贝尔计划最终实现像喷气式飞机一样飞行但像直升机一样盘旋的旋翼飞机

经过50年的零星发展,钟认为它可以建立一个可生存,远程,高速,VTOL飞机适合明天的战争。

HSVTOL中型钟隐形
贝尔

贝尔已经提供了的战场独家详细介绍了其最近披露的未来高速垂直起飞和降落,或HSVTOL,飞机的概念,我们最初看了之前的文章中.虽然能够使用旋翼垂直起飞和降落,并以喷气式飞机的速度向前飞行听起来很遥远,但事实证明,在这个确切的概念上,已有数十年的详细风险降低工作和普遍研究。因此,实际上实现这样一种能力集可能远没有人们乍一看所认为的那么一场技术革命。

的战场几乎坐了下来,至少,杰夫•尼森高级经理先进技术在贝尔飞行,能谈谈HSVTOL的公司有这一点努力,以及观察其最新概念的一些细节,以及他们如何能找到一个地方在美国军方的库存。

贝尔

贝尔最新的三个HSVTOL概念逐步更大,从最小的最小,称为HSVTOL光,这是无人驾驶和缩放到大约C-130尺寸的运输。V-22 Ospreys以及背景中的MC-130H可以为这些HSVTOL概念的成熟版本设想的未来角色提供指针。

在这一点上,值得注意的是,“高速”的定义,如贝尔所描述的,是任何超过400节。这被认为是HSVTOL的进入障碍,公司认为任何涉及低于这一速度的要求都可以通过a来满足传统tiltrotor.一般来说,HSVTOL,尤其是贝尔的愿景,使用转子用于飞行的垂直终端阶段和带有传统排气的喷气发动机,用于高速飞行。

成熟的HSVTOL设计将优化为高巡航效率,但正如尼森指出的,马赫超过0.85的任何东西都可能出现重大阻力问题。虽然从理论上讲,继续增加设计推力是可能的,但这将导致相应的燃油效率降低,因此必须达到平衡。尼森解释说:“你想要的是航程和速度,所以这架飞机不需要加力燃烧器。”

走向HSVTOL的漫长旅程

当检查stealthy-looking HSVTOL概念贝尔上个月公布,同样重要的是要记住,追求这些飞机——结合的速度和生存能力与土地和固定翼飞机像直升机一样起飞——可以追溯到1960年代末。

在那个时候越南战争暴露了对一个更有生存能力的平台的非常现实的需求,该平台将能够接管美国空军的战斗搜索和救援任务,以及其他人员恢复活动,从传统的直升机。HSVTOL的设计将会以高速飞进一个潜在的争议区域,降落在一个狭窄的空间,或者盘旋在丛林上空,把一名坠落的飞行员从危险的道路上救出来。当时的其他任务也要求类似的能力,包括检索apollo命令模块这是另一项由传统旋翼飞机承担的任务。

与此同时,其他服务机构也对HSVTOL产生了兴趣。这其中包括美国陆军,毫无疑问,他们盯着独特的特殊操作可能性由这种类型的飞机提供,能够快速插入或提取士兵的小组,可能来自敌人的距离,远距离。

事实证明,包括贝尔在内的许多制造商在20世纪60年代到90年代之间提出了HSVTOL的概念,选择了他们最喜欢的配置,将垂直升力与高速前进飞行结合起来。从这些非常早期的概念开始,一个关键的设计挑战就是垂直飞行和巡航飞行之间的过渡。或者,更具体地说,当不使用转子叶片时,如何处理它们?

甚至在早期,HSVTOL概念的设计者通常设想的设计是直升机风格的旋翼叶片要么向后折叠以减少它们的空气动力剖面,尾随在飞机后面,要么以其他方式保持在机身或发动机短舱内。一个折叠刀贝尔最新的HSVTOL概念上也有这种安排。

英格尔

60年代后期一种折叠倾转旋翼救援/运输机的设计研究。附在翼尖毂上的旋翼叶片,被描绘成折叠在一个收放的位置。

到了20世纪70年代,美国航空公司已经开始实际开发硬件来证明这些概念中的一些。贝尔公司最终设计出了一个全尺寸的地面演示机,它有一个直径26英尺的转子装置,叶片整齐地缩回,平躺在机舱周围。实验探索这样棘手的转子表现之间的过渡垂直和高速水平飞行,包括转子将停止,如何,如何避免冲击或振动虽然被隐藏,同时飞机本身是巡航速度加快。

贝尔

有几十年价值的各种折叠式刀片HSVTOL概念。

公共领域

从越南战争时期为飞行员恢复的HSVTOL概念的渲染。

最终,Bell证明了旋翼折叠问题可以用空气力学方法解决(仅使用气流),并且可以在不引起系统动态不稳定的情况下上下旋翼。1972年,在加州NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的风洞中进行的一次测试中,该公司演示了在150至175节的空速下进行30至40次折叠和展开循环。

美国国家航空航天局

美国宇航局艾姆斯研究中心风洞里的贝尔式折叠转子。

大约在同一时间,空军再次考虑未来作战空乘救援飞机(CARA)的可能性,进一步推动贝尔和其他人在HSVTOL领域的努力。即使在这个早期阶段,空军救援专家也在考虑一种比现有的HH-53更小的设计超级快乐绿巨人,最低巡航速度400节,有敌方地面火力探测能力,电子对抗套件,并配备地形/地形回避雷达.在事件中,该服务坚持使用更传统的旋翼飞机来执行这类任务,而东南亚冲突的结束意味着人员恢复失去了一些优先任务。

美国空军

一架美国空军HH-53C直升机将一名救援人员从下面的丛林吊入侧门。

尽管如此,技术边界继续被推动,现在关注如何最好地动力飞机需要两种不同推进形式的飞机:用于高速飞行的喷气发动机和用于垂直飞行的轴驱动转子。一个答案似乎是可转换发动机,一种可以在涡轮轴和涡轮机模式之间切换的动力装置,消除了对单独的提升和巡航发动机的需求。

新的推进力,更多的挑战

1984年,通用电气使用了一款TF34涡扇发动机A-10 Thunderbolt II地面攻击飞机,s 3海盗反潜作战飞机-在可转换配置中它的原型机前部提供轴马力,后部提供涡扇发动机推力。这是一个大胆的尝试,但残酷的现实是,可转换喷气发动机很难掌握。事实上,贝尔今天预计,它的第一个新的HSVTOL设计将飞行单独的升降机和巡航引擎,等待真正成熟的敞篷车引擎更雄心勃勃的概念。

美国国家航空航天局

TF34在1980年代用于敞篷发动机测试。

同样值得注意的是,在悲剧发生后鹰爪行动失败在伊朗沙漠一号降落区,美国军方和特种部队特别强调了高速垂直起降飞机的重要性。这包括V-22鱼鹰能够提供的能力,以及更雄心勃勃的、更高速度的设计。

公共领域

一种1980年代的舰载折叠旋翼HSVTOL概念。

到1990年,鱼鹰进入飞行测试作为第一个实际的军用倾转旋翼飞机,但是美国飞机制造商仍然不能field一个功能HSVTOL设计能够真正的喷气速度。尽管如此,在接下来的十年里,研究和发展计划仍在继续,美国国家航空航天局(NASA)和美国国防高级研究计划局(DARPA)现在处于领先地位。

Bell-Boeing

上世纪80年代,美国陆军轻型直升机实验(LHX)项目中,贝尔-波音公司提供的类似战斗机的概念艺术,其特点是折叠旋翼系统与今天提出的非常相似。

然后,在2008-09年,有了NASA垂直起落验证机比赛,赢得了极光XV-24 LightningStrike.混合动力管道电风扇被用于推进这一概念。虽然最后被取消了,但它再次表明了人们对HSVTOL的持久兴趣。

所有这一历史努力,或者钟的尼森描述为“泪流满面”,导致任何有形的进入的服务,甚至靠近它,尽管在某些情况下使用真正的硬件的情况下已经证明了很大的承诺。所以出了什么问题?尼森指向三个特定方面,到目前为止,已经阻止了完全尺寸的HSVTOL设计。

首先,从本质上讲,垂直升降系统是高度复杂的。在倾转旋翼飞机接近投入使用之前,许多早期的概念就已经在一起了。简单地说,它是不现实的HSVTOL跳过传统的倾转旋翼设计,这已经有足够的怪胎和细微差别自己。毕竟,当第一代HSVTOL研究起草时,实验XV-15 tiltrotor从1977年开始,飞机甚至还没有开始试飞。美国海军陆战队MV-22B Osprey直到三十年后才具备初步的作战能力。

美国国家航空航天局

贝尔XV-15倾转旋翼飞机垂直飞行在美国宇航局德莱顿飞行研究中心,它在1980年和1981年进行了测试。

第二个因素是,HSVTOL所需的数字发动机控制技术是可行的,而且是安全的,直到20世纪80年代才被广泛使用。

最后是巡航模式和升力模式的转换要求电子控制的控制,当第一个HSVTOL概念被举例的时,另一个技术在其初学者中。因此,TiltrotOR飞机在20世纪70年代或20世纪80年代不是一个真正实际的大规模服务主张,更少越来越苛刻的HSVTOL设计。

贝尔的最新概念

然而,现在,HSVTOL飞机的梦想在距离范围内,至少根据贝尔。

即使没有成熟的可转换发动机,但正如尼森指出的那样,这也不应该阻止该公司至少将其新HSVTOL概念的第一次迭代带到飞行演示阶段。

国防部

一份来自2013年国防部/国防科学委员会报告的图表显示了到2030年实现更快垂直升降平台的愿望。

根据该公司最初的计算机生成的艺术作品,贝尔最新的三个HSVTOL概念都是不同的尺寸,从最小的,称为HSVTOL光,一直到运输,似乎接近于一个大小c - 130运输机

贝尔

中等大小响铃HSVTOL概念的计算机生成的图象在海上执行人员恢复任务。

虽然贝尔的两个更大的概念是载人的,HSVTOL轻型概念是无人的,并被定位为最容易实现的“入门级”HSVTOL设计。HSVTOL Light有两个独立的商用发动机——驱动螺旋桨的涡轴发动机和推动飞机向前飞行的喷气发动机——不像它的两个更大的兄弟,以可转换发动机为特征。Nissen说,选择这种配置是为了小型飞行器,因为它提供了更快的飞行测试和可能的服务,不需要发动机开发周期。

尼森补充说:“我们可以用一个分裂推进的配置来制造一架相当不错的飞机。”事实上,“我们现在就能造出来,”他说。“如果有人希望看到这架飞机飞得越快越好,而不想等待可转换发动机,那么这架飞机就有很大的机会。”

SLURRP: HSVTOL出海了

HSVTOL轻型被提议作为贝尔公司所称的海基后勤无人加油/再武装平台(SLURRP)的一部分。这是为空军的新概念量身定做的远征行动,特别是在太平洋剧院.它包括从一个能够为飞机加油的无人浮动平台上操作自动HSVTOL Light。

贝尔

对Bell的SLURRP概念的概念性描述。

除了空军对这个战区的高度兴趣,这个概念显然也与美国海军陆战队的新兴计划有关远征高级基地行动(eabo)类似地寻求利用分布式和远征行动的潜力,特别是在该地区。

美国海军陆战队

美国海军陆战队大约在2016年提出了一个漂浮基地的概念,设想作为EABO概念的一部分,在这种情况下支持V-22鱼鹰倾转旋翼,以及为电磁轨道炮提供一个平台。

他说:“这大大缩小了太平洋的航程,所以我们不需要海军舰艇作为加油平台,我们也不需要隐形油轮因为我们可以让这些东西点缀在海洋表面,或者在需要的时候被淹没,然后突然出现,”尼森解释道。

Nissen说,当谈到HSVTOL时,该公司的口号是“速度、射程和生存能力”,这些属性明显发挥了空军对未来太平洋环境战争的愿景,特别是当它包括远离传统的跑道

很容易想象HSVTOL轻型飞行情报、监视和侦察(ISR),甚至攻击任务作为这种分布式作战概念的一部分,完全摆脱对跑道、传统着陆点甚至军舰甲板的依赖,以提供非凡的生存能力。这样做也会大大复杂化对手自己的防御计划。

上面发布的视频也显示了HSVTOL轻型飞机从垂直飞行到水平飞行的整洁方法,旋翼叶片仅利用气流折叠回机舱,不需要复杂的机械制动和动力折叠机制。尼森表示,该公司一直在努力使这一转变尽可能无缝,并一直在研究轻量化概念,要么完全不使用离合器,要么非常轻的离合器,不需要刹车系统。

贝尔

SLURRP团队正在行动。一群HSVTOL轻型无人驾驶飞机在海上加油平台上飞行。

一旦在“喷气式飞机”模式飞行,带旋翼,HSVTOL轻型和其他HSVTOL概念,将提供比传统的倾转旋翼更大的机动性,尽管敏捷程度将主要基于特定客户的需求。传统的倾转旋翼在2.5G范围内进行机动。尼森说,虽然HSVTOL“不会是一架9G飞机,但我们会像美国空军特种作战司令部(AFSOC)那样在低空飞行。”我们是一架能够与F-35一起在3万英尺高空飞行的喷气式飞机,也能以类似的速度在100英尺高空飞行。如果前面有个大山丘而我们的速度是400节,我们就需要一架高重力的飞机来操控。我们会地形跟踪雷达在那种情况下帮助我们,”他补充道。

美国空军

特殊操作改性CV-22还减轻了以下地形雷达,以实现非常低空渗透操作,但它比HSVTOL飞机速度慢得多,使其需要更少的结构G载荷能力。

至于其他更大的车型,该公司决定,一旦轻型概念车开发出来,敞篷车引擎将变得越来越有利。尼森说,最终,驱动旋翼所需的现有涡轴发动机的功率会“缩小”到7,000马力左右,因此任何需要更大功率的飞机都需要另一种解决方案。我们所考虑的敞篷车发动机类型在概念上与前面提到的GE TF34试验台本质上是相似的,在该试验台中,一个核心将取自现有的成熟发动机,然后进行改造,以驱动轴,在需要时为转子提供动力。

普惠F135涡扇发动机已经与升降机相结合f - 35 b短距起飞垂直降落(STOVL)战斗机是一种适应的可能性。尼森解释说:“最简单的方法是想象升力系统,不是朝下,而是朝船尾,现在你就有了提供喷气推力和轴马力的能力。”然而,在这种情况下的挑战是,F135的重量和燃料效率不是理想的HSVTOL设计。为了获得所需的效率,需要一个高旁路解决方案。当然,F135核心和传动系统也有可能适用于更宽直径的高旁路型。

duch.seb / wikicommons.

F-35B推进系统的样机,包括通过连接到Pratt&Whitney F135涡轮通道的轴驱动的轧辊 - 罗伊斯提升风扇。这或多或少是可转换发动机布置。

一种混合电源,将电动转子推进与传统的动力装置相结合,是另一种可能性,但它仍然很长的路,尼森估计,并且会带来大量的额外复杂性和技术风险。在贝尔的研究中,目前的混合动力推进仅适用于“数千磅级别”的“非常低的毛重”飞机。

与传统的轴系发动机相比,混合动力发动机的重量损失更大。尼森认为,目前任何超过300马力的动力重量比都“相当糟糕”。对于HSVTOL概念,发动机功率起点为1000马力,而今天的V-22发动机功率起点为6000马力,功率重量比“非常难以超越”。考虑到这一点,为敞篷车改造的传统涡轮发动机很可能成为大型HSVTOL设计的首选动力。

贝尔

目前设想的三种不同尺寸的贝尔HSVTOL概念。

显然,Bell的三种HSVTOL概念都涉及到一定程度的低可观察性(LO),或隐形设计特征,尽管这被视为设计的一个方面,以适应竞争环境的生存。除了低空飞行,飞机还将被设计成“从特征角度看更有生存能力”,从一开始就加入了红外和噪声抑制功能。当然,与隐形战斗机不同的是,HSVTOL飞机需要在地面上以较低的速度飞行,或者至少在空中盘旋,而在敌对环境中,则需要全频谱生存能力。电子和红外对抗措施纳入防御套件也将是一个关键的特点。

尽管如此,“如果你的旋翼处于巡航模式,那么你就会拥有比任何其他旋翼飞机都要少得多的特征,”尼森说。“你不会与设计得非常低可观察/隐形的飞机竞争,但你将处于两者之间。你将有能力到达你不一定能到达的地方。”然后,一旦进入终点站进入脆弱期,HSVTOL飞机也将被期望机动或对抗潜在的威胁。正如尼森所观察到的,“光有肉眼可见的形状是不够的,你还需要其他技巧来提高整个任务的生存能力。”

战斗搜救等等

特别是HSVTOL概念和中型HSVTOL飞机,似乎是为空军特种作战司令部量身定制的人员恢复任务套装,目前提供CV-22B Osprey Tiltrotor,命令现在已经开始执行了寻找继任者.尼森说,除了AFSOC,还有潜力,然而,空战司令部可能需要未来的“射击和回收飞机”来实现它战斗搜索和救援要求.通过这种方式,可以设想无人HSVTOL Light可以作为载人中型HSVTOL平台的武装护卫,帮助其进入更具争议的地区。

速度、距离和低可观察的特性也将允许空军战斗搜救(CSAR)人员进入他们现在或不冒极端风险无法进入的地区。这是一个特别令人不安的问题,我们之前已经多次提出,因为在空军的战斗舰队中隐形飞机的扩张和全球更先进的防空系统的扩散。如果一架F-35或B-21无法在敌对地区生存,那怎么可能hh - 60要吗?考虑到未来空战行动可能涉及的范围,这些传统的旋翼设备甚至无法到达由隐形飞机执行战斗任务的地区。此外,速度本身是令人难以置信的价值与CSAR。因此,HSVTOL不仅可能成为一种战术上的奢侈,而且可能成为一种必需。

美国空军

美国空军刚刚投资了数十亿美元更新HH-60W Jolly Green II直升机,以重装其中巴安全直升机舰队,但这些直升机在同类国家冲突中有多大用处是高度有争议的。

值得一提的是,在直升机救援降落飞行员之前的每一分钟都意味着成功的机会越来越少。在CSAR中,速度是至关重要的。虽然V-22在这方面提供了一个巨大的飞跃,但HSVTOL提供了一个巨大的飞跃。

此外,还出现了对高速战术机动性、ISR和打击的新需求。Nissen说,三种HSVTOL概念的原因是为了回应“人们对战术机动性的广泛兴趣”。值得注意的是,Bell作品中最大的HSVTOL概念带有美国空军的尾部闪光,这种闪光通常用于货运飞机和空中加油机。

HSVTOL不仅是本课程中入境的最低障碍,这意味着它将需要最少的时间和金融努力来发展,但它也具有与许多无人驾驶举措有潜在相关的尺寸。这些包括海军陆战队的MUX要求美国要求一种能够从两栖攻击舰的甲板上垂直起飞和降落的无人机,以及美国空军的无人机低成本属性飞机技术程序或LCAAT。还有同样的服务Skyborg计划,这一切都是关于将人工智能驱动的“计算机大脑”插入无人机。HSVTOL Light可以为这些无人驾驶活动提供一个独特的平台。

贝尔

贝尔V-247警惕的人在过去一直是适合海洋军团Mux项目的。HSVTOL设计似乎对相同的要求似乎非常适合。

至于较大的HSVTOL概念,大致赫拉韦的设计,这可以提供美国军队的高速,垂直升降的潜伏运输,特别是对于特殊的运营作用。在敌人持有的或有争议的领域内,可以逃避敌人的空气防御,避免敌人的空气防御,逃避敌人的空气防御,这是一个的战场在过去进行了深入的研究,这里这里.考虑到在太平洋或任何地方的远征行动的现实,敌人有能力在很远的距离上摧毁机场,甚至为“大空军”提供跑道独立的一些战术空运需求可能是相当诱人的。

无论如何,接下来的主要步骤是建立和测试一个基于小型机身的技术演示机,具体时间取决于谁会站出来支持贝尔的概念。尼森说:“我们会选择任何人”,尽管美国空军、美国国家航空航天局或美国国防部高级研究计划局都是可能的候选人。

尼森说:“一旦飞机起飞,收购服务的时间就更重要了。”在这一点上,我们可能会开始看到对HSVTOL设计更广泛的兴趣,既用于已建立的人员恢复任务,也可能用于许多其他应用。当然,这将是一个方法,但在贝尔的感觉是,他们现在接近最后破解一个真正可行的HSVTOL飞机的挑战,公司可能的优势来写的努力下一章开始早在1960年代末。

联系作者:thomas@thedrive.com