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「决战东方」黑科技满满的波音X-50A试验机，鸭式布局、停转旋翼、桨尖喷气( 二 )


①整体布局特点
「决战东方」黑科技满满的波音X-50A试验机，鸭式布局、停转旋翼、桨尖喷气
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△X-50A停转旋翼原型试验机
“蜻蜓”停转旋翼机突破了原有复合式旋翼飞行器的设计思路 ， 采用了独特的前后三组升力面创新设计 ， 其第一组升力面就是位于该机头部的鸭式前翼 ， 第二组升力面就是机身中部的既是旋翼又是机翼的“停转旋翼” ， 第三组升力面就是该机尾部的水平尾翼 。 鬼怪工厂的设计师们认为这种独特的设计可以适应不同飞行状态下 ， 飞行器所需要的升力和操纵力矩的需求 ， 而停转旋翼技术的加入也使得该机能够非常平稳地从直升机模式转换到固定翼飞机模式 。
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△X-50A三维渲染模型图
X-50A停转旋翼机的鸭翼和平尾的翼面面积都比较大 ， 随着前飞速度的增加 ， 两者所能提供的升力就会逐渐增加 ， 慢慢卸载旋翼负载 ， 等到该机的前飞速度达到时速110公里 ， 这两个升力面就能够产生较大的升力 ， 旋翼转速就可以开始逐步降低 。 随后随着飞行速度的增加 ， 喷气旋翼转速逐渐减小 ， 最后锁定在于机身成90°角的位置（也就是旋翼90°-270°方位角位置） ， 于是 ， 旋翼系统也顺利化作一套“附加机翼”为全机提供升力 。
②桨尖喷气技术
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△X-50A对地打击衍生型号的艺术概念和布局示意图
“蜻蜓”停转旋翼验证机在起飞和着陆、悬停和低速飞行阶段会采用直升机模式 ， 其升力主要通过对机身中部上方的大型“喷气旋翼”直接产生 。 所谓“喷气旋翼”其实就是这副旋翼采用了“桨尖喷气驱动”技术 ， 亦即发动机排出的燃气沿着两侧旋翼桨尖切向喷出 ， 驱动旋翼旋转 。
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△X-50A停转旋翼风洞试验图及其三视尺寸示意图
为实现高效的桨尖喷气驱动旋翼设计 ， X-50A停转旋翼机的设计与常规直升机有较大区别 。 首先在旋翼结构方面 ， 该机设计有翼型较厚的一对复合材料旋翼桨叶 ， 其结构强度足以在缺少离心力支持的固定翼状态下确保桨叶具有足够的刚度来承受较大的气动载荷 。
同时 ， 得益于桨尖喷气驱动这种驱动方式 ， X-50A停转旋翼机在直升机模式下 ， 旋翼并不会产生扭矩 ， 故而也无须第二副旋翼（如尾桨）等系统来平衡反扭矩 ， 从而不需要安装复杂的尾桨传动机构 ， 至于该机的航向操纵则通过安装在机尾的两个小型喷气舵面来控制 。
③停转旋翼设计
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△X-50A停转旋翼试验机缩比模型
与80年代中期西科斯基公司所研制的“X-Wing”验证机不同 ， X-50A停转旋翼机并没有采用类似的较为负载的减速器传动系统来使得旋翼系统停止转动 ， 它们是通过“反应式驱动系统”来改变两片喷气旋翼的喷气量 ， 来实现垂直起飞、空中悬停和高速飞行过度的需求 ， 相比西科斯基的方案 ， 从理论上来说 ， 这是一种比较容易进行模式转换的飞行方式 。
在停转旋翼的设计中 ， 还有一个需要重视的问题就是桨叶的翼型 。 对于停转旋翼来说 ， 它本身固有两种飞行模式——直升机模式和固定翼飞机模式——这两种模式的区别在哪呢？从下面我绘制的桨叶周围空气流动示意图中可以看出个大概 ， 在直升机模式状态下 ， 前行侧桨叶和后行侧桨叶的来流方向是相反的 ， 这也就意味着 ， 桨叶翼型的前缘和后缘方向需要相反的设计 ， 但是一旦过渡到固定翼飞机模式 ， 锁定后的两片桨叶其前缘和后缘朝向就变成朝向相同了 ， 这也就意味着 ， 如果采用常规的翼型设计的话 ， 有一侧的桨叶就会是后缘朝向前飞来流 ， 从而导致极低的气动效率 。
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△直升机模式和固定翼模式桨叶气流示意图
为了解决这一问题 ， 研究人员最早提出了用椭圆形双钝头翼型（Double-EndedAirfoil）来代替常规尖锐后缘的翼型来平衡停转旋翼在直升机模式和固定翼模式下对于翼型前后缘的需求转变 。 在此之上 ， 近年来针对停转旋翼的研究中 ， 还有研究人员提出了一种结构可变形的翼型 ， 这种翼型可以通过结构变形 ， 实现前后缘的互相转换 ， 可谓是专门为“停转旋翼”量身定制 ， 如果这种新的翼型变形技术成熟的话 ， 停转旋翼就能够实现同时兼顾直升机模式和固定翼模式的气动效率最大化了 。
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△近年来研究人员提出的可变形翼型概念 ， 采用节点式结构外部包覆蒙皮
项目告吹——是不是停转旋翼技术真的难以突破？
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