为什么V22鱼鹰垂直飞行高度小于普通直升机?

在谈及“垂直飞行高度”前,我们需要先明白一个概念,即“地效悬停”。

根据直升机在悬停状态时,所受到的物理作用方式的不同,人们会区分“有地效悬停”和“无地效悬停”。

直升机的“地面效应”粗浅的理解的话,指的是地面对直升机的辅助加成作用,因为直升机的扇叶有个向下的气压,与地面碰撞后,可以产生一部分升力。就好比有个电风扇对着地面喷一样。

说复杂点,直升机与地面高度低于85%的旋翼直径时,存在地效加成;与地面高度大于等于35%旋翼直径时,地效为最大。反之,离地越远,地效越差,电风扇远了你也试不到风了嘛。

所以,一般也将有地效高度与实际飞行高度列等号,无地效高度则与海拔飞行高度列等号。

这就构成了一种现象,比如一架直升机海拔飞行高度7000米,那么它跑到珠峰去,可以依靠地效再稍微飞高一点。

再高就不行了,直升机的升力是有天花板的(约12150米),总升力不够就是不够,它们不像固定翼飞机那样可以大力飞砖,受大气密度影响,哪怕到达海拔4000米,螺旋桨效率也会下降超过30%。

上图.印度布置在锡亚琴冰川的海拔6000米的SA315B直升机,减重到极限,运输载荷也仅剩50公斤

更何况,直升机的螺旋桨会因为转速过快和速度过小,产生翼尖失速和旋翼失速,造成危险。尤其是后者很常见,所以直升机高空飞行一般不建议速度过小。

这即意味着,直升机数值上的实用升限,其实并不一定是它的准确能力值,更无法拿来参考悬飞状态,它们的实用升限到最后也是靠加速来帮助的。

说白了,直升机想要飞得高,那依然得学着往前冲,或者减轻自身重量,增加拉力比。

V-22的实验实用升限是8000米,后来给定的通用数据是7620米。

我们可以拿AH-64“阿帕奇”做对比,阿帕奇的实用升限是6250米,还不如V-22。

这并非悬飞速度,“阿帕奇”的地效悬停高度最大为4845米,无地效悬停高度为3866米,不管怎么算,离6250米的实用升限都差了老远。

不过阿帕奇武装直升机的此项性能仍然超过了V-22太多,因为“鱼鹰”的无地效悬停高度仅为2135米(HV-22)和1525米(CV-22)。

当然,“阿帕奇”并不普通,如果用一架普通的“贝尔206B”(206B JetRanger II)直升机来对比,它的悬停高度只有1767米,勉强与V-22在同一水平线上。

然而贝尔206B只是个5座小飞机,V-22却是个负担了长距离飞行、运兵功能的大块头,还需要完成倾斜旋翼的变形,螺旋桨面积也有限,否则真要把V-22脱光了硬比较,它还是比普通的小直升机升得高不少的。

更何况V-22也没必要比垂升,VTOL(垂直)功能只是方便其战术使用的一项功能,STOL(短距)起降才是它的核心。在需要用到VTOL的地方,V-22能完成升空就足够了,在完成倾斜旋翼变形后,它已经不需要垂飞能力了。

为什么V22鱼鹰垂直飞行高度小于普通直升机?

事实上V22鱼鹰倾转旋翼机的最大爬升升限高度并不低,其最大升限高度达到了7620米。比我国引进装备的黑鹰直升机最大5790米最大升限高度还高得多,所以V22鱼鹰倾转旋翼机不光飞行速度快,而且最大爬升高度同样不低,当然对比某些专为高原而生的直升机最大升限高度超过9000米甚至上万米的确还有差距。当然从垂直爬升角度来说的话,V22鱼鹰倾转旋翼机高达7620米的最大爬升升限和普通直升机比较是存在很大水分的。因为V22鱼鹰倾转旋翼机的旋翼的宽度比普通直升机的桨叶宽度宽了不少,那么无论是在单位时间内的升限高度还是滑桨率上就会有很大差别。而V22鱼鹰倾转旋翼机因为采用了横向动力布置的模式,但是又有机翼转向和旋翼偏转/折叠以及控制翼展的需求,所以为了保证能够有足够的升力和降低旋翼运转过程中巨大旋翼挥舞面积产生的气动阻力导致其水平飞行时飞行阻力过大的问题,波音公司为V22鱼鹰倾转旋翼机配置了更宽的旋翼桨叶,这样当单片旋翼划过空气的时候作用在空气上的升力更大,而且在水平飞行过程中,单侧旋翼数量更少产生的气动阻力更低,而且旋翼直径也更短使得旋翼桨尖线速度更低,旋翼的转速能够提升到更高以达到更快的飞行速度,所以这也是为什么V22倾转旋翼机最大飞行速度能够达到509千米/时的原因所在。

但是这样宽大的旋翼在垂直爬升过程中,因为更宽的旋翼使得整个旋翼挥舞面积更大一些,那么在单位转速下,其产生的升力要比普通的三桨叶直升机产生的升力更大,所以其最大飞行高度和爬升率也要高更多。但是也因为其采用的更宽旋翼气动阻力要比普通的细长桨叶更大一些,再加之其旋翼很宽产生的惯性力要比普通桨叶小很多,所以对于发动机的输出扭矩要求更高。那么随着飞行速度更高之后,发动机的最大输出功率一个受高空空气稀薄导致输出功率下降影响,另外一个则受旋翼惯性力过低对于动力输出要求更高的双重影响下,V22鱼鹰虽然最大垂直升限要比普通直升机高不少,但是相比某些最大升限能够达到9000米甚至上万米的高原型直升机却有不足。最后补充一点,V22鱼鹰倾转旋翼机最大升限7620米的升限并不是垂直爬升得到,而是在旋翼专为水平飞行时,像普通固定翼飞机一样实现的,但是又因为其水平飞行时巨大的旋翼产生的挥舞面积更大、产生的气动阻力和拉力不足,所以其虽然也是旋翼动力,但是在最大飞行速度和最大飞行高度上又不如传统的螺旋桨动力固定翼飞机快和高。

为什么V22鱼鹰垂直飞行高度小于普通直升机?

为什么V22鱼鹰垂直飞行的高度要小于传统直升机?原因非常简单,因为V22鱼鹰垂直飞行将本应该放在上方的螺旋桨与发动机,给挪到了机翼两侧。

我们都知道V22鱼鹰垂直飞行的动力来源,位于机翼两侧那两台硕大的发动机,通过倾转发动机和螺旋桨的角度,来做到垂直上升与直线飞行。而传统直升机呢?传统直升机的发动机一般都是装备在机舱顶部的,而且在发动机上面还需要装上大大的螺旋桨以及一大堆复杂的铰接机构,还有控制铰接机构的液压顶盘,所以高度自然要比V22鱼鹰高出许多。

但是话也不能只朝着一面说,虽然V22鱼鹰比传统直升机要矮,但是V22鱼鹰却比传统直升机要宽。基本上一架V22鱼鹰在不收起主翼的情况下,能够放下两架传统直升机,所以在空间利用率方面,V22鱼鹰并没有多大优势。

为什么V22鱼鹰垂直飞行高度小于普通直升机?

你飞那么高干什么去?

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