主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫
刚性旋翼应该比较简单吧
感觉用那个NOTAR，加上一个推进螺旋桨和刚性旋翼的组合，应该能做出速度很快的直升机。
另外，问下如果进气道在机翼后上面，会不会有增升的作用？
上翼面的气流，会被吸到发动机里，应该气流速度会更快吧，尤其是起飞的时候，应该能够增加升力吧，但是好像没看到过这样设计的，是不是增加的太小，不值得？还是别的原因？
这只是从旋翼的气动特性来说，实际上，那么大的旋翼，不管是否产生升力，都有很大的阻力，所以实际上的理论极限速度还不到M0.5，而是420kph（不要问我怎么计算出来的，我也不知道，只是抄书抄来的）。
交替、并列或共轴双桨可以解决后行桨叶失速的问题，但阻力问题更大了。
“后行桨叶失速也就不成为问题”只有有其他措施为本来应该由旋翼产生的升力卸载时才有可能，比如说，复合直升机的机翼在前飞中产生主要升力，而旋翼基本不产生升力，那时旋翼是不是失速，就无关紧要了。当然，这也是说来容易做来难，旋翼不产生升力，但仍然在旋转，仍然周期性地承受不同的扭力，如果不能保证桨叶平直、刚性，可能会出现过度的气动振动，导致桨叶受损。“夏延”就是栽在这上面。
请看《夏延的故事》。现在看来，里面有些叙述是错的，懒得改了，将就吧。
一直对夏延的故事很感兴趣，但对夏延的原理不甚了了，我也是在写夏延的故事（和后面的V-22）的时候，开始更多地学习直升机的原理。直升机比固定翼飞机好玩多了，很多原来以为简单的事情，都不简单，奥妙深着呢。
刚性旋翼或许在制造上简单，但在气动原理上比柔性旋翼复杂很多，所以到现在还是只有极其有限的应用。如果不解决刚性旋翼的高速稳定性问题，老兄的设想只是把夏延的尾桨改称NOTAR，没有实质性的区别，还是会有高速下桨叶稳定性的问题。
进气道紧贴机翼后上方的做法很罕见，主要原因有两个：
1、上翼面的气流必须和下翼面的气流在机翼后缘汇合，才能产生升力。换句话说，只有“同一股”气流在上下翼面之间产生速度差，才能产生升力。要是气流分离了，升力就没有了。否则鼓风机岂不都要飞起来了？
2、上翼面的气流在流经后缘的时候，有一个下洗作用，所以进气道的位置也不对。看看这JAS39在着陆时的机翼下洗气流
发动机对进气道的要求是进气速度在整个正面上均匀，这样压缩机效率最高，设计也最容易。所以，有条件的话，进气道都是布置在有“干净”气流的位置。米格-19的进气道在机首，就是因为这样布置，对当时还不发达的气动设计手段来说，最容易保证性能。民航客机的翼下吊挂发动机也是向前伸出去，一样的道理。
洛克希德在直升机领域里是一个外来户，所有没有什么历史负担，从一开始就对刚性旋翼和复合推进很感兴趣。XH-51是洛克希德对复合推进的一个早期尝试，采用机身两侧的两台喷气发动机作推进动力，其研究结果后来应用于时运不佳的AH-56“夏延”攻击直升机。“夏延”在60年代是惊世骇俗的，其复合推进虽然先进，但还不出人们的想象，但其刚性旋翼就有点匪夷所思了。和前述的常用的柔性桨叶不同，刚性旋翼的桨叶没有任何铰链，桨叶和桨毂是刚性联接的，桨毂和桨轴也是刚性联接的，但在旋翼上方另有一个高速旋转的摆锤，就像两头挂上重物的飞旋的扁担一样。摆锤的旋转平面可以改变，从而改变旋转轴的指向，产生科里奥利力，为“夏延”在直升机状态时提供姿态控制。“夏延”在全速前飞时，主旋翼几乎不消耗功率，只用少量功率保证旋翼继续旋转，大体靠空气阻力自旋，产生部分升力，另一部分升力来自于短翼，飞行控制也靠气动舵面， 基本上已经不是直升机，而是旋翼机了。
洛克希德XH-51研究直升机，采用机身两侧的喷气发动机提供推力，其研究结果后来用于下马的AH-56“夏延”
下马的AH-56“夏延”，放弃喷气发动机，改用较常规的推式螺旋桨推进
说到旋翼机（autogyro，gyrocopter或gyrodyne），这其实在早期和直升机得到同步发展，但由于种种原因，淹没在历史的长河里了。旋翼通过旋转产生和空气的相对速度，进而产生升力。在这一点上，旋翼机和直升机是一样的。但直升机的旋翼靠机械动力旋转，而旋翼机的旋翼靠空气阻力旋转。换句话说，旋翼机的旋翼像风车一样，是无动力的，一定要在推进发动机推动飞机前行时，才能产生升力，所以不能实现真正的垂直起落。但旋翼机所需要的滑跑和固定翼飞机还是不能比，起飞只需要20米不到的滑跑距离，着陆距离10米都不到。旋翼机有一些独特的优点。前飞时，旋翼机的旋翼是后倾的，以产生升力，所以旋翼机没有直升机前飞时旋翼的“降力”问题。旋翼机的旋翼反正是自转的，一旦发动机停车，旋翼机可以靠惯性自旋着陆，和正常着陆无异。旋翼机的抗失速和无动力着陆性能是Juan de la Cierva设计旋翼机的初衷，事实上，他就是在自己设计的固定翼飞机接二连三失速坠毁后，才开始着手研制不会失速的旋翼机。由于旋翼机的旋翼是在阻力作用下自转，桨轴不是驱动轴，旋翼机没有反扭力问题，所以不需要尾桨或任何其他反扭力装置。Juan de la Cierva的挥舞铰和摆振铰就是在研制旋翼机的过程中发明的，他还没有来得及设计直升机，就在36年的一次起飞空难中去世了，失事的原因恰恰是在低空低速时失速，正是Cierva的旋翼机想要解决的问题。
图中显示了固定翼飞机、旋翼机和直升机在产生升力和推力上的差异
30年代时，Cierva的C-30旋翼机生产了约300架，Cierva用一架C-30在28年成功地飞越了英吉利海峡
德国海军设想过用FL282帮在水面航行的潜艇放哨，设想不错，但敌机、敌舰来了，潜艇可以一潜了事，这空中的FL282呢？就只能看飞行员的游泳本事了
直升机也可以自旋着陆，但直升机的自选着陆和固定翼飞机的滑翔着陆一样，不是一件轻松愉快的事。直升机要及时调整旋翼姿态，否则阻力和“降力”的作用很快就可以使旋翼停转，造成事故。直升机在自旋过程中，尾桨本来要抵消的反扭力没有了，但尾桨还在通过同步轴和主旋翼一起转动，所以还要一直踩左舵（旋翼逆时针旋转的情况下），才能自己不打转转。直升机在低空低速时，有一个“死亡区”，在这个速度高度范围内，一旦发动机停转，直升机的旋翼没有机会调整姿态，只有死路一条。旋翼机没有这个问题。
由于旋翼机的简单性，旋翼机在30年代曾蓬勃发展过一段时期，但旋翼机缺乏直升机特有的悬停和非常规机动能力，在平飞速度上又不及固定翼飞机，在二战后淡出了。旋翼机尽管可以做准垂直降落和跳跃起飞，但短滑跑或跳跃起飞后，仍然按接近固定翼飞机的航迹爬升，所以机场周围还是需要一定的净空。然而，“夏延”将直升机和旋翼机的优点结合起来，开创了一条新的思路。可惜“夏延”遇到太多技术问题，一是在旋翼机和直升机状态转换过程中的稳定性问题，弄不好就要摔飞机，二是高速平飞时旋翼怠速旋转，离心力不足以使桨叶绷直以保持刚性，在周期性气动扭力的作用下，刚性联结的桨叶、桨毂容易诱发强烈振动，导致失控。“夏延”尽管创造了当时的速度和机敏性记录，但最后还是黯然下马了。近年的CarterCopter的技术验证机Heliplane是旋翼机的最新杰作。这是一架奇怪的飞机，起飞前，用发动机驱动旋翼，桨距为零，所以旋翼只旋转但不产生升力（当然也不产生反扭力）；起飞前的瞬间，旋翼和发动机断开（否则没有尾桨的旋翼机就要在空中打转转了），发动机改而驱动推进螺旋桨，与此同时，旋翼桨距加大，旋翼靠翼尖配重的惯性继续维持旋转一段时间，产生升力，飞机垂直跃离地面，而这时推进发动机已经开始发挥作用，推动飞机前飞，旋翼靠气动阻力维持旋转，产生升力；飞机加速到一定速度后，过渡到主要靠机翼产生升力，旋翼怠速自旋。Heliplane着陆靠自旋着陆。跳跃起飞其实在Cierva后期的旋翼机上已经实现，并不是新东西，平飞时用机翼为旋翼卸载也不是新东西，但CaterCopter将这两样东西结合起来，为被时间淹没的好主意注入了新的活力，从新引起人们对用旋翼机技术达到直升机的垂直起落效果和固定翼飞机平飞时省油效果的关注，其跳跃起飞的功能在事实上实现了垂直起飞。CarterCopter当然不是简单的炒冷饭，还是采用了时代提供的新技术的，比如旋翼的惯性远远高于传统旋翼，这是通过在旋翼里埋设了贫化铀来实现的。高惯性旋翼使旋翼运转大大平稳，离心力使桨叶保持平直和刚性，避免了“夏延”为之折戟沉沙的高速飞行时桨叶不稳定问题。在前飞中，CaterCopter曾在短暂时间内，前飞速度高于旋翼翼尖线速度，是第一个冲破这个理论极限的旋翼飞机（包括直升机和旋翼机）。CarterCopter用于载人飞行或许过于前卫了一点，但用于无人机，是一个很好的思路。
CarterCopter的技术验证机Heliplane，可以垂直地跳跃起飞，在试飞中曾突破前飞速度不能超过旋翼翼尖线速度的极限
德国在战后对垂直/短距起落飞机有极大的兴趣，在战时以Me-109、Me-262 战斗机扬名世界的梅塞斯米特放弃了对战斗机的研制，而把创造的热情扑向这里，Me-2030是众多方案的一个，这喷气式旋翼机的概念很吸引人，但还是无疾而终了
兼沙发
面面俱到！
30年代末，大学刚毕业的Friedrich von Doblhoff异想天开，建议在旋翼翼尖上安装法国工程师Rene Leduk早年发明的冲压式喷气发动机，驱动旋翼，现在称之为喷气翼尖（tip jet）。发动机驱动旋翼旋转是造成反扭力的原因，即使新奇的方案如“夏延”，依然逃脱不了采用尾桨平衡反扭力的布局。喷气翼尖在桨叶内通过管路向翼尖输送高压压缩空气，压缩空气从翼尖向后喷出，就可以推动桨叶转动。喷气翼尖的极端是直接在旋翼翼尖安装微型喷气发动机，喷气驱动旋翼旋转。由于桨轴不是驱动轴，旋翼转动没有反扭力，所以不需要尾桨。桨叶内输导压缩空气的能力有限，结构也复杂，但发动机可以放在机体内。翼尖喷气发动机的方案在技术上更有诱惑力，燃料在离心力的作用下，可以容易地向翼尖输送，燃烧用的空气也主要由管路输送过来的压缩空气提供，因为在翼尖的发动机进气受圆周运动的影响太大。发动机必须轻小，一般采用结构简单的脉动喷气发动机（pulse jet）或冲压喷气发动机（ram jet）。喷气翼尖的问题是噪声不仅巨大，而且尖厉，有规则，特别烦人。不过最大噪声实际上延续时间不长，只有起飞和着陆的一、两分钟时间，不过这没有能够使环保组织的反对声轻下去。Doblhoff在战时的研究工作取得了有限的成果，战争结束时，Doblhoff用卡车拉着样机和资料，和工作人员一起从苏军正在逼近的奥地利往西撤退，最后在德奥边境向美军投降。战后，Doblhoff和他的样机一起到了美国，Doblhoff到美国麦克唐纳工作，主持了麦克唐纳XV-1的设计，这是美国第一架喷气翼尖的直升机。与此同时，但Doblhoff的主要结构设计师和试飞员August Stepan去了英国，日后成为Fairey Rotodyne的主要设计人之一。然而，喷气翼尖、推进发动机和固定的机翼相结合，有效地将直升机、旋翼机和固定翼飞机的优点结合起来。
Hiller应该说是喷气翼尖的另一个先驱，在50年就推出了HOE-1研究直升机
麦克唐纳在从德国“俘虏”过来的喷气翼尖鼻祖feiedrich von Doblhoff的主持下，在54年代研制了XV-1研究直升机，除采用喷气翼尖外，还在机身尾部单独采用推进螺旋桨提供推力，尾撑顶端的小型螺旋桨用于方向控制
最著名的采用喷气翼尖的旋翼-直升机要数英国Fairey的Rotodyne。60年代城际交通迅速发展，短途航空旅行的诱惑力日增，但固定翼飞机需要远离城市的机场的问题，始终限制了短途航空旅行的发展，很多垂直-短距起落飞机的方案应运而生。城际中短途空运不要求悬停或非常规机动性能，垂直/短距起落能力更为重要，所以旋翼-直升机具有相当的吸引力。Fairey Rotodyne用喷气翼尖实现垂直起落，用旋翼的周期距控制俯仰和横滚，翼下双发差动推力控制在直升机状态下的方向，在平飞阶段，气动舵面辅助飞行控制。机翼在平飞阶段产生一半以上的升力，旋翼德桨距减到最低，靠空气动力自旋，以减小阻力。Fairey Rotodyne在试飞期间，创造了伦敦市中心到巴黎市中心的速度记录。旋翼-直升机的无滑跑倾斜起飞和准垂直降落，不仅极大地降低了对机场跑道和净空的要求，也由于起落空间不重叠，实际上增加了同等机场空间内起落架次的容量。由于噪声、资金和60年代初英国航空工业的全面重组，Fairey被Westland收购，Westland把重点转移到以引进的西科斯基技术为基础的常规直升机的研制上，Fairey Rotodyne下马了，所有资料和工具被销毁，样机被肢解，至今还有不少人惋惜。进入21世纪，喷气翼尖又有死灰复燃的迹象。美国Groen Brothers提出用喷气翼尖驱动旋翼，研制C-130一级的大型旋翼-直升机，作为战场空运的主力，满足从CH-47到C-130之间的战术空运需要。Groen Bothers方案最大的诱惑在于，这个改装思路可以用于任何现成的上单翼运输机，比如C-130。旋翼的支点在上单翼和机身的结合部，可以最大限度地减小对飞机重心和气动特性的影响，理论上可以以比重型直升机或倾转旋翼飞机低得多的代价，开发具有垂直起落能力的大型飞机。如果不强调悬停和非常规机动的话，旋翼-直升机的魅力确实是很大的。
采用喷气翼尖最著名的还是Fairey Rotodyne，本来是很有潜力成为中短途城市航运的主力的
Fairey Rotodyne在飞行中的雄姿
Rotodyne在一开始接到很多航空公司的意向订货，但英国的“国航”BAE最终没有下订单，别的意向订货也在一夜之间蒸发了，堪称是“协和”式的前奏
Fairey被Westland收购后，由于英国政府资金不足，英国空军和英国“国航”的订单不到位，在成功的试飞后下马了，设计资料、工具、样机全部销毁，今天只能在画上自慰了
美国的Groen Brother公司是旋翼机的最新热衷者，Groen Brothers向美国军方建议，用C-130一级的机身，配以带喷气翼尖的旋翼系统，实现垂直起落。
Groen还想诱惑海军，用作航母上的运输机
Groen Brothers也在向森林灭火部门推销这个方案
不过NOTAR专利好像还在波音手里
怎么连资料也要销毁？存档参考不行吗？
恭喜：意外获得【西西河通宝】一枚
鲜花已经成功送出
60年代初是英国航空工业最悲惨的年代，已经试飞再下马的有Rotodyne直升-旋翼客机、TSR.2侦察-攻击机、P.1154超音速垂直/短距起落战斗机、Brabazon客机（个头和波音747相当）等，而且英国人不知道犯了什么病，下马的项目统统“斩尽杀绝”，资料、样机、工装，一样不留，加拿大的Avro Arror也是一样。现在连博物馆里都找不到踪迹了。
限制直升机速度的一个重要因素是旋翼桨叶的挥舞，桨叶的惯性在不断地挥舞中增加了机械振动，铰链的磨损（或弹性元件的疲劳）使直升机的可靠性总是不如固定翼飞机。常规直升机的柔性桨叶虽然是非常规机动成为可能，但柔性的桨叶也限制了直升机的机动性，难于像固定翼飞机一样做迅猛的滚翻、拉起、俯冲、盘旋动作，过于激烈的机动动作可能使桨叶和机体碰撞，严重危害飞行安全。刚性桨叶的限制要小得多，采用刚性桨叶的直升机或许有这样、那样的问题，但都具有比常规直升机远为出色的机动性。为此，刚性桨叶一直是直升机研究的一个目标。洛克希德“夏延”的下马给刚性桨叶的发展蒙上阴影，但刚性桨叶的研究并没有就此偃旗息鼓，近来又柳暗花明的迹象。
为了大幅度提高直升机性能，美国从70年代开始，进行了一系列直升机研究机项目。西科斯基的“前行桨叶概念”（Advancing Blade Concept，简称ABC）在较早就获得成功。如前所述，刚性旋翼的一个大问题是由于前飞的相对速度叠加在旋翼旋转速度引起的非对称升力，但对于刚性的共轴反转双桨来说，两边的非对称升力叠加起来，就对称了，刚性的桨叶和桨轴吸收所有的扭力，这就是ABC可以免去挥舞铰的基本思路。由于刚性桨叶没有挥舞，上下旋翼可以离得很近，而没有碰撞的危险。差动式地加减上下旋翼的桨距以形成扭力差不仅形成水平方向上的转向，还由于刚性旋翼非对称升力造成横滚，进一步加速转弯过程，所以ABC具有异乎寻常的机动性，大大超过常规直升机。ABC直升机有专用的推进发动机，高速平飞时，用气动舵面实现飞行控制。采用ABC的S-69（军用代号XH-59A）参加了LHX竞争，但技术终究不够成熟，在悬停中低头或抬头也比较困难，落选于同出于西科斯基的常规旋翼加涵道尾桨的方案，后者最终成为RAH-66“科曼奇”，现在也下马了。
西科斯基XH-59A“前行桨叶”概念研究机，用共轴反转的刚性旋翼，既抵消扭力，又抵消非对称升力
流线型的S-69蛮俊俏的
LHX竟标获胜的“科曼奇”RAH-66现在也下马了
前行桨叶在无人机的大潮中得到复苏，西科斯基的Mariner/Cypher II将前行桨叶和涵道风扇结合起来，动力从“碗边”通过传动轴传递，可以分别传递给上下旋翼，而不必用套筒轴驱动，大大简化机械设计和制造。理论上涵道可以改变气流方向，解决后行桨叶失速（retreating blade stall）问题，提高直升机速度。但涵道本身增加重量，更是增加迎风阻力，如果像Mariner那样开在中机身，还妨碍机内载荷和设备的布置。西科斯基在Mariner上使用前行桨叶，与其说是为了速度，不如说是为了减小旋翼直径。涵道的采用和和后行桨叶失速没有太大关系，主要是无人机整体布置上的方便，涵道结构本身容纳发动机和机载设备，加上涵道有良好的侧向隔音作用，特别有利于巷战或特种作战使用。
西科斯基的Mariner/Cypher II，是美国海军无人机竟标中的候选之一
Mariner/Cypher II的前身Cypher在美国陆军本宁堡步兵学校的演习场作巷战演示
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西方党派政治有时也挺害人，而且危害深远。
实在想不通，留做技术储备也好啊。