贝尔倾转旋翼之路

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作者：马克·胡贝尔

从早期技术验证到面向未来的设计，贝尔公司对倾转旋翼技术长达 70 年的追求重塑了垂直飞行领域。

2011 年 3 月 21 日晚，两架美国空军（USAF）F-15E“攻击鹰”战斗机从意大利阿维亚诺空军基地起飞参与“奥德赛黎明”行动，呼号“Bolar 33”和“Bolar 34”。该行动是美国在利比亚内战期间执行多国强制“禁飞区”任务的组成部分。“Bolar 34”未能返航，该机进入无法改出的螺旋，飞行员肯尼斯·哈尼少校和武器系统官泰勒·斯塔克上尉成功弹射，降落在布玛丽亚姆 - 一个叛军争夺激烈的据点，距离班加西不到 25 英里（40 公里）。一年后，美国驻班加西领事馆在此遇袭，大使克里斯托弗·史蒂文斯（Christopher Stevens）遇害。在当时，这里是世界上最危险的地方之一。

30 分钟内，一支包括两架美国海军陆战队（USMC）贝尔-波音 MV-22B“鱼鹰”倾转旋翼机在内的救援编队，从 130 英里（209 公里）外海上的两栖攻击舰“基萨奇号”（USS Kearsarge）起飞。凭借其速度（266 节）和航程（860 海里），“鱼鹰”在营救哈尼的行动中发挥了关键作用，其中一架成功将他从危险区域撤离（斯塔克降落在较远处，被叛军救起，随后移交回美军手中）。从起飞到返航，整个救援任务耗时不到90 分钟。“鱼鹰”在那个夜晚证明了自身价值，就像它们在许多其他备受瞩目的活动中一样 - 包括在 2010 年和 2015 年海地及尼泊尔灾难性地震后提供救灾援助，在2011 年成功袭击其巴基斯坦藏身地后取回奥萨马·本·拉登的遗体，自 2009 年起在阿富汗、伊拉克、科威特和利比亚执行作战和医疗后送任务，以及在全球范围内进行军事演习。

虽然贝尔公司涉足倾转旋翼领域几乎与其制造直升机的时间一样长 - 已有 70 年历史 - 但真正为公司带来变革的是 V-22。在深入了解“鱼鹰”之前，有必要回顾贝尔公司倾转旋翼的起源，以便于理解该公司如何达到今天在这一领域的高度。

一个时代的开端

贝尔于 1941 年申请了第一项倾转旋翼机专利，但直到十年后，当时这家名为贝尔飞机公司（Bell Aircraft Company）的企业才获得一份美国陆军与空军的联合合同，开发一款实验性倾转旋翼机。这架飞机被命名为 XV-3，配备单台 450 马力普惠（Pratt & Whitney）R-985-AN 星形发动机；两副 25 英尺（8 米）长的双桨叶旋翼，最初为刚性结构，后来改装增加了挥舞铰链；以及翼展 31 英尺（9.5 米）的上单翼，并装有滑橇式起落架。该机长 30 英尺（9.1 米），重 4,800 磅（2,177 公斤），驾驶舱可容纳一名飞行员，可选装副驾驶座椅。

两副倾转旋翼安装在翼尖，动力由安装在机身的星形发动机通过传动轴和减速齿轮箱传递。常规的飞机尾翼为前飞提供稳定性，而悬停时的偏航控制则通过一个来自贝尔 47 的尾桨实现。设计目标包括最大前飞速度 156 节（290 公里/小时）和最大航程 130 海里（241 公里）。共制造了两架试验机。1955 年开始了系留悬停和自由飞行测试，暴露出各种技术挑战，包括旋翼不稳定性、传动轴长度和重量导致的动力传输问题，以及在直升机和飞机模式之间转换时的控制困难。

在接下来的 11 年里，该机累计完成了 250 次飞行，共计 125 个飞行小时，并完成了 110 次从直升机到固定翼模式的完全转换。然而，由于重量和动力问题、高速下的动态不稳定性（归因于旋翼吊架涡振），以及传动轴系统持续存在的问题，XV-3 未能达到性能目标。测试于 1966 年结束，该项目唯一幸存的一架飞机被修复，并在俄亥俄州美国空军国家博物馆展出。

涵道风扇设计

X-22 源于 1961 年美国三大军种发起的“三军垂直起降运输计划”（Tri-Service VTOL Transport Program）。该计划的目标是开发一种能够以高达 300 节（556 公里/小时）的巡航速度运送多达 1,200 磅（544 公斤）人员和货物的飞机。

贝尔公司在 1962 年凭借涵道风扇设计赢得了竞标，该设计需要 24 个齿轮箱和交叉传动。长 36 英尺（11 米）的贝尔 X-22 拥有四个直径 7 英尺（2 米）的涵道螺旋桨，由相应的通用电气 YT58-GE-8D 涡轮轴发动机（后来升级为 T58-GE-8F）驱动。安装在机翼上的涵道位于平直翼展 39 英尺（12 米）机翼的四个角，其短舱可倾转，能够从垂直方向旋转到水平方向以提供升力和推力。

X-22 使用涵道导流片进行悬停和低速控制，在前飞时则使用常规的固定翼控制面。这架飞机最大起飞重量（MTOW）为 18,000 磅（8,165 公斤），具有 12,000 英尺（3,658米）悬停升限和 388 海里（719 公里）航程。共制造了两架。

X-22 于 1966 年 3 月 17 日在贝尔位于纽约州尼亚加拉瀑布城的工厂进行了首飞。但大约一年半后，该机在一次非致命的着陆事故中损毁，事故原因被归咎于液压系统故障。第二架飞机继续进行测试，并于 1970 年安装了变稳定性系统，使其可用于测试控制律。该机在 1988 年退役前累计飞行 500 次，共计 330 小时。

目前，该机在纽约尼亚加拉航空航天博物馆展出。值得注意的是，从贝尔 X-22 试飞中收集的研究数据至今仍被用于涵道风扇垂直起降（VTOL）研究。

铺平道路

1972 年，美国国家航空航天局（NASA）启动了 XV-15 倾转旋翼机项目，并于 1973 年将概念验证研发合同授予贝尔公司。

贝尔 XV-15 最大的特点是安装在翼尖的短舱 - 发动机 - 传动系统 – 桨翼（proprotor）组件，该组件可旋转以提供不同角度的垂直和水平飞行。两副三桨叶、直径 25 英尺（8 米）的桨翼由两台莱康明（Lycoming） T53 涡轮轴发动机提供动力，两台发动机通过一根十字轴连接以实现冗余。

共制造了两架 XV-15 原型机，1977 年 5 月 3 日实现首飞。在测试中，XV-15 达到了 300 节（556 公里/小时）的速度，并进行了舰上作业。第一架原型机在 1992 年一次非致命坠机事故中损毁，而第二架试验机在 1979 年至 2003 年间累计飞行超过 700 小时。该机目前陈列在弗吉尼亚州史蒂文·乌德瓦尔-哈齐中心（Steven F. Udvar-Hazy Center）。XV-15 的架构为 V-22“鱼鹰”和 BA609（现莱昂纳多 AW609）民用倾转旋翼机奠定了基础。贝尔公司在 2011 年退出了 BA609 项目。

“鱼鹰”时代

迄今为止，已向美国空军（CV-22B）、海军陆战队（MV-22B）、海军（CMV-22B）以及日本陆上自卫队（MV-22B）交付了约 450 架 V-22“鱼鹰”倾转旋翼机。自 2007 年首架“鱼鹰”投入使用以来，“鱼鹰”机队累计飞行时间已达 75 万小时。如今，V-22 被分配执行总统支持任务（海军陆战队第一直升机中队/HMX-1）、为海军提供航母舰载运输（COD）服务，并且还是美国空军特种作战司令部的一部分。它们是海军陆战队航空计划的关键组成部分，其 348 架 MV-22B 很可能将持续服役至 2060 年。

美国海军陆战队依赖于快速力量投送，其“鱼鹰”机队每年飞行小时数是陆战队其他旋翼机的两倍。2007 年以来已累计飞行超过 588,000 小时，并执行了 109 次作战部署。这些飞机分布在 16 个现役中队、2 个预备役中队，以及个别的机队替换、行政运输、研发和测试中队。2014 年至 2024 年期间，美国海军陆战队“鱼鹰 ”战机的事故率为每 10 万飞行小时 3.15 起，是陆战队机队中安全记录最好的飞机。

“V-22 极大地帮助[贝尔]打通了下一代未来垂直起降或倾转旋翼能力。”贝尔公司 V-22 项目总监埃尔登·梅茨格（Eldon Metzger）告诉我们。

梅茨格提到的下一代能力包括用于贝尔 525 超中型双发直升机的电传操纵飞行控制技术，以及贝尔公司基于 V-280 倾转旋翼技术验证机为美国陆军未来远程突击机（FLRAA）开发的飞机，后者将满足陆军未来中型运输需求。贝尔公司在 2022 年赢得了该项目的竞标，部分原因在于美国海军陆战队使用 MV-22B 的经验。“[海军陆战队]军官们曾说，没有 V-22，他们就无法在战场上机动并获取所需。”梅茨格说。

他指出，与传统的军用中型直升机相比，V-22 带来了“颠覆性的能力”，因为它的速度和航程都是前者的两倍，并且运载能力更强。V-22 还能在不同海军舰艇之间长距离转运重型货物和人员 - 这是海军此前使用 C-2 “灰狗”固定翼涡桨运输机无法实现的，后者只能从陆地为航空母舰提供补给。

V-22 的起源可追溯到 20 世纪 80 年代初，当时美国国防部启动了联合军种垂直起降实验（JVX）项目。贝尔公司与波音·伏托尔（Boeing Vertol）合作，于 1983 年赢得了 JVX 合同。JVX 在 1985 年被命名为V-22，并于次年开始了全面研制。

首架原型机于 1989 年 3 月首飞。该机大量使用复合材料，占其机身总重的 43%。1991 年至 2000 年间发生的四次坠机事故（以及研发成本）使该项目长期处于政治压力之下，并对原始设计进行了大量修改以提高性能和安全性。

V-22 具有可折叠的桨翼桨叶和可旋转机翼，收起时宽度减小至 18.5 英尺（5.6米）。旋翼展开后，宽度增加到略低于 85 英尺（25 米）。每个桨翼直径为 38 英尺（11.5 米），桨叶可变桨距，并通过斜盘控制。旋翼通过机翼内的十字轴相互连接，以实现同步运行，并在单发失效情况下保持控制。短舱倾转角度由飞行员通过推力控制杆（TCL）上的拇指轮操纵作动器来控制。

除了 TCL，驾驶舱布局与常规直升机有些相似，安装了周期变距杆和用于偏航控制的脚蹬。在飞机模式下，像常规固定翼一样，使用机翼襟副翼、尾升降舵和方向舵来提供稳定飞行。V-22 配备了数字航电系统，飞行控制系统为三重冗余的电传操纵。

该机由两台罗尔斯·罗伊斯 T406 发动机提供动力，最大垂直起飞重量为 52,600 磅（23,859 公斤），短距起飞最大重量为 57,000 磅（25,855 公斤）。通过后部坡道可快速装载多达 32 名士兵（地板搭载），或 20,000 磅（9,979 公斤）的内部货物和 15,000 磅（6,803 公斤）的外部载荷。CV-22（空军型）的生产计划于 2025 年下半年结束，届时将向美国空军交付最后一架 CV-22。其他 V-22 型号（MV-22和CMV-22），贝尔公司计划继续生产至 2027 年。

作为海军陆战队航空计划的一部分，为确保该飞机在未来几十年的竞争力，目前已制定了一系列已实施、规划中和提议的现代化与改进计划，包括：

• 定制短舱改进： 通过更新短舱布线、线束设计和连接器，提高可靠性和可维护性；

• V-22 增强型驾驶舱技术替换（VeCToR）： 解决驾驶舱系统过时问题，并采用现代处理器和显示器来提高安全性和低能见度操作能力；

• V-22飞机现代化更新计划（ReVAMP）： 确保该机在服役寿命结束前保持价值，并为后继机型替换做好准备。

其他考虑中的升级和增强包括：传动系统改进、新发动机或发动机核心部件以提高性能和可靠性、集成新型电子战组件、新型通信系统，以及增强在恶劣视觉环境下的生存力和飞行能力。

虽然贝尔 FLRAA 项目受益于它在 V-22 上的经验，但梅茨格表示，V-22 的现代化和延寿努力反过来也从 MV-75 的开发中获得了宝贵的经验 - 特别是其对模块化开放系统方法（MOSA）的应用。

赢得的“勇气”

2013 年，贝尔公司展示了其参与美国陆军联合多用途技术验证机（JMR-TD）项目的 V-280“勇气”（Valor）倾转旋翼机模型。JMR-TD 项目的目的是评估速度与航程接近陆军现役西科斯基 UH-60 直升机两倍的技术。

贝尔公司提出的是一款双发倾转旋翼机，其翼尖发动机舱采用固定式设计，并配备齿轮箱，允许螺旋桨旋转。该机配备了电传操纵系统，MOSA系统可更轻松地进行更新，能够以超过现有机队两倍的速度和航程运送一个班的人员，并具备远程自部署能力。

V-280 验证机于 2017 年 12 月完成首飞。截至 2020 年，该机累计飞行超过 200 小时。达到或超越了所有与速度、航程、敏捷性、自主飞行和吊挂运输相关的目标，并展示了如何配备多种武器系统。

2022 年，陆军选定贝尔公司为未来远程突击机（FLRAA）项目的获胜者，并授予该公司一份价值 13 亿美元的初步设计合同。贝尔公司于 2023 年开始为六架原型机设计和制造部件。

基于 2024 年 4 月份成功的初步设计审查以及同年 6 月份陆军系统采办审查委员会的全面评估，陆军于 2024 年 8 月授予该项目里程碑B（Milestone B）批准，为进入工程和制造开发阶段铺平了道路。2025 年 5 月，美国陆军宣布了未来远程突击机的正式任务设计系列（MDS）代号：MV-75。

MV-75 的首批交付计划于 2028 年开始，届时该机将进入低速初始生产（LRIP）阶段。贝尔公司和陆军正在继续合作改进该机，以完善医疗后送、特种任务、人机工程学、防弹和先进驾驶舱技术的整合，以及特殊的增加总重（gross weight）组件。

虽然尚未正式宣布，但美国海军和海军陆战队都希望利用陆军在 MV-75 上的投资，开发一款舰载改型，这将彻底革新他们的现有机队。海军可能在 2026 财年结束前启动该项目的初步竞标。设计将针对舰载操作进行修改，包括增加折叠机翼等功能，并整合低可观测技术。

贝尔公司已向海军提议使用 FLRAA 及其尺寸合适的 V-247“警惕”（Vigilant）无人倾转旋翼机进行有人/无人协同作战。

迈向无人化

目前，V-247“警惕”仍处于概念阶段。贝尔公司设想该无人机重量为 30,000磅（13,608 公斤），能够携带高达 13,000 磅（5,897 公斤）的有效载荷、燃料和设备。

V-247 的目标是能够执行自主、远程、长航时的情报、监视与侦察（ISR）、反潜战、精确打击和补给任务。目标能力包括：携带 600 磅（272 公斤）有效载荷在任务区域滞空 11 至 15 小时；巡航速度 250 节（463 公里/小时），冲刺速度 300 节（556 公里/小时）；以及 450 海里（833 公里）的作战半径。可能的武器配置包括 Mk-50鱼雷、“地狱火”（Hellfire）导弹和联合空对地导弹（JAGM）。

机翼和旋翼折叠后，两架 V-247 可装入一架美国空军的 C-17 运输机内。单架折叠状态的 V-247 占地面积与一架 MH-60R/S“海鹰/骑士鹰”（Seahawk/Knighthawk）相当，可装入美国海军驱逐舰机库内。

贝尔公司 FLRAA 项目销售与战略总监弗兰克·拉扎拉（Frank Lazzara）表示，V-280 和 V-247 在融入新技术和新方法的同时，很大程度上借鉴了 V-22“鱼鹰”及其前身的经验教训。贝尔公司应用了这些经验教训，如今即将交付制造成本更低、维护更可靠、应用更灵活的倾转旋翼机。

来源：The Commitment To Tilt. By Mark Huber, Vertical Mag, Bell 90th Anniversary Special Issue. 略有修改。非原文配图及视频来源于网络。

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