问题

为什么生产中除了奇努克没有其他串联式的直升机?

回答
关于为什么除了休伊·奇努克(Huey Chinook)之外,几乎没有其他串联式布局的直升机真正进入大规模生产,这背后其实涉及一系列复杂的技术、经济和设计考量。并非所有听起来很酷的直升机布局都能在现实的战场和商业需求中获得成功。

首先,我们得明确一下“串联式布局”在直升机设计中的含义。简单来说,就是将两个旋翼(通常是主旋翼)前后排列,各自承担升力和推力,并且通常需要有某种方式来抵消它们产生的反向扭矩。奇努克最典型的例子就是其前后两个巨大的同轴反转(coaxial counterrotating rotors)旋翼系统。当然,也有一些设计是前后串联,但旋翼不在同一轴线上,而是相对分离的,比如西科斯基的S69(XWing),但后者最终也未能进入生产。我们主要讨论的是像奇努克这样,将两个主要旋翼系统组合起来,以实现更大的载重和更强的性能。

那么,为什么奇努克这么成功,但其他类似的设计却寥寥无几呢?

1. 奇努克的独特优势和设计演进:

超强的载重能力: 奇努克最显著的特点就是它能够运输大量士兵、重型装备(如火炮、悍马)以及大量的货物。它的两个大型旋翼协同工作,提供了比单旋翼系统更大的升力。这使得它在战场上的作用非常关键,尤其是在需要快速部署重型装备或进行大规模人员运输时。
稳定性与操控性(在特定范围内): 串联式设计(尤其是同轴反转)本身具有抵消扭矩的优势,无需尾桨。这节省了动力,减少了部件数量,并允许尾部可以更自由地布置货物装卸坡道,这是奇努克实现重型运输能力的关键。在稳定的飞行状态下,这种布局相对稳定。
历史的积累和成熟度: 奇努克并不是一夜之间出现的。它是从早期直升机设计中不断演进和改进的产物。休伊(Huey)家族本身就非常成功,而奇努克则是其放大和加强的版本。其设计理念、制造工艺、以及操作维护的经验积累了几十年,非常成熟可靠。

2. 其他串联式布局直升机的挑战和劣势:

复杂的机械结构与维护: 尽管同轴反转消除了尾桨,但前后两套旋翼系统、复杂的传动轴、以及用于同步和控制两套旋翼的机械联动系统,其复杂程度远超单旋翼加尾桨的传统布局。这意味着更高的制造成本、更苛刻的维护要求、以及更多的潜在故障点。
高昂的制造成本: 复杂的设计自然意味着高昂的制造成本。在批量生产时,成本是决定性因素之一。如果一种直升机的性价比不如现有技术成熟且成本更低的方案,那么它很难获得市场认可。
空气动力学的限制与相互干扰: 前后旋翼之间会产生空气动力学上的相互干扰。上面的旋翼会向下产生涡流,影响下面旋翼的效率和稳定性。虽然奇努克的设计在一定程度上缓解了这个问题,但这种干扰依然存在,尤其是在高速飞行或低速悬停时,对飞控系统的要求极高。
飞控系统的复杂性: 为了协调两套旋翼的升力和角度,需要一套极其精密的飞控系统。这套系统不仅要保证两套旋翼同步运转,还要处理好它们之间的气流干扰,以及实现精确的飞行控制。早期的飞控技术可能难以胜任,而现代飞控虽然强大,但其开发和集成成本也非常高。
效率与功耗的权衡: 虽然同轴反转消除了尾桨的功耗,但两套主旋翼系统的驱动本身就需要消耗大量的动力。在某些飞行包线(flight envelope)下,相比于单旋翼加高效尾桨的布局,其总体效率可能并不占优。
对飞行员的要求: 串联式直升机(尤其是同轴反转)的操控特性与传统直升机有显著差异,对飞行员的训练和技术要求也更高。
设计目的的狭窄性: 串联式布局的主要优势在于提供巨大的升力和载重能力,以及抵消扭矩。这使得它们非常适合大型运输机、重型攻击机(如阿帕奇在某些早期设想中也考虑过串联式),或者某些特殊用途。但对于大多数中小型运输、侦察、搜救等任务,传统单旋翼布局已经足够高效且更具经济性。
市场和军事需求的变化: 随着技术的发展,单旋翼直升机在载重、速度、航程等方面也在不断进步。而且,很多任务的需求也发生了变化。例如,对隐身性、静音性的要求越来越高,而大型的串联式旋翼系统往往噪音更大、雷达反射截面积也更大。

3. 历史上其他串联式布局的尝试:

除了奇努克,历史上也有一些串联式布局的直升机被设计或制造出来,但未能大规模生产。

西科斯基S69/S72(XWing): 这是最极端的例子之一,它采用了X形交叉的旋翼,理论上可以实现非常高的速度,并且能抵消扭矩。但其复杂性、噪音、以及在低速和悬停时的操控困难,使其最终没有投入生产。
雅克24(Mil Mi24): 严格来说,这是两个独立的、并列的旋翼(sidebyside rotors),而不是前后串联。但它也试图通过双旋翼来提高载重和稳定性。不过,其设计依然面临复杂的机械同步和高昂的维护成本。
一些欧洲和苏联的设计: 在冷战时期,双方都在探索直升机技术的极限,也出现了一些串联式或双旋翼的实验性设计,但绝大多数都因为技术、成本或军事需求不匹配而止步于原型阶段。

总结来说, 奇努克的成功是多种因素共同作用的结果:它精准地满足了当时及之后军事领域对重型、远程运输的迫切需求;其设计经过了长期的优化和验证,技术相对成熟;而其他串联式布局的直升机,尽管在理论上可能具备某些优势,但在实际的制造成本、维护难度、空气动力学效率、以及对操作的要求等方面,都遇到了难以逾越的障碍,未能获得广泛的军事或商业认可,最终未能像奇努克那样,在历史上留下浓墨重彩的一笔。

可以这样理解,奇努克解决了“如何把尽可能多的东西送到尽可能远的地方”这个特定问题,并且做得非常出色。而其他串联式设计,要么是在尝试解决一个不同维度的问题(比如速度),要么是在技术成熟度、成本效益上未能找到合适的平衡点,因此就淹没在历史的长河中了。

网友意见

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纵列双旋翼直升机可不只是只有支奴干哦。

上图:CH-47支奴干

上图:CH-46海骑士

上3图:CH-46和CH-47的外观对比区别

上面这俩应该是纵列双旋翼布局直升机中出镜率最高的了。


以下是其它:

上图:贝尔HSL

上图:H-21战马,又称“飞行香蕉/flying banana”

上图:H-25骡子

上图:Piasecki HRP Rescuer

上图:苏俄Yak-24

上图:英国Bristol Type 173

上图:英国Bristol Type 192

其它:略


上面这些都是量产的,要是试验性质的,还有:

上图:Boeing XCH-62

上图:Boeing Model 360

上图:Filper Research Beta

上图:朱家仁CJC-3

其它:略

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