贝尔公司新款时尚直升机为何拥有可拆卸机翼

了解 360 Invictus 的最新进展,这款飞机有望成为陆军下一款武装侦察直升机。以下是它的工作原理。
360 Invictus。贝尔

传统的飞机通过 机翼 获得升力以保持飞行。而直升机则在顶部有大型旋转旋翼,提供升力,使其能够完成一些奇妙的事情,例如 在海上盘旋 并救助海上人员。

但贝尔公司一款新颖的雏形机部分融合了这些概念,为其新型军用直升机配备了可拆卸机翼,可以帮助其达到每小时 180 至 200 节(207 – 230 英里/小时)的高速。

贝尔公司这款名为 360 Invictus 的飞机,是美国陆军下一款武装侦察直升机的竞争者。它直接与西科斯基公司的 Raider X 飞机竞争。两家竞争对手的原型机都属于陆军一项名为 FARA 的计划,该计划代表“未来攻击侦察飞机”。

贝尔公司表示,他们的原型机已完成 90% 以上。该设计采用串联式结构,飞行员可以从前座或后座驾驶。“它非常狭窄,”贝尔 360 Invictus 项目总监 Chris Gehler 表示。此外,可伸缩起落架和可伸缩武器挂架也有助于降低直升机的阻力。

以下是关于这款飞机工作原理的介绍。

每侧机翼从飞机机身上伸出约 7.5 至 8 英尺,并且是部分可拆卸的。贝尔

另辟蹊径

机翼从直升机狭窄机身的每侧伸出。Gehler 表示,机翼从每侧伸出约 7.5 至 8 英尺。

典型的直升机没有这样的机翼。但贝尔选择将其融入设计是有原因的,那就是陆军希望这款飞机能够高速飞行,速度超过 160 节(约 184 英里/小时)。当直升机试图高速飞行时,一个称为“后掠翼失速”的现象会成为一个问题。当旋翼机在空气中向前飞行时,顶部的旋翼在打圈旋转,在任何给定时间,其中一个旋翼叶片是逆着迎面气流运动,而另一个叶片是顺着气流运动,因为它相对于直升机的飞行方向向后移动。这会影响旋翼叶片在任何给定位置产生的升力。(西科斯基的设计有两个顶部旋翼,它们向相反方向旋转,也是因为这个问题。)

Gehler 表示:“您会遇到一种升力不均的情况,即前行叶片产生的升力大于后掠叶片,导致失衡,并变得不稳定。”他指出,当旋翼叶片旋转速度快到叶尖速度接近音障时,这种情况往往会出现。

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Gehler 表示,“升力共享机翼”就在此处发挥作用。当直升机通过 160 节的阈值时,它会提供帮助,此时它能提供飞机所需升力的约 30%。因为机翼提供了额外的升力,直升机可以自动减慢旋翼的旋转速度,从而避免叶片失速问题。虽然 Invictus 本身仍然会快速移动,但旋翼叶片本身会减速到保持安全速度。(另一个因素是旋翼叶片切入空气的角度,在机翼的帮助下,Invictus 的后掠叶片可以以较低的迎角定位。)

Invictus 及其机翼的设计还有另一项绝活:它们是部分可拆卸的。虽然它们最初的大约 3.5 英尺部分永久连接到飞机上,但其余大约 4 英尺的部分可以拆卸。如果直升机机组人员不预计其任务会涉及高速飞行,提前拆卸翼尖可以减轻重量。此外,在需要时拆卸这些翼尖可以帮助提高飞机的悬停性能,因为 Gehler 指出,“悬停时机翼的存在会造成一些影响”。

飞机尾部,尾旋翼倾斜 20 度。贝尔

一台拥有 1.25 台发动机的飞机

无论陆军最终选择哪款飞机——陆军表示将在 2025 财年做出决定——它所使用的发动机已经确定。该动力装置称为 GE T901

但贝尔公司决定在这台发动机之外,还配备另一台机载设备——一个辅助动力装置,或称 SPU。这种较小的发动机就像一个 辅助动力装置(关于 APU 的工作原理 在此)。在贝尔的设计中,Gehler 指出,SPU 在飞行中也可以充当额外的发动机,帮助实际驱动顶部旋翼。首先,他们像正常 APU 一样使用这台发动机来启动直升机。“但我们将其连接到驱动系统,这使得我们可以在悬停、高速以及飞行员可能需要的任何时候向驱动系统提供动力,”他说。

这个动力装置像主发动机一样燃烧航空燃料,可以产生大约 600 到 900 马力。Gehler 表示,GE 制造的主发动机 将产生 3000 轴马力。主发动机和 SPU 结合起来,这架飞机可以被视为一台拥有 1.25 台发动机的机器。

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如果主发动机发生故障,飞行员需要进行紧急降落,SPU 也能提供帮助。“辅助动力装置会介入,驱动旋翼系统,以便进行更柔和的着陆。当然,它不足以让飞机完全维持飞行,但它能“为飞行员提供更多的时间和更多的选择来安全着陆”。

与西科斯基公司的选择一样,贝尔公司的这款原型机尚未飞行,因为它需要主发动机才能飞行。Gehler 预计 Invictus 将于 2023 年秋季首次飞行;在此之后几年,陆军才会决定选择哪个方案。最后,请不要将 FARA 计划与另一个名为 FLRAA 的计划混淆,后者也有贝尔和 西科斯基 竞争,两家公司将使用两种不同、更大的飞机。

在下面的视频中,您可以看看 Invictus 的设计。

https://vimeo.com/729388192
 

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技术编辑

罗布·沃格尔是《流行科学》杂志的前技术编辑。他擅长报道航空、交通和军事技术。


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