直升机也要实现超音速,属于幻想还是现实?
2023-03-12 22:49:00
瀚海狼山(匈奴狼山)前几天谈到,发展最高时速接近500公里的新式直升机,将是未来的重点项目之一;因为高速重型直升机可以解决快速机降作战的大部分短板。而且较高飞行速度之下的实战安全性能对比当今大部分飞行速度在300公里时速以下的普通直升机会提高一个数量级。到这里就有人说了,既然可以把新式直升机的飞行速度提高到500公里的时速;那么为何不再进一步,把新式直升机速度一步到位的提升到800公里以上,甚至超过1100公里,首次实现直升机的超音速飞行。比如把目前所谓的高速直升机由尾部的小型螺旋桨驱动,更换成喷气涡扇驱动不就实现了高亚音速甚至超音速飞行了?实际上这是把问题想简单了。当今的所谓高速直升机或高速旋翼机的速度上限基本都在500公里时速以下。
比如鱼鹰旋翼机与其他具备刚性旋翼的新式直升机的最高平飞速度都没有超过500公里每小时,根本原因并不是不能再额外添加小型涡扇发动机喷气推进。而是无法解决高速下旋翼的翼梢会出现超音速激波的问题。要知道绝大多数高速直升机的主要升力来源仍然是旋翼而不是固定式机翼。那么对旋翼来说,不管其是柔性还是刚性的;也不管是顺时针旋转还是逆时针旋转。只要这些旋翼靠自旋获得正升力,在往前平飞的过程中,都会出现旋翼的外侧,特别是最外侧翼梢部分,其迎风速度都等于机体平飞速度再加上自旋最大线速度之和。假设此时直升机本身的平飞速度已经高达500公里时速,那么此时旋翼的最外侧自旋线速度就必须保持在550公里每小时以下。此时不论再提高旋翼的实际转速。
还是同步提高直升机的平飞速度,都会造成旋翼的末梢达到甚至短时间瞬间超过音速。一旦出现这种状况,就会产生剧烈的激波与音爆现象!同时会产生严重的冲击破坏效应而损坏旋翼本身。固定翼飞机可以超音速,是靠整体的外形来硬扛超音速激波与由此造成的气动破坏力。而旋翼本身的脆弱性与固定翼飞机的机身与经过特别强化的机翼完全不能比。因此所有直升机与旋翼机的旋翼都要尽量避免末梢的速度超过音速产生破坏性激波。有些直升机的旋翼末梢进行大角度后掠的设计,就是要减缓超音速激波的产生。不过这种措施终归有上限。如果直升机平飞速度过高,外加旋翼的自旋速度过快,都会最终都出现旋翼末梢的超音速激波现象。实际上不但直升机的旋翼尽量要求末梢不超音速。
就是喷气发动机前端的风扇与压气机部分,也普遍要求不要超音速。安装涡扇或者涡喷发动机的战斗机在进行超音速飞行时,都会在进气道前端采取一定的气流减速措施,让风扇前气流尽量削减到亚音速状态。由此可见只要是具备旋翼的直升机,时速500公里就已经接近极限了。除非设计成类似雅克141那种可以超音速的STOVL飞机。确实可以同时满足垂直起降与超音速飞行的要求,不过已经不是传统意义上的直升机,而是未来的全喷气直升机。
比如鱼鹰旋翼机与其他具备刚性旋翼的新式直升机的最高平飞速度都没有超过500公里每小时,根本原因并不是不能再额外添加小型涡扇发动机喷气推进。而是无法解决高速下旋翼的翼梢会出现超音速激波的问题。要知道绝大多数高速直升机的主要升力来源仍然是旋翼而不是固定式机翼。那么对旋翼来说,不管其是柔性还是刚性的;也不管是顺时针旋转还是逆时针旋转。只要这些旋翼靠自旋获得正升力,在往前平飞的过程中,都会出现旋翼的外侧,特别是最外侧翼梢部分,其迎风速度都等于机体平飞速度再加上自旋最大线速度之和。假设此时直升机本身的平飞速度已经高达500公里时速,那么此时旋翼的最外侧自旋线速度就必须保持在550公里每小时以下。此时不论再提高旋翼的实际转速。
还是同步提高直升机的平飞速度,都会造成旋翼的末梢达到甚至短时间瞬间超过音速。一旦出现这种状况,就会产生剧烈的激波与音爆现象!同时会产生严重的冲击破坏效应而损坏旋翼本身。固定翼飞机可以超音速,是靠整体的外形来硬扛超音速激波与由此造成的气动破坏力。而旋翼本身的脆弱性与固定翼飞机的机身与经过特别强化的机翼完全不能比。因此所有直升机与旋翼机的旋翼都要尽量避免末梢的速度超过音速产生破坏性激波。有些直升机的旋翼末梢进行大角度后掠的设计,就是要减缓超音速激波的产生。不过这种措施终归有上限。如果直升机平飞速度过高,外加旋翼的自旋速度过快,都会最终都出现旋翼末梢的超音速激波现象。实际上不但直升机的旋翼尽量要求末梢不超音速。
就是喷气发动机前端的风扇与压气机部分,也普遍要求不要超音速。安装涡扇或者涡喷发动机的战斗机在进行超音速飞行时,都会在进气道前端采取一定的气流减速措施,让风扇前气流尽量削减到亚音速状态。由此可见只要是具备旋翼的直升机,时速500公里就已经接近极限了。除非设计成类似雅克141那种可以超音速的STOVL飞机。确实可以同时满足垂直起降与超音速飞行的要求,不过已经不是传统意义上的直升机,而是未来的全喷气直升机。