主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫

从复合直升机，到直升-旋翼机，到可锁定的旋翼-机翼，这是一条从直升机向固定翼飞机过渡的路径。与此对应，当然也有一条从固定翼飞机向直升机过渡的路径。如果能使固定翼飞机的推进装置改变方向，不就能实现垂直起落了吗？

贝尔的XV-3是采用倾转动力的固定翼飞机的先驱之一。XV-3的处在翼尖的发动机是固定的，但驱动旋翼的桨轴可以倾转，所以叫倾转轴（tile shaft）。平飞时，旋翼向螺旋桨飞机一样驱动飞机，垂直起落和悬停时，旋翼通过桨轴向上偏转90度。为了保持直升机状态的飞行控制，XV-3的旋翼是和直升机一样的柔性旋翼，具有全套的总距和周期距控制。XV-3的动力不足，无法在超出地面效应的高度悬停，作为直升机的功效有限，但XV-3证明了将直升机和固定翼飞机结合起来的可能性，为贝尔日后争取到XV-15乃至V-22的合同至关重要。

以固定翼状态飞行的贝尔的XV-3，发动机不转动，旋翼的驱动轴转动，所以称tilt shaft，日后成为V-22的重要先驱

以直升机状态飞行的XV-3

XV-3在悬停状态，由于功率不足，XV-3不能在超出地面效应以上的高度悬停

XV-3从直升机状态向固定翼飞机状态转换的过程

与贝尔XV-3竞争落选的Transcendental 1G，这是由从Piasecki分出来的一批人设计的

和贝尔XV-3的技术相似，Transcendental 1G也是采用倾转轴

Vertol（以CH-46、CH-47出名，后为波音收购）XV-21，同样是Tilt Shaft

贝尔对柔性桨叶的局限清楚得很，在70年代，以XV-3的研究结果为基础，和NASA和美国军方合作，研制了采用半刚性桨叶的XV-15。XV-15的发动机舱和旋翼一起倾转，所以成倾转旋翼（tilt rotor）。半刚性桨叶可算是贝尔的看家本领了，当年红透直升机世界半边天的UH-1，就是采用半刚性的双叶旋翼，桨叶和桨毂刚性连接，但桨毂和桨轴通过跷跷板轴承柔性连接，利用前行侧桨叶的自然升起和滞后，带动后行侧桨叶的自然降落和超前。很神妙的设计，可惜只能用于双叶旋翼。贝尔将跷跷板的原理推广到三叶（理论上也可以更多片桨叶），估计就是在万向接头外包覆一个刚性的整流罩，所有桨叶和整流罩刚性连接。

桨叶和桨毂的经典的分立铰链式连接，挥舞铰、摆振铰“五毒俱全”

紧凑一点的重合式铰链连接

双叶桨叶特有的跷跷板式连接，省却了挥舞铰和摆振铰，贝尔的经典之作UH-1和AH-1就是用这种结构

从跷跷板进一步发展而来的万向接头式连接，估计贝尔的半刚性旋翼就是在万向接头外包覆一个刚性的整流罩

贝尔的半刚性旋翼保留了直升机的总距和周期距控制，用于在悬停或直升机飞行状态时的飞行控制。贝尔还采用了宽弦、大弯度的桨叶，是桨叶最大限度地在前飞时接近常规螺旋桨的特性。XV-15引起了军方极大的兴趣，飞行试验远远超过简单的悬停、平飞和直升机-固定翼飞机之间的状态转换等概念证明型的试飞科目，而是进入了演习场、两栖登陆舰等接近实战的条件下的试验。美国军方对实验结果相当满意，这直接导致最终的四大军种联合研制的V-22“鱼鹰”项目。V-22是历史上第一架也是仅有的一架可以垂直/短距起落的量产型运输机，V-22故事的细节请看《吃鱼是如何被熊掌梗住的》。

贝尔XV-15在悬停中

XV-15在平飞中

为了尽可能减小迎风阻力，倾转旋翼的旋翼直径应该在不影响直升机状态下的性能的前提下尽可能减小。但较小的旋翼不可能不影响直升机状态的性能，最突出的就是所谓“涡流环”现象。直升机在快速下降过程中，要使旋翼进入自己的下洗气流，或下洗气流造成的涡流，旋翼和周围空气之间的相对气流方向和相对速度出现本质变化，可能出现“打滑”而失去升力，这时候越是增加旋翼功率，打滑越严重，这就是所谓的“涡流环”现象。常规直升机也会出现“涡流环”现象，但小直径的旋翼更容易进入这一状态。V-22在试飞中几次引人注目的坠机，大多出自这个原因。在悬停或直升机状态时，倾转旋翼在理论上可以通过控制左右发动机的推力来控制横滚，用旋翼的前后转动来控制俯仰，偏航比较难办，可以用旋翼下洗气流作用在机翼的襟翼上，辅以一定的横滚作用来实现。但事实上，增减发动机推力的灵敏度不够，反映不够快，控制量也不够精细。用机电控制倾转旋翼来实现俯仰控制，灵敏度问题更大，无法适应恶劣天气时的飞行要求。实用化的倾转旋翼的V-22（及其前身XV-15）都是采用直升机桨叶，即保留了全套直升机的总距和周期距控制，而不是只可以调节桨距的螺旋桨，所以直升机状态的V-22的操控和直升机无异。在以螺旋桨-旋翼为基础的垂直/短距起落飞机中，倾转旋翼是最成熟的方案。美国的V-22在饱经千难万险之后，终于开始量产。

直升机状态前飞中的V-22在空投伞兵

V-22的半刚性旋翼清晰可见

V-22的宽弦、大弯度、无铰、无轴承桨叶清晰可见

起飞、着陆时，襟翼放下，最大限度地减小对下洗气流的遮挡

V-22双机编队平飞

作为直升机，V-22可以外吊负载，这是固定翼运输机没有办法做到的绝技

V-22着舰试验，一侧旋翼在甲板上空、一侧旋翼在舷外时，两侧升力不均匀，容易造成事故。一架接一架紧接着快速降落时，前面飞机造成的空气涡流容易使后面的飞机进入危险的“涡流环”状态（vortex ring），造成旋翼吃不上劲，导致坠机

为了适合上舰的需要，V-22的旋翼可以折叠，机翼还可以横转90度，和机体平行，以节约占地空间

这是在两栖登陆建“塞班”号机舱内的情景

V-22较快的速度和较大的航程，使其成为搜索救援的理想平台

V-22的性能被说得如此出众，人们不禁疑惑，为什么总统的“海军陆战队一号”要选新机时，没有选V-22？