机的工作状态更加稳定,提高了工作可靠性。由于发动机并不随旋翼倾转,因此在垂直直降时,V-280并不需要担心发动机排出的高温废气烧蚀飞行甲板。

在气动方面,“英勇”以一对上反V形尾翼取代了“鱼鹰”的H形垂直尾翼。上反V形尾翼的翼面积更小、更轻巧,付出的气动阻力也更小,而且有利于增加飞机的滚转安定性。其缺点主要是操纵较为复杂,而且偏航效率相对较低。不过,对于现代飞行控制系统来说,已经有足够把握来弥补上述缺点。

V-280武装型作战想象图

此外,“英勇”摒弃了 “鱼鹰”的背开跳板式尾门设计,改在机身两侧各开了一扇宽达1.8米的侧开门,以方便搭载的14名士兵快速离机。在速度、载荷航程等美国陆军最为看重的指标方面,V-280在空载状态下的最高平飞速度可达560千米/小时,在载人的情况下最高平飞速度可达520千米/小时,在执行不同任务时,拥有930至1480千米的作战半径以及3900千米的最大航程,外挂4.5吨物资时最高飞行速度可达280千米/小时。在这些重要指标上,V-280均较其前辈“鱼鹰”更上一层楼。