在倾转旋翼机努力进化时,该概念的另一个分支——倾转涵道机也随之出现。后者在设计上并没有太大不同,只是把翼尖的倾转螺旋桨包在涵道内,桨尖涡流损失最小化提高了螺旋桨/风扇的气动效率,并使推力更加集中,涵道本身在平飞中也能产生升力,涵道后缘还可设置可动叶片来控制排气方向。但倾转涵道的缺点在于阻力更大,因此不适合高速飞行。
倾转涵道机 多克Model 16 前道格拉斯飞机公司工程师小埃德蒙·多克于1940年在加利福尼亚州托兰斯建立了自己的公司,承接其他飞机制造商的分包业务。上世纪50年代初,多克萌发了研制垂直起降飞机的想法。1956年,美国陆军运输研究与工程司令部授予多克公司研制一架验证机的合同,多克Model 16倾转涵道验证机于 1958年2月25日在托兰斯市机场进行了首次飞行。 外形古怪的多克Model 16 Model 16是一架纤细的飞机,一开始为了减轻重量,其钢管机身没有蒙皮,由于试飞证明气动阻力过大,因此安装了玻璃纤维鼻锥和机身铝合金蒙皮。Model 16的气泡式座舱盖之下是串列双座座舱,机身中部安装有翼展很短的平直中单翼,两端各有一个直径1.22米的倾转涵道,内置一副8叶风扇。安装在机身中部的涡轴发动机通过传动轴驱动风扇,其半圆形进气口位于机背。Model 16一开始安装的是功率630千瓦(840轴马力)的莱康明YT53涡轴发动机,后来升级为750千瓦(1000轴马力)的T53-L-1。
该机具有传统的T形尾翼组件,腹鳍兼具防擦器作用。涡轴发动机排气通过尾喷管的一组叶片排出,以控制俯仰和偏航。该机在悬停中的滚转操纵通过风扇叶片桨距差动进行。Model 16的前三点式固定起落架来自塞斯纳182飞机,在制造中最大限度利用现成部件以降低成本。 尾部的矢量控制装置 1958年5月5日,Model 16完成了从垂直飞行-水平飞行并再次返回的首次过渡。虽然Model 16存在一些问题,都不是无法解决的大问题,该机在1958年夏天试飞表现相当亮眼。
Model 16的涵道风扇
多克Model 16在1959年9月被移交给美国陆军进行试飞,被赋予VZ-4DA的军用编号,其中“DA”代表“涵道飞机”,该机的实际试飞由NASA进行。1960年由于多克公司遇到了财务问题,道格拉斯公司接管了该项目。虽然Model 16的试飞进展顺利,但美国陆军认为倾转涵道机在性能上并没有超过直升机太多,于是在1963年终止了该项目。多克Model 16随后落入NASA手中,最终被弗吉尼亚州尤斯蒂斯堡的美国陆军运输博物馆收藏。 平飞状态的多克Model 16 尽管贝尔正在潜心研究XV-3倾转旋翼验证机,但该公司同样关注倾转涵道技术。贝尔的倾转涵道机研究始于1953年,提出了D-190搜救机概念,但没有制造实机。1957年,美国海军授予贝尔一份倾转涵道突击运输机研究合同,该公司开始了正式研究,并向美国海军陆战队和陆军提出了该机的衍生概念。由于此时军方手头的垂直起降飞机项目数量飞速增加,为了解决遍地开花的问题,1959年美国国防部设立了“垂直起降飞机特设委员会”。
贝尔D-190倾转涵道机方案
委员会合并了各军种的垂直起降飞机项目,启动了上文提到了三军垂直起降项目,并在1961年颁布了初步方案征求书,引来许多飞机制造商。1962年贝尔获得了研制两架X-22A倾转涵道验证机的合同,第一架飞机在1965年5月25日首飞。 X-22A主要由铝合金制成,机身四四方方,具有四个倾转涵道,两个前涵道直接安装在前机身两侧,两个后涵道安装在短翼末端。所有涵道后缘都有一片固定水平翼片,后涵道两侧还有固定翼尖。X-22A的垂尾很高大,机翼内侧安装四台通用电气YT58-GE-8D涡轴发动机,单台功率930千瓦(1250轴马力),通过一系列驱动轴驱动风扇旋转。如果单台发动机故障,仍能保证飞机继续飞行。 贝尔X-22A原型机 X-22A采用前三点式可收放起落架,前起落架为双轮形式,向后收入前机身,主起落架为单轮,向内折叠收入机身。该机驾驶舱具有并排双座座椅,可搭载六名乘客。 该机的涵道是液压同步倾转的,风扇可独立变距,在悬停中提供偏航或滚转控制。X-22A的变稳飞控不仅具有悬停增稳功能,还能根据试飞需要对飞控参数重新编程。此外X-22A还安装了开创性的平视显示器(HUD)。 在数月试飞后,1965年8月8日,首架X-22A因液压故障导致硬着陆,机组没有大碍,但飞机无法修复。第二架X-22A于1966年1月投入使用,继续试飞到1980年。这是一个非常成功的项目,虽然无意量产,但收集了关于垂直起降飞行的大量数据。第二架X-22A现在纽约州的尼亚加拉航空航天博物馆展出。 与X-22A大致在同一时间,法国北方飞机公司(Nord,后来的法国宇航)研制了一款小型倾转涵道验证机,命名Nord N500“军校生”。该公司共建造了两架N500,第一架用于地面测试,第二在1968年7月23日进行了首次系留悬停飞行。 Nord N500是一款极简主义飞行器,机身为吊舱式,单座座舱内配备有弹射座椅。倾转涵道和尾翼组件都安装在机身吊舱尾部,该机尾梁内安装两台艾里逊T63-A-5A涡轴发动机,单台功率235千瓦(315轴马力)。 N500具有固定前三点使起落架,机身短翼两侧各有一个倾转涵道,每个涵道内置一副五叶风扇和四片围在一起的可动气动表面,不仅能改变气流方向,同时向内偏转时还能对风扇气流进行聚焦操作。 Nord N500在悬停时通过同步倾转两个涵道进行俯仰控制,异步倾转进行偏航控制,通过差动左右风扇桨距进行滚转控制。该机长6.7米,翼展6.1米,重量1250千克。可惜的是N500首飞后该项目就被取消,验证机再也没有起飞过。
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