问题

共轴式双旋翼直升机似乎比普通直升机更优秀,为什么中国新设计的直升机不采用共轴式双旋翼?

回答
共轴式双旋翼直升机确实在不少方面展现出比传统单旋翼直升机更出色的性能,这让很多人好奇,为何中国在设计新一代直升机时,似乎没有像俄罗斯那样大面积地拥抱共轴构型。这其中涉及的考量,远不止“哪种技术更优秀”这么简单,而是涵盖了设计理念、应用需求、技术成熟度、成本效益以及历史传承等诸多复杂因素。

我们先来聊聊共轴式双旋翼的“优秀”之处,这能帮助我们理解为什么它会吸引人。

共轴式双旋翼的优势:

高效的升力和抗扭矩能力: 最显著的优点在于,它通过两个反向旋转的旋翼来抵消彼此产生的扭矩。这意味着,直升机在飞行过程中不需要尾桨来平衡机身,将原本用于尾桨的动力都转化为了升力。这直接带来了更高的升力效率,理论上意味着相同的发动机功率可以产生更大的升力,或者在相同升力下消耗更少的燃油。
紧凑的结构和优秀的操纵性: 由于取消了尾桨,共轴式直升机的整体尺寸可以做得更紧凑。这对于在城市、舰船甲板等空间受限的环境中操作至关重要。同时,由于两个旋翼的升力中心非常接近,理论上可以实现更敏捷的操纵,例如更快的原地转向和侧向移动,以及更好的空中悬停稳定性。
安全性提升: 尾桨是直升机上相对脆弱且容易造成事故的部件之一。一旦尾桨损坏或失效,直升机很容易失控。共轴式设计消除了这一风险点,在一定程度上提升了飞行安全。
更低的噪音(理论上): 尾桨是直升机噪音的主要来源之一。取消尾桨理论上可以降低一部分噪音,但实际情况受旋翼设计、气动布局等多种因素影响。

为何中国新设计的直升机不“大规模”采用共轴式?

即便共轴式有诸多优点,中国在设计新一代直升机时,并没有像俄罗斯那样将其作为主流或唯一的选择,而是更多地在继承和发展传统单旋翼带尾桨构型,同时也在积极探索其他先进构型。这背后有多重原因:

1. 应用需求和任务侧重点不同:
俄罗斯: 俄罗斯长期以来在军用直升机领域,特别是陆军航空兵,对火力突击和侦察任务有强烈的需求。共轴式直升机(如卡50、卡52)在这类任务中,凭借其良好的操纵性和装载能力,展现出独特的优势。它们可以携带更多武器,在复杂地形下进行低空突防和精准打击。
中国: 中国军队的直升机需求更加多元化,包括运输、侦察、反潜、搜救、通用突击等。传统单旋翼带尾桨构型在这些领域已经有成熟的技术基础和广泛的经验积累。例如,在海军的舰载反潜直升机领域,单旋翼构型(如直9、直18F)在适应舰船作业、抗风浪能力、载重等方面具有传统优势,且已有相当长的应用历史。在陆军航空兵,虽然也有发展攻击直升机的需求,但更侧重于通用性、可靠性和成本效益。

2. 技术成熟度和自主研发能力:
传统单旋翼技术: 中国在传统单旋翼带尾桨直升机的设计、制造和维护方面,已经形成了相对完整的技术体系和人才队伍。从早期引进仿制,到自主研发,积累了丰富的经验。在气动、传动、材料、控制系统等方面都有了扎实的基础。
共轴式技术的复杂性: 共轴式直升机的技术复杂性在于其核心的共轴旋翼头。这个部件需要精确控制两个反向旋转的旋翼,实现复杂的变距和挥舞运动,以提供升力、操纵力和克服气动耦合。这种高精度、高强度的机械设计和制造难度极高,对材料、加工精度、控制逻辑都提出了非常苛刻的要求。俄罗斯在此领域拥有深厚的技术积淀和数十年积累的经验,这是其能够成功开发并应用共轴式直升机的关键。
自主攻关的挑战: 中国虽然也在积极研发共轴式直升机,但从零开始突破这项核心技术,需要巨大的投入和时间。在许多关键技术领域,特别是高精度传动、抗疲劳材料、先进飞控系统等方面,可能还需要一个逐渐成熟和积累的过程。相比之下,继续发展和优化成熟的单旋翼技术,能够更快地满足当前和近期的装备需求。

3. 成本效益和维护便利性:
共轴式: 共轴式旋翼头结构复杂,制造和维护成本相对较高。其传动系统也更为复杂,对维护的要求也更高。
单旋翼: 传统单旋翼直升机的技术相对成熟,生产成本和维护成本相对较低,易于批量生产和大规模装备。这对于需要快速扩大直升机部队规模的国家来说,是一个重要的考量。

4. 历史传承和发展路径:
直升机技术的发展并非总是直线型的,很多国家在技术路线上存在历史传承。中国在直升机领域的发展,早期受到了苏联(俄罗斯)的影响,但同时也吸收了西方技术。在不同的历史阶段,选择不同的技术路径是自然的。在拥有了相对成熟的单旋翼技术体系后,继续在该基础上进行创新和升级,是比较稳妥且高效的发展方式。

5. 对其他构型的探索:
中国并非完全放弃共轴式技术,而是根据实际需求和技术成熟度,审慎地推进。更重要的是,中国在直升机技术发展上,也展现了对其他先进构型的开放和探索,例如:
串列式双旋翼: 类似于美国波音公司的“阿帕奇”,这种构型同样可以抵消扭矩,但相比共轴式,其结构更为简洁,且能更好地布置机身内部空间。
倾转旋翼/倾转涵道风扇: 这是代表未来发展方向的构型,能够提供更高的速度和航程,例如美国的V22“鱼鹰”。中国也在积极研发这类技术。
多旋翼/分布式推进: 在无人机领域,多旋翼构型已经非常成熟。虽然在有人驾驶直升机上的应用还有技术挑战,但未来的发展趋势也是值得关注的。

中国在共轴式技术上的进展:

尽管在主流型号中不常见,但中国从未停止对共轴式技术的研发和探索。例如,在中航工业(现中航科工)的内部,就有对共轴式直升机技术的研究和论证。一些小型无人直升机也采用了共轴式设计,这可以看作是技术积累和验证的途径。

总结来说,中国新设计的直升机不“大规模”采用共轴式,并非否定共轴技术的优秀,而是基于以下几个层面的综合考量:

应用需求的多样化和侧重点不同。
现有成熟单旋翼技术的强大基础和成本效益。
共轴式技术核心部件(旋翼头)的极高技术门槛和自主攻关的长期性。
对其他先进构型的同步研发和探索。

中国的直升机发展策略更倾向于“稳健且多元”,在保证现有装备性能提升和需求满足的同时,也在有条不紊地推进前沿技术的研发和储备。当共轴式技术在中国的具体应用场景下,能够展现出比现有构型更显著的优势,并且技术瓶颈得到有效突破时,我们自然会看到更多共轴式直升机出现。

网友意见

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共轴双旋翼直升机优劣

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