方方的航空小筑 08月18日
重发:“金乌”短垂起降高速中型运输机的概念设想
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本文探讨了一种名为“金乌”的短垂起降高速中型运输机概念,旨在解决V-22事故暴露出的升力/推力平衡问题。通过逆向推导,文章提出采用多升力/推力力臂设计、升力/推力集中在重心附近以及多发(>2发)的思路。具体构想包括混合动力模式,利用4台涡轴发动机驱动发电机,为升力风扇和升力/巡航发动机供电,从而避免了机械传动带来的复杂性和单发失效的风险。该设计在气动外形、后掠螺旋桨、连接翼、翼梢小翼等方面也进行了优化以提升高速性能,并具备滚装运载能力,有望在战术运用上发挥更大作用。

💡 核心问题与解决方案:文章指出V-22这类飞机在升力/推力平衡方面存在致命隐患,单点失效可能导致灾难性后果。为解决此问题,“金乌”概念设想采用多升力/推力力臂设计,并通过电驱动方式将升力风扇布置在重心附近,大大提高了飞控系统的容错纠偏能力,降低了单发或单风扇失效的风险。

⚡ 混合动力与电驱动优势:文章提出“金乌”采用混合动力模式,即由4台涡轴发动机驱动发电机,为升力风扇和升力/巡航发动机供电。相较于全电动力飞机,混合动力模式能有效解决续航时间问题;相较于机械传动飞机(如V-22、F-35B),电驱动方案则避免了复杂的传动装置和单发失效带来的巨大力矩,并且在发动机布置上更加灵活。

🚀 高速飞行设计考量:为了实现高速飞行能力,“金乌”概念在设计上进行了多方面优化。包括采用越接近常规飞机气动外形的设计,配备6叶对转后掠螺旋桨以适应高速飞行,应用连接翼以兼顾高低速性能,以及借鉴737MAX的翼梢小翼设计以减缓诱阻。为了保证高速性能,主起落架也采用了复古的机翼主起落架舱形式。

📦 强大的运输与战术运用能力:“金乌”定位为运-9级别的中型运输机,拥有跳板式尾门,具备滚装运载能力,并能在一定重量条件下实现垂直着陆。这使得它在战场快速突击和人员装备的快速投送方面具有显著优势,能够支持更大规模的战役行动,而非仅仅局限于排级战术突击。

原创 航空小筑 2025-08-18 20:51 广东

    重发这个,自然是因为网传的那个类V280。不过按本文看法,混动模式的可靠性和安全性可能更好。

        捣鼓了几天,总算有个样子了。

        之所以提出这个设想,一个重要原因就是这次V-22的事故。V-22这类多发动机短垂起降飞机,一个致命的问题就是对升力/推力平衡要求极其苛刻。但是因为物理限制(发动机长度/旋翼直径),导致升力/推力力臂远离飞机重心,一旦某处失去升力(哪怕不到1秒),巨大的俯仰/滚转力矩都会带来不可逆的后果。

        按照这个逻辑进行逆推:

        1)多升力/推力力臂设计是否可行?

        可行,1960年代就曾经出现过多个多升力/推力发动机的垂直起降飞机方案。但当年的问题在于,全部采用垂直放置的涡喷发动机,死重太大,而且当年的发动机可靠性太低,导致此类方案不具备实用性。

        今天的话,有两个思路:一种是F-35B那种轴驱动风扇,但对机械可靠性要求高,而且驱动多个升力风扇的话,传动装置很复杂;另一种就是电驱动,每个升力风扇都使用独立电动机驱动,省掉了复杂的传动装置,但对机载发电/输电系统要求高——幸好兔子在这方面是蓝星领先的。

        2)升力/推力力臂集中在重心附近是否可行?

        如果采用上述电驱动设想,那么升力风扇与发动机(发电机)不存在直接的机械连接,完全可以按需布置,从而大大缓解单发/单风扇失效后纠偏的难度。

        3)多发(>2发)是否可行?

        采用电驱动方案,发动机实际是以涡轴方式作为发电机工作,不再受升力/推力力臂位置以及传动系统限制,可以按需布置,采用多发是完全可能的。采用更多台发动机后,直接影响就是飞机可以更大更重,用途更广。

        基于以上思路,做了一个短垂起降高速中型运输机的概念设想。主要特点如下:

        1)多发驱动

        “金乌”采用4台发动机,总功率远超V-22,允许以更大的重量起飞。因此在个头上,“金乌”是瞄着运-9去的,机长/翼展/机身货舱容积都跟运-9差不多。

        2)混动模式

        跟当前开始逐渐流行的eVTOL飞机相比,“金乌”采用混合动力模式。即:4台大功率涡轴发动机直接驱动发电机,电流汇总到机载电网,然后分流:一部分为应急电源充电(备着4发全部停车的应急供电),大部分分别输出到升力风扇、升力/巡航发动机。

        跟全电动力飞机相比,“金乌”不必担心满功率运行时续航时间急剧下降的问题。而跟V-22或F-35B这类机械传动飞机相比,“金乌”完全避免了单发/多发失效时带来的巨大俯仰/滚转力矩,也避免了机械传动系统复杂化的问题。

        3)升力风扇组+升力/巡航发动机

        这个构型有点复古。机身两侧重心附近布置2X4台升力风扇,另在前翼和垂尾/后翼交接处各布置4台升力/巡航发动机。由于升力力臂众多,且基本围绕重心布置,飞控系统容错纠偏能力大大提高。

        4)高速飞行能力

        速度一直是短垂起降飞机追求的目标。像V-280之所以能够胜出,一个重要原因就是该机的速度要明显高于直升机构型的SB-1。

        “金乌”在这方面也做了尽可能的尝试:

        a)升力风扇组+升力/巡航发动机构型

        在摸索短垂起降飞机的几十年中,设计师们发现,短垂起降飞机的气动外形越接近常规飞机,高速表现就越好——在目前已知的所有构型中,这是最能满足高速飞行要求的。

        b)后掠螺旋桨

        4台升力/巡航发动机,均配备6叶对转后掠螺旋桨,这其实参考了安70,就是为了高速飞行准备的。为了获得电驱动的一系列好处,只能放弃喷气发动机。

        c)连接翼

        连接翼高低速性能都不错,相关优点之前在无侦7的文中都说过了,这里就不赘述了。但是为了改善短距滑跑起飞的性能,前翼还是加强了增升设计,包括前缘缝翼和后缘富勒襟翼。

        d)翼梢小翼

        这个参考了737MAX,缓解采用大斜掠机翼后诱阻增大的问题。

        d)复古的主起落架舱

        这也是为了保证高速性能而不得不做的选择。采用连接翼,机翼绝对厚度小,主起落架不可能收入机翼内。而翼身结合部已经被升力风扇占用,而且升力风扇恰恰就是在重心附近,所以也没法收入翼身结合部。采用自行车式起落架,主起落架会挤占货舱容积。想来想去,最终还是选择了轰-6那种复古的机翼主起落架舱形式。

        5)滚装运载能力

        “金乌”采用跳板式尾门,具备滚装运载能力。作为一种中型运输机,这一能力对于战场快速突击至关重要。而不可忽视的是,“金乌”在一定重量条件下是可以垂直着陆的——这个场景,想想就挺激动的。

        6)战术运用的问题

        V-22也就是排级运输机,V-280虽然速度更快、航程更远,但载员反而减少了。这也就意味着这类机型只适合于战术行动,破袭斩首什么的,但无法支持战役行动。

        而“金乌”则是运-9级别的中型运输机,可以搭载一个全装轻步兵连或者混合搭载人员装备。设想一下,在大毛突击戈斯托梅尔机场的行动中,如果由多架“金乌”搭载人员装备,在被破坏的跑道/滑行道/停机坪上垂直着陆,而不是仅仅一个先头连在那死磕二毛第4旅,结局也许就完全不同了。

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