速度至上——高速型复合直升机设计思路之欧直X3

图——欧洲直升机公司的X3高速型复合直升机（High-speed hybrid helicopter）兼具了固定翼和旋翼飞行器的特点

西科斯基的X2和欧洲直升机公司的X3打破了直升机的传统观点——直升机注定只能飞得很慢——事实上，在合理的油耗情况下，上述两种直升机（或者应该叫做旋翼飞行器更妥当）相比于传统直升机，都实现了50%的速度提升，也就是说，对于这两种直升机而言，这种提速并非是极限速度的提升，而是常规巡航速度的提升，这是非常有价值的。

无论是军方还是航空行业，对X3这款巡航速度能达到每小时400公里的直升机都表现出了极大的兴趣——毕竟如今的直升机巡航速度都最多也就达到每小时280公里，甚至比不上现金的高铁——尤其是对那些需要直升机进行远距离飞行（大范围投放、作战）的客户来说，这类直升机的价值就更大了。

X3 又叫做 X立方（X-cubed），它是欧洲直升机公司的一架技术验证机，主要目的是用来验证高速、长航程的复合直升机技术（H3 Concept）。H3 计划研制一系列不同吨位的直升机型号以满足市场的不同需求——主要是轻型和中型直升机，重量在5~14吨之间，这类直升机将比如今的直升机更能胜任诸如大范围的搜救工作、远洋石油及天然气开发、商务航空以及各类军事命令等航空任务。

图——NH90 直升机

X3 验证机使用了一架AS365N3 机身，5片 EC155 桨叶旋翼，来自NH90的RTM322 引擎以及EC175 主减速器（这台主减经过改造可以驱动装在在两侧短机翼上的可变距螺旋桨)。

复合式直升机技术可以帮助欧洲直升机公司“为客户提供50%的巡航速度和航程提升，而成本的增加则相当有限”。该项技术发展的同时始终坚持的目标就是复合式直升机的全生命周期成本相比于常规直升机只会增加20%~25%。由于复合式直升机的高速性能，其执行任务的效率将会大大提升，因而相比于采购、飞行和维护所产生增加的费用，采用H3 计划的客户势必会在高效的任务执行能力中获得好处，这些好处若是折算成费用的话，必将抵消费用的增加，甚至比传统直升机还要更经济——尤其是对于那些需求尽可能短的执行时间的任务而言。

X3 的基本原理就是，其两侧的双螺旋桨作为前进推力，两副短机翼则会在高速飞行的时候提供可观的升力，以使得旋翼的拉力足以卸载。从气动分析可以知道，机翼的升力会随着速度增大而增大，目前来说，高速飞行情况下，机翼可以承担总升力的40%~50%，未来，这个比例还会进一步提供。也正是因为旋翼的拉力卸载使得旋翼的转速得以降低，从而延缓旋翼前行侧的气流压缩性问题，直升机因而能够飞得更快。

关于这个内容可以查看我此前发的关于直升机前飞的文章，这里稍作解释。对于常规直升机而言，随着前飞速度的增大，前行侧旋翼桨叶的相对气流速度将会越来越大，而后行侧桨叶的相对气流速度将会越来越小。这是因为前行侧桨叶迎着前飞来流旋转，后行侧桨叶则顺着前飞来流旋转，因而相对于桨叶来说，其总得气流方向在前行侧体现为前飞来流速度和旋转来流速度之和，后行侧则为前飞来流速度和旋转来流速度之差。因而随着前飞速度增大，前行侧桨叶尖端速度很快就会接近音速，而后行侧桨叶很容易就会进入失速状态。随着前行侧和后行侧不对称性的增大，气动阻力和振动水平都会显著提升。要想提升直升机速度，首先必须要解决这两个问题。

西科斯基的X2通过刚性共轴双旋翼（又叫前行桨叶概念旋翼 Advancing Blade Concept Rotor；ABC Rotor），通过共轴反转的双旋翼气动布局（两副桨叶的前行侧和后行侧位置恰好相反），使得每一副旋翼的前行侧都能物尽其用，而后行侧因而得以卸载。欧洲直升机公司则通过假装推力螺旋桨和短机翼来使得旋翼无需提供前飞拉力和全部升力，从而其拉力得以卸载，旋翼转速能够降低。对于X3而言，其高速前飞转速将会降低到原转速的85%左右（这被称为降速旋翼技术 Slowed Rotor Technology， 我此前写过详细介绍该技术的文章，欢迎查阅）。通过降速旋翼技术，复合式直升机的极限飞行速度得到了显著的提升。

图——从左侧观察X-3

X3 没有尾桨。低速状态下，其主旋翼的反扭矩是通过左右两侧的螺旋桨总距差动来实现平衡的，高速状态下，则是通过垂尾的副翼以及尾梁上的边条翼来实现平衡的。

<To be continued>