浅谈高速浪潮中直升机的生命力，到底要不要大旋翼？
浅谈高速浪潮中直升机的生命力，到底要不要大旋翼？
在直升机高速化浪潮中，美国军方的“未来远程突击飞行器”计划选择了倾转旋翼机∨-280，放弃了复合式直升机SB-1。一些人据此为直升机的前途担忧。因为，倾转旋翼机弱化了直升机的显著特征一一大尺寸旋翼。其实，直升机的生命力依然强劲。一旦相关技术获得突破，一些继续保留大尺寸旋翼的直升机甚至可比倾转旋翼机飞得更快、更远。
本文包含以下内容：
1 武直辉煌不再，急需高速化
2 高速化要黑鹰们走，也要大旋翼走吗？
3 从高速原理看大旋翼去留
4 从技术研究看大旋翼去留
5 大旋翼该留，也难留
6 黑鹰们带不走大旋翼
1 武直辉煌不再，急需高速化
1.1 往昔的辉煌岁月
自问世以来，凭借强大的火力以及优良的防护能力和机动能力，武装直升机地位突出，具有不可替代的地位。
作战时，武装直升机可直达前沿，攻击地面、水面和空中的各类点状、面状目标，包括坦克、装甲车、雷达站、炮兵阵地、前沿哨所、简易工事、通信枢纽以及低空飞行的敌机等目标，使它们随时面临防不胜防的“灭顶”之灾。
海湾战争中，美军一个AH-64A“阿帕奇”武装直升机营攻击伊军一个装甲师，击毁伊军84辆坦克、38辆战斗车辆、8个炮兵阵地、4个防空导弹系统等，共计134个目标，而美军自己仅损失1架“阿帕奇”。
1.2 当今面临的困境
俄乌战争中，以俄方为例，武装直升机骄人战绩不多，而其损失早就超过了一百架。
这么多损失？不应该啊！
俄罗斯主战武装直升机中，不管是卡52还是米28，都拥有非常齐全的导弹告警和干扰系统，包括紫外和激光告警，还有干扰弹，以及不错的激光干扰吊舱，配置和美国的阿帕奇相差无几，怎么那么轻易地就被击落了呢？
可事实就是如此。
原来，现代大规模作战中，包括肩扛式在内，防空导弹密度高，此外，还有数目众多的无人机，因此，就算武装直升机传感器和干扰措施类型再全，数量再多，还是很难躲开攻击。
这是当今武装直升机的困境。不只是卡52和米28，就连美国的阿帕奇等，只要赶上实战，都需要去面对。
1.3 急需高速化
要保住昔日的辉煌，未来武装直升机需要往高速化、隐身化、智能化发展，并且，要具备灵敏的感知、优良的防护以及更强大的火力。
本文重点讲讲高速化。
理论上，直升机最大速度不超过420km/h。英国Westland公司进行过许多尝试，也没有突破这一限制。实际生产的直升机，如果不带短翼，最大速度一般在300km/h左右，装上短翼后，一般不超过370km/h。
而高速直升机，最大速度在450km/h以上。
武装直升机高速化以后，除了生存优势，还具有遂行任务的优势。高速直升机航程远，能够穿透反介入/区域拒止环境，将部队快速部署到远处，让部队有更充裕的反应时间与机动空间。在特种作战中，高速化以后更便于执行空运、战场搜救、人员撤离、医疗后送等任务。
2 高速化要黑鹰们走，也要大旋翼走吗？
2.1 高速化要黑鹰们走
美国针对武装直升机进行高速化的力度很大，除开展了大量的相关技术研究，以及在多年前就实现了倾转旋翼机和复合式直升机服役外，更是在近年启动了“未来远程突击飞行器”（FLRAA；Future Long-Range Assault Aircraft）计划。作为美国陆军40年以来最大的直升机项目，FLRAA将于2030年左右替换约2000架UH-60“黑鹰”，以及1200架AH-64“阿帕奇”。
黑鹰和阿帕奇是世界上最著名的武装直升机，撑起了美国陆军航空兵的半壁江山。
现在，战争的条件和方式变了，无论是黑鹰、阿帕奇，或其它目前的陆航骄子，都到了该走的时候了。
2.2 也要大旋翼走吗？
参与FLRAA竞争的，有SB-1复合式直升机和V-280倾转旋翼机两个型号。
V-280由贝尔和洛马联合研制，最大设计巡航速度为519km/h。
SB-1由西科斯基和波音联合研制，最大设计巡航速度为460km/h。
因为飞行速度的差异，2022年12月5日，美国陆军宣布：FLRAA选定V-280倾转旋翼机。
不仅武装直升机在高速化，其它用途的许多直升机，包括民用直升机，也在高速化。
在高速化浪潮中，FLRAA的选择给直升机界带来了一定影响，很多人据此以为：倾转旋翼机比复合式直升机更好。
复合式直升机的旋翼，其尺寸仍与传统旋翼相当，而倾转旋翼机的旋翼，其尺寸明显比传统旋翼小，已不是传统意义上的旋翼了。比如说，在电动化浪潮中，众多垂直起降飞行器将相应部件分散布局而小型化后叫做倾转螺桨、倾转风扇。
因此，很多人进一步认为，随着直升机不断高速化，传统的大尺寸旋翼也会被黑鹰们这些非高速直升机带走。
甚至，由于大尺寸旋翼是直升机的显著特征，没有大旋翼的飞行器不便理直气壮地称作直升机，因此，一些人开始担心：在高速化浪潮中，直升机自己还有未来吗？
3 从高速原理看大旋翼去留
3.1 高速直升机的通俗原理
高速直升机主要有三大类型，共五种。三大类型是：倾转旋翼式，旋翼停转式，以及复合式，其共同特点是：放弃了旋翼的“兼职”，增加了机翼。
什么是“兼职”？
就是指传统直升机在前飞时，旋翼除了要提供升力，还要“兼职”提供拉力。这种“兼职”需要直升机前倾，增加了阻力，限制了飞行速度。
放弃“兼职”有两种方式。
1）半放弃式
指继续“兼职”，但与提供升力在时间上错开。这就是倾转旋翼机，起飞时，旋翼在水平位置，提供升力，高速巡航时，倾转至竖直位置，提供拉力。
2）彻底放弃式
指旋翼不再提供拉力，而以水平推进装置来提供拉力（或推力）。
不再提供拉力后，在巡航飞行时，旋翼可以停转，也可继续旋转。前者对应停转旋翼式直升机，一般配置轴扇发动机，其以涡扇发动机模式工作时是水平推进装置；后者对应复合式直升机，一般配置螺旋桨作为水平推进装置。
停转旋翼式又分为两种，一种是旋翼/机翼转换式，旋翼停转后转换为机翼；另一种是旋翼折叠式，旋翼停转后折叠起来。
复合式也分为两种，一种是驱动旋翼型（前述SB-1即是这一种），巡航时旋翼继续由动力驱动而旋转；另一种是自转旋翼型，巡航时旋翼不再由动力驱动，而是由飞行来流驱动。
3.2 怎样才能飞得更快、更远
3.2.1 弱化传统大旋翼并无优势
倾转旋翼机对旋翼的兼职采用半放弃方式，是兼顾了螺旋桨，弱化了旋翼。
兼顾螺旋桨，但还不是螺旋桨，桨叶比传统螺旋桨明显要长些，因此，在巡航飞行时，即使降低转速，桨尖速度仍会限制飞行速度。目前，倾转旋翼机的最大飞行速度不超过650km/h。
弱化旋翼后，倾转旋翼机的旋翼比传统直升机的明显要短些，起飞时，其升力效率降低，相同功率下，飞行器起飞重量小，有效载荷小，航程短。这也正是众多电动垂直起降飞行器不采用传统旋翼的痛点。
3.2.2 保留传统大旋翼才能占优
复合式和停转旋翼式直升机的旋翼在彻底放弃提供拉力的兼职后，可保留传统旋翼桨叶长的特点，升力效率高，有利于增大起飞重量，增大有效载荷和航程。这方面，复合式直升机尤为突出，因为，其旋翼的长度与传统旋翼相当。
另一方面，彻底放弃了旋翼提供拉力的兼职后，复合式和停转旋翼式直升机釆用专门的、常规长度的螺旋桨，或釆用涡扇发动机来进行巡航飞行时的水平推进，能达到比倾转旋翼机更快的飞行速度。其中，停转旋翼式甚至能达到900km/h以上，很接近固定翼飞机的。而复合式直升机，如果釆用巡航时仍驱动的旋翼（如SB-1），则飞行速度比倾转旋翼机还低，如果釆用自转旋翼，则比倾转旋翼机快，比方说，快至740km/h，参见《（15）Cartercopter高速旋翼机时速达740？》。
4 从技术研究看大旋翼去留
V-280和SB-1广为人知，并因此使倾转旋翼机和驱动旋翼型复合式直升机广为人知。
可是，如上一章所述，高速直升机还有自转旋翼型复合式直升机、旋翼/机翼转换式直升机和折叠式停转旋翼直升机。它们的共同特点，是保留传统直升机的大尺寸旋翼，比倾转旋翼机飞得更快、更远。
目前，这三种高速直升机还没有服役型号，不过，人们对它们的研究并不少，其中，有些研究还是在倾转旋翼机有型号服役以后。
4.1 自转旋翼型复合式直升机
4.1.1 显性研究
上世纪50年代末英国研制的10吨级直升机Rotodyne（罗托达因），就是这种类型。它釆用喷气旋翼，进行过飞行试验，达到了当时的最快飞行速度，但因噪音太大而下马，详见《（11）被喷气旋翼吵死的Rotodyne》。
上世纪60年代末，美国的夏延AH56复合式直升机的早期方案，是釆用喷气旋翼的自转旋翼型，详见《（23）AH-56是自转旋翼型复合式直升机吗？》。
C-130是设计最成功、使用时间最长、服役国家最多的军用运输机之一。进入本世纪以来，美国一直有意将C-130改为自转旋翼型复合式直升机，在保持其592km/h的飞行速度的同时，具备垂直起降能力，详见《（17）C-130想装自转旋翼》。
4.1.2 隐性研究
在自转旋翼方面，美国Carter公司从1995年开始的时速达740km/h的Cartercopter高速旋翼机研究，其目的是为了进行高速自转旋翼的研究，从而助力自转旋翼型复合式直升机研究，详见《（20）时速740的Cartercopter高速旋翼机意义何在？》。
在间歇传动瓶颈技术（参见“5.2 也难留”）方面，考虑到螺旋桨的转动惯量介于旋翼与升力风扇之间，在SB-1母型机S-97的早期验证机X2上，老美曾设想将F35B上升力风扇的间歇传动（主动控制式摩擦离合器）技术，应用在螺旋桨上进行研究，为该技术在旋翼上的应用奠定基础。可惜，该设想最终因难度太大而放弃。
4.2 旋翼/机翼转换式直升机
本文介绍两个案例。
一个是X翼飞行器（X-Wing）研究。
该研究始于1976年，因旋翼的间歇传动等技术未解决，其方案验证机S-72Ⅹ配置了两套动力，两台涡轴发动机用来在起飞、降落时驱动旋翼，两台涡扇发动机用来在高速巡航时提供推力，详见《（21）停转旋翼式验证机S-72X1》。
另一个研究案例，是1998年至2006年期间进行的X-50A“蜻蜓”垂直起降试验机研究。
4.3 折叠式停转旋翼直升机
这方面的研究，主要有近年来美国贝尔公司的高速垂直起降HSVTOL（High-Speed Vertical Take-Off and Landing）飞行器研究。该飞行器的旋翼布局在翼尖，高速巡航飞行时，旋翼折叠（同时，旋翼轴像倾转旋翼机一样倾转90度），飞行器由涡扇发动机来推进。HSVTOL飞行器目前尚在概念阶段，宣传的巡航速度达740km/h，最快速度达926km/h。
5 大旋翼该留，也难留
5.1 大旋翼该留
通过上面的分析和介绍，现在，我们知道：
1）相对于倾转旋翼机，继续采用传统大尺寸旋翼的自转旋翼型复合式直升机和停转旋翼式直升机，具有更快的飞行速度、更大的起飞重量和航程。
2）基于上述优势，人们也确实对这两类直升机进行过大量研究。
因此，直升机的高速化，比如，“未来远程突击飞行器（FLRAA）”计划的实施，大可选择这两类直升机来保留传统大尺寸旋翼。
5.2 也难留
可惜，在FLRAA计划中，根本就没有哪家公司以上述两类直升机的某一型号去参与竞争，而军方，也就只能在参与竞争的SB-1和V-280中，选择了速度相对较快的V-280倾转旋翼机。
为什么上述两类直升机还没有型号呢？
说起来，就一个字：难！
这两类直升机存在间歇传动的技术瓶颈，而停转旋翼式直升机，还存在旋翼停转的技术瓶颈，以及需要专门研制轴扇发动机。这种发动机与F35B的发动机相似，巡航时是涡扇发动机，不同之处则是：轴扇发动机在起飞时只输出功率。
这里，简要介绍一下间歇传动的相关情况。
起飞、降落等飞行状态下，旋翼必须驱动。因此，如果要让旋翼在高速巡航飞行时不驱动而自转或停转，则其在整个飞行过程中需要进行间歇驱动。
目前，由于电动技术适用的功率范围有限，喷气旋翼存在油耗高、噪音大等问题，吨位稍大的直升机上，旋翼都是采用机械传动的方式来驱动，要间歇驱动，就要间歇传动，后者是一项瓶颈技术，详见《（27）间歇传动热得很》。
6 黑鹰们带不走大旋翼
目前，弱化了旋翼的倾转旋翼机确实具有优势，因此，在替换黑鹰、阿帕奇的FLRAA计划中，美国选择了倾转旋翼机V-280。
但是，也不可否认，保留了大尺寸传统旋翼的自转旋翼型复合式直升机和停转旋翼式直升机，可以具有更快的飞行速度，以及更大的有效载荷和航程，且更安全。
当然，这些保留传统大旋翼的直升机存在间歇传动等瓶颈技术。
对此，值得高兴的是，如“4 从技术研究看大旋翼去留”所述，对于保留传统大旋翼，人们一直在努力，进行了许多研究。这些研究表明了一种信心：
在直升机高速化浪潮中，传统的大尺寸旋翼，黑鹰们带不走它！它也不会只在驱动旋翼型复合式直升机上挣扎、寂寞！
至少，会先通过技术难度相对较小的自转旋翼型复合式直升机，来更多地留住传统大尺寸旋翼！