薛 蒙，孙 强

(1.海装项目管理中心， 北京 100071；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

常规直升机飞行速度已经接近构型极限，瞬息万变的战场态势对其时效性提出了更高的使用需求，促使人们对新构型直升机技术的发展进行更深入的探索。除复合式直升机以外，目前一个方向是针对旋翼系统性能的提升研究，如ABC旋翼，形成共轴或单旋翼带单侧机翼构型；另一个方向是倾转旋翼构型，通过旋翼倾转，大速度飞行时使旋翼旋转方向与来流速度垂直，使其理论最大速度可逼近音速。第三代倾转旋翼机V-280超越了V-22的各项性能，在2019年1月份达到了280节(约518千米/小时)的巡航速度，远超过美国陆军对新一代旋翼机的巡航速度要求(425千米/小时)。不同载重下，V-280的作战半径最低为930千米，最高可达1480千米[1]。

倾转旋翼机生存力强，速度与航程远优于常规构型直升机，油耗是同吨位直升机的50%，噪声水平远低于同吨位直升机，综合运输效率远高于共轴刚性旋翼高速直升机和常规构型直升机，特别适合执行兵员/装备突击运输、战斗搜索和救援、特种作战、后勤支援、医疗后撤等方面的任务。随着技术的成熟和发展，倾转旋翼机以其卓越的飞行性能和潜力，越来越显示出这样一种可能，即像人们所期望的那样成为21世纪的主流机种之一[2]。

1 倾转旋翼机军事需求分析

1.1 倾转旋翼机是海军两栖作战之利器

在相同吨位情况下，倾转旋翼机运输效率约为常规的直升机4-6倍。舰载旋翼类运输机中，倾转旋翼机运输效率最高。

强于世界者必盛于海洋。遍观世界局势，大国之争与未来资源之争直指海洋。海洋、岛屿争端和摩擦必将不断升级。在此背景下，传统军事强国以及新兴大国海军都有加强两栖登陆装备建设的迫切需求。固定翼飞机由于对跑道要求较高，难以在两栖登陆舰上起降，且受重量尺寸限制，对机舰适配性要求较高。而倾转旋翼机由于具备速度快、可垂直起降、无视水深和海岸地形等方面的优势，可作为未来首选的两栖登陆装备。

倾转旋翼机执行两栖突击任务，可从本土沿海机场或驱逐舰起飞，覆盖500千米半径的圆形区域，并保持近1个小时的任务时间，具有极强的战术灵活性。在冲突爆发时，能够完成作战力量的及时投送，抢得先手优势。与登陆艇主要用于较低对抗强度下的大规模登陆运输不同，倾转旋翼机主要用于人员和轻型装备突击运输、远距离/大纵深两栖突击机降等突出机动性、灵活性的任务。在海军整体的两栖作战中，倾转旋翼机作为先锋和奇兵，能显著增强海军登陆作战中的机动部署能力和奇袭能力，有助于迅速开辟滩头阵地和抢占有利地形，取得先手优势。

1.2 倾转旋翼机是近海快速投送的理想工具

倾转旋翼机航程和速度都倍优于普通直升机，且可以通过机翼和旋翼之间的优化设计，实现4倍以上的航程，或3倍以上的飞行速度，尤其适合近海快速投送。

距离本土陆地较远的近海，如300千米以外区域，目前由于缺乏合适的运输工具，对大多数岛屿上驻守的官兵的补给和支援主要是依靠船只，其速度慢，对于突发事件的应对能力差，难以满足岛屿物资和人员的快速运输需求。通过修建机场跑道虽然能解决日常供给，但是考虑到在战时，机场跑道通常容易受到敌方的首先攻击和破坏，因此战时需要考虑采用非常规固定翼运输机的方式，来实现人员和物资的快速补给和增援，以快速应对突发事件，掌握主动权。而目前常规直升机受限于航程和载荷，难以完成上述任务，因此海军亟需发展近海快速投送装备。而倾转旋翼机能够利用其大载荷、远航程、垂直起降能力，实现跨海域直飞，大幅提高前线基地的快速运输和补给能力；也可以以典型前线岛屿基地作为支点，实现对大范围海域地区的覆盖，大幅提高军事强国对海洋的管控能力。

1.3 倾转旋翼机是舰载运输反潜搜救的重要组成部分

在海军航空母舰、大型水面舰艇作战编队中，要求快速运输、反潜能力与之配套提升。倾转旋翼机相比直升机具有更快的速度、更远的航程、更大的载荷，更适合作为舰载反潜的平台，可以携带雷达、声纳、磁探测等多种搜索设备，遂行反潜任务。

倾转旋翼机可与舰载运输机等一同构成航空母舰等大型水面舰艇的快速运输体系，利用其垂直起降的特性，在没有机场的区域遂行特种运输任务，弥补常规舰载运输机需要跑道的缺陷，提升海军特种运输的能力，特别是提升了人员、物资的紧急运输能力，可满足医疗转移、人员紧急转移等需求。

倾转旋翼机特别适合作为搜索和救援的平台，能够在第一时间快速奔赴救援地点，开展搜索与救援工作，也能在海上、山区等特殊环境中执行人员/物资快速运输、伤员转移、灾难评估等任务。作为未来搜索和救援体系的主力机型之一，该机型能够大幅提升海洋搜救能力。例如在民用航班失事或战时搜救行动中，若采用倾转旋翼机，并以大型水面舰艇为搭载平台，则能够实现在南海、印度洋等区域的快速大范围搜救，提高搜救效率。

此外，倾转旋翼机还可以对关键航道进行护航，对海盗等武装分子进行快速打击；也可执行武装侦察任务，携带侦察设备在中低威胁区域对水面舰艇等进行监视，在海上维权、海上反恐等方面发挥独特的作用。

2 倾转旋翼机关键技术

2.1 倾转旋翼机旋翼-机翼的气动干扰问题

倾转旋翼机特有的气动干扰问题涉及到旋翼-机翼、旋翼-旋翼、旋翼-机身、旋翼-尾部等多个方面，其中以垂直飞行和悬停时旋翼-机翼的气动干扰最为重要，它对倾转旋翼机的有效载荷影响最大。国外通过机翼倾转、部分机翼倾转以及襟副翼偏转尽量降低相互干扰，见图1。

图1 倾转旋翼机旋翼-机翼气动干扰

2.2 旋翼倾转过程中的气动特性问题

倾转旋翼机垂直飞行和悬停时的气动特性与横列式直升机相似，巡航飞行时与涡桨飞机类似，这两种状态下气动特性的解决都有类似的成果或经验可借鉴，但旋翼在倾转过程中的气动特性的确定是倾转旋翼机独有的关键技术之一，是一个非常复杂困难的问题，见图2。

图2 国外旋翼倾转过程中非定常气动特性研究

2.3 倾转旋翼机的动力学问题

倾转旋翼机的动力学分析是倾转旋翼机发展的技术难题之一。桨叶挥舞/摆振耦合、桨叶之间通过桨毂的相互运动、动力耦合等都无法用传统的直升机旋翼动力学方法进行分析。XV-3 倾转旋翼机曾在飞行中反复遭遇机翼/旋翼塔柱/旋翼稳定性问题，其飞行试验几乎花了3年时间才取得有限进展。1956年7月，第1架 XV-3因旋翼空中不稳定而坠毁。为了消除XV-3的不稳定性，机翼增加了外支撑来提高机翼刚度，用半刚硬的2片桨叶旋翼取代全铰接式3片桨叶旋翼，见图3。

2.4 倾转旋翼机过渡走廊的飞行控制问题

倾转旋翼机过渡飞行模式的倾转过程只能在一定的飞行速度范围内进行。短舱倾转角度-飞行速度包线称为“过渡走廊”，只有在这个范围内过渡飞行才是安全的。

图3 2片桨叶的XV-3

倾转旋翼机在低速飞行模式下类似于直升机，旋翼是主要的升力面、推进器。高速飞行模式下，机翼为升力面，旋翼仅承担提供拉力的角色。过渡飞行模式的旋翼随发动机短舱不断倾转，飞行器的气动外形和飞行速度不断变化，因而过渡飞行是一种变构型、变速的飞行过程。短舱开始倾转进入倾转飞行模式时，升力从主要由旋翼承担过渡到主要由机翼承担。飞行速度过低会导致机翼失速，飞行速度过高则受到旋翼前行桨叶压缩性与后行桨叶失速的限制以及旋翼可用功率的限制，甚至还受旋翼/机翼动力稳定性的限制。由于倾转旋翼机既有直升机的操纵，又有飞机操纵，存在操纵冗余，因此，过渡路径很多，有必要研究最优过渡路径，使过渡飞行模式既安全，又平稳。相关控制律设计还涉及冗余操纵、可靠性、安全性和鲁棒性等问题，较为复杂。

3 倾转旋翼机发展思路建议

除美国外，加拿大、以色列、韩国、意大利等国家均已有倾转旋翼机实现了军事应用或商业化发展，包含有人和无人多种构型。随着技术的成熟，其安全性的优势也逐渐彰显。美国海军陆战队45万小时的飞行数据表明，其事故率仅为常规直升机的一半。通过科研探索，实现原理样机的飞行，对具有直升机工业基础的国家和地区，难度也不大。

但倾转旋翼机技术发展至今，其意义已远非一种型号，而演变为一种与直升机并列或替代的机种平台。在此基础上，为了进一步拓展倾转旋翼机适用范围和提升其发展潜力，应当把倾转旋翼机作为下一代直升机发展方向之一进行大力推进。需要在与倾转旋翼构型相匹配的机体结构、动力系统、传动系统、旋翼系统、飞控系统、航电系统、传感器、武器系统等诸方面开展针对性的研究，并逐步实现跨代技术的工程实用化。此外，应结合目前人工智能等新兴技术的发展，针对性地在智能多旋翼倾转构型、变转速变直径技术、涵道倾转自主控制、油电混合及特殊动力等方面进行突破，以研发出飞行效率更高的倾转旋翼机。

任何事物都有其两面性，倾转旋翼机也存在技术复杂度大，精密制造要求严，单机成本高，执行高速突击任务时着弹面广等局限性。从客观现实和长远综合看，倾转旋翼机融合了直升机与固定翼飞机的优点，是一种军民两用的高技术产品，在未来高技术战争和国民经济建设中必将发挥巨大和广泛的作用。