一个不留神，中国又悄悄推出了个好玩意儿！

10月14日，中国联合飞机集团公布了国内首款倾转旋翼无人机——“镧影R6000”，从流出的网图来看，这款无人机采用上单翼布局，翼尖安装的发动机舱内装有可倾转的三叶螺旋桨。



其造型更像是美国的V-280倾转旋翼机，只有前部螺旋桨轴偏转，而非像V-22“鱼鹰”那样需要整个发动机舱旋转。



中国为什么非要发展倾转旋翼机呢？



倾转旋翼机是一种将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器，一般的构型是在类似固定翼飞机机翼的两翼尖处，各装了一套发动机短舱，发动机通过减速器带动旋翼。



短舱与机翼之间是可在水平位置与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件，当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列式直升机飞行状态，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞。



横向穿过机翼的协调轴把机翼两端的发动机连接起来，以保证两旋翼同转速。如果一台发动机出现故障，另一台发动机可以通过该横轴带动两副旋翼旋转。



两副旋翼有各自独立的自动倾斜器用于直升机模式的操纵，机翼和尾翼上有副翼、襟翼、方向舵和升降舵，用于飞机模式操纵，两副旋翼同转速、转向相反。

当旋翼处于倾转过程时，倾转旋翼机的升力由机翼和旋翼共同承担，并同时使用飞机和直升机两套操纵。



倾转旋翼机实现了垂直起降和高速飞行两种模式的切换，所以有人形象地称其为空中“混血儿”，从理论上讲，它既能够像直升机一样在任何地形上起降，又能够像固定翼飞机一样拥有更高的飞行速度和航程。



像V-22倾转旋翼机速度可达到500千米/小时以上，是普通直升机的两倍，特别是其俯冲加速高达556千米/小时，航程可达到3000千米。因此，按说这种旋翼飞行器极具发展潜力。



然而，时至今日，大家耳熟能详的倾转旋翼机也就是美国的V-22“鱼鹰”，之所以如此，主要还是因为倾转旋翼技术面临着一系列挑战。



我们知道，倾转旋翼机具有三种飞行模式：悬停/小速度前飞的直升机飞行模式，巡航和高速前飞的固定翼飞行模式，以及从直升机模式与固定翼模式转换的过渡飞行模式。



这其中的过渡飞行模式就是倾转旋翼技术的关键所在，这是因为在不同飞行模式转换的过程中，旋翼的流场与尾迹都非常复杂。

而且在这个模式下，桨叶在水平状态与垂直状态切换时，会产生非正常变化的气动力，直接影响飞行器的平衡和操纵，所以，如何使过渡飞行模式能快速转换、平稳过渡就成了难点。



由于倾转旋翼机既有机翼又有旋翼，所以它的气动干扰问题涉及到旋翼-机翼、旋翼-旋翼、旋翼-机身、旋翼-尾翼等多个方面，其中又以垂直飞行和悬停时的旋翼-机翼气动干扰最为严重。



这是因为倾转旋翼机在定点悬停时机翼是固定不动的，在某些状态下，螺旋桨向下吹动的气流会在外部影响下绕回到桨叶上部再被吹下来，相当于桨叶在做无用功，虽然还在转但却无法产生足够的升力，直升机会急速下坠，也就是所谓的“涡环”状态。



如果高度低、处置余地并不大，像下面的动图就是2017年8月5日美国海军陆战队一架MV-22左翼螺旋桨进入涡环突然失去升力，飞机最终坠海，事故造成3死23伤，正副驾驶都没了。

而且由于机翼上的下洗载荷还要占旋翼总拉力的一部分，这个旋翼-机翼气动干扰还会造成飞机有效载荷的降低。



此外，由于悬停状态下的倾转旋翼机存在横向对称性，左右机翼上方的气流在接近飞行器对称面处相遇，就会转为向上运动，然后就形成了复杂的附着涡分离和气流再入等现象，直接对倾转旋翼的气动特性造成影响。



要只是气动特性复杂倒还好，可问题是倾转旋翼机的飞行模式是三种，那么对应的就要有三种飞行状态的操纵控制，绝对算得上是世界上最复杂的飞行器控制系统之一了。



尤其是在旋翼倾转过程中，要同时通过操纵旋翼和飞机的常规空气动力操纵面，以实现对旋翼倾转和飞机飞行状态的控制，这肯定比单一固定翼和直升机难多了。



而且在过渡模态时，还会存在明显的拉力矢量控制特性，它不但使三通道之间出现较强的耦合问题，跟气动舵面操纵之间的协调也很成问题问题，所以也就导致过渡模态下飞行控制系统极为复杂。



比如2012年6月13日，一架美国空军CV-22B在佛罗里达州埃格林空军基地训练期间坠毁，机上五人全部受伤的事故就是飞行员失误。



还有2022年，一架参加北约“寒冷反应”演习的 MV-22B ，在挪威贝亚恩山谷坠毁的事故也是操作失误。



除此之外，倾转旋翼机为了适应垂直起降、高速巡航以及各种飞行状态的控制，结构设计上面临的难题更多。

就拿倾转旋翼桨叶来说吧，由于既要高速前飞，又要垂直悬停，所以它的形状、扭转及桨毂形式的设计都跟普通飞机的旋翼大相径庭，不但要采用弯扭耦合特性更强的复合材料制造，还要对桨叶外形进行优化。



还有倾转旋翼机的机翼也跟普通固定翼飞机不同，它的两翼尖处要安装旋翼系统，旋翼轴要相对机翼倾转，这就对机翼强度和气弹稳定性要求非常高了。



其实，以上诸多难题还都只是比较典型的，一些细节问题更是多如牛毛，像V-22“鱼鹰”在1991年至2000年的测试期间，发生了四起事故，导致30人死亡，自 2007 年投入使用以来，已经发生17起重大事故，总共造成65人死亡。



▲尝试下水捉鱼的“鱼鹰 ”

至于事故的具体原因，军武菌在往期的文章中已经讲过，这也都从侧面证明倾转旋翼机确实不是谁想搞都能搞出来的，不然也不会“鱼鹰”问世已经接近四十年，依旧是一款独门装备。

自上世纪50年代以来，除了美国，还有俄罗斯和法国也对倾转旋翼机一直研究，共开发研制过三代43种不同的型号，但多数以失败而告终，只有美国贝尔公司的“鱼鹰”大规模装备了。



中国当然在倾转旋翼机上没少下功夫，比如2018年珠海航展公开亮相的彩虹-109无人倾转旋翼机，就表示双旋同步控制率问题已被攻克。



2019年，可用于重型直升机的AI-136T型涡轴发动机亮相第18届北京国际航空展，2023年，ZN-1倾转旋翼机亮相第六届中国直博会。



前面我们说了，这次推出“镧影R6000”采用的构型并非V-22“鱼鹰”的构型，而是更类似V-280，这是怎么回事呢？



我们知道，“鱼鹰”的发动机舱和旋翼采用一体化设计，当变换飞行模式时是直接调整发动机舱角度，让旋翼推力轴线从接近水平改为垂直，为机体提供升力与推力。



这种设计虽说能大幅简化发动机和旋翼的传动系统，但发动机舱加上旋翼的整体重量，导致主翼梁和发动机舱的接点需要承受大量应力，而且驱动发动机舱变换迎角的相关液压系统也需要额外的功率输出。

为防一侧发动机失效，“鱼鹰”还在左右两台发动机之间安排了备用紧急传动轴，并且贯通主翼内部，这么复杂的设计不出问题才怪呢！



为解决V-22的发动机舱带来的问题，贝尔公司的V-280直接把旋翼/传动系统和发动机舱从纵列改成并列配置。

这样一来，V-280在转换模式时，就只有旋翼结构转动，不像“鱼鹰”那样是整个发动机舱在动，节省了飞行器结构重量，并改善了飞行器飞行品质。



“镧影R6000”选择了V-280的构型，说明设计师们还是很听劝的，虽说现在还只是6吨级的无人机，但是不积硅步无以至千里，相信载人机型肯定会在不久的将来面世，只要路走对了，就不怕到不了终点！