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【網(wǎng)易博客】東海魚鷹——美國在沖繩布署V-22

 皖林專欄 2013-02-09
東海魚鷹-美國在沖繩布署V-22 - 小飛豬 - 小飛豬的博客
 美國V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機
     根據(jù)日本有關(guān)新聞報道;美國第一批MV-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機將會在本月底布署在山口縣巖國基地,第二批將會布署在沖繩縣普天間基地。
      V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機具備速度快、載重能力強、應急反應能力高、對于機場要求低的優(yōu)點,是美國海軍未來垂直登陸作戰(zhàn)的主力,因此在釣魚島問題日益升溫的今天,美國在沖繩布署該機值得我們關(guān)注和警惕。
      我們知道直升機利用旋翼產(chǎn)生的升力實現(xiàn)垂直起降,這樣就避免了固定翼飛機對跑道的依賴,但是旋翼從根本上限制了前飛速度。旋翼尺寸和槳葉數(shù)的限制不談,飛機的前飛速度不可能超過旋翼翼尖的線速度,在極限情況下,假定飛機的前飛速度和翼尖速度都為音速的一半,前行方向上,翼尖速度在 3 點鐘方向已經(jīng)達到音速,而后行方向上,翼尖在 9 點鐘方向的速度就為零,要發(fā)生失速。實際上,翼尖失速速度要高于零速度,所以飛行速度比理論上的極限情況要低。另外,由于半徑的關(guān)系,旋翼前傾時,旋翼翼尖附近是產(chǎn)生推力的部分,中間部分的線速度低,實際上不產(chǎn)生推力,是在迎風氣流的作用下像風車一樣地自旋,靠近圓心的部分的線速度低于失速速度,已經(jīng)處在失速區(qū)了。由于前飛時旋翼前傾,阻力在旋翼上形成一個向下的分量,造成速度越大,“降力”越大的尷尬局面,必須用增加的升力來補償,白白浪費發(fā)動機功率。據(jù)計算,直升機的理論速度不能超過 420 公里/小時。現(xiàn)代直升機對旋翼翼尖進行加大后掠角的修形,使直升機速度有了不小的提高,但還是沒有突破這個理論限制。
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 旋翼提高直升機的升力,但是也限制它的速度
      為了解決直升機這個先天限制,許多國家進行了所謂復合式直升機的研究,首先是為直升機增加機翼,這樣在飛行的時候,機翼可以產(chǎn)生一部分升力,從而降低旋翼的負擔,我們比較熟悉的米-6采用的就是這種方法,但是它并沒有從根本上解決問題,所以有的國家為直升機增加一個發(fā)動機,這樣飛機水平飛行的時候,發(fā)動機全部由推進發(fā)動機提高,旋翼只提供垂直起飛時的升力,水平飛行的時候保持自轉(zhuǎn)即可,復合式直機雖然可以將直升機速度提高到500公里左右,但是飛機有兩套發(fā)動機及傳動、操縱系統(tǒng),結(jié)構(gòu)比較復雜、重量也比較大,飛機的經(jīng)濟性能不好,另外由于旋翼的存在,其產(chǎn)生的阻力和反流區(qū)仍舊阻止了飛機速度的進一步提高,因此復合直升機目前仍舊停留在試驗階段,距離實用還有一定的距離。 
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 復合直升機存在著種種限制,距離實用還有一段路要走
      在這種情況下,傾轉(zhuǎn)旋翼機就出現(xiàn)了,它最大的特點就是具備直升機和固定翼飛機兩種飛行狀態(tài),但是發(fā)動機只有一種,通過發(fā)動機姿態(tài)的變化,來實現(xiàn)飛機不同飛行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,這樣飛機即可以象直升機那樣垂直起落,又可以象飛機那樣飛行,速度和航程都得到提高,20世紀60年代美國貝爾公司天XV-3研究機上對傾轉(zhuǎn)旋翼機的基礎理論和研究進行了探索和研究,在此基礎上又研制了XV-15試驗機,突破了一系列的關(guān)鍵技術(shù),證明了傾轉(zhuǎn)旋翼機可以象直升機那樣垂直起降,也可以具備普通運輸機那樣的速度和航程。初步確定這種技術(shù)的可行性、 飛行包線范圍及應用潛力。
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 XV-15是V-22的基礎
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 XV-15表明傾轉(zhuǎn)旋翼機是可行的
     1982年美國國防部提出“多軍種先進垂直起落飛機計劃(JVX)“,貝爾公司提出的傾轉(zhuǎn)旋翼機方案中標,這就 V-22”魚鷹“,該機1983年開始研制,1988年首架原型機出廠,1989年試飛,并進行了兩種飛行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,1990年進行了首次著艦試驗,1997年V-22進入低速生產(chǎn),2001年美國海軍陸戰(zhàn)隊開始接收V-22直升機,但是由于種種原因,一直到2005年V-22才進入全速生產(chǎn)階段,2007年V-22獲得初始作戰(zhàn)能力,開始替代美國海軍陸戰(zhàn)隊的CH-46直升機,同年該機被派往伊拉克和阿富汗,執(zhí)行作戰(zhàn)任務,同時還在中洲一些國家執(zhí)行人道主義援助等任務,在這些任務中,V-22都顯現(xiàn)出自己比直升機更強的速度和航程,具備更好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能,目前美國海軍陸戰(zhàn)隊擁有97架V-22,編成11個作戰(zhàn)中隊和1個訓練中隊。美國空軍裝備有13架,配備3個中隊,V-22計劃共耗費27億美元,而每架飛機的單價超過6000萬美元。
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 機翼與螺旋槳折疊的V-22
     V-22的機長為19米左右,翼展15米,最大垂直起飛重量為23噸,最大短距起飛重量為27噸,其中空重15噸,最大內(nèi)部載重為9噸,最大外部吊掛能力為7噸,最大MV-22可以達到4噸,而CV-22則超過6噸,如果使用內(nèi)部副油箱,最大載油可以超過10噸,最大航程超過3500公里,作戰(zhàn)半徑;用于兩棲突擊的時候可以達到950公里,帶4噸載荷,短距起飛的時候可以達到1400公里,座艙最多可以裝載24名全副武裝的士兵,或者12副擔架,飛機的發(fā)動機為兩部艾利遜T406渦軸發(fā)動機,起飛功率為4500KW,旋翼為復合材料制成的三片槳葉,一條貫穿機翼的橫軸將兩部發(fā)動機連接起來,以保證旋翼兩個旋翼同轉(zhuǎn)速,如果一臺發(fā)動機出現(xiàn)故障,另外一臺發(fā)動機還可以通過這條軸帶到兩個旋翼旋轉(zhuǎn)。 
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 V-22的飛行控制系統(tǒng)比較復雜
     V-22采用了三余度電傳操縱系統(tǒng),具備自動駕駛、全自動飛行和編隊飛行模式,飛行員可以用一套操縱系統(tǒng)來控制兩種不同的飛行方式,在運渡飛行中,飛機的構(gòu)型變化、氣動翼面、旋翼槳距的變化都是由飛行操縱系統(tǒng)自動進行的,飛行員可以依靠這一套系統(tǒng)控制飛機不同的飛行狀態(tài),飛機的航空電子系統(tǒng)是基于1553B數(shù)據(jù)總線的聯(lián)合式航空電子系統(tǒng),系統(tǒng)以AYK-14任務計算機為核心,將戰(zhàn)術(shù)空中導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、任務計算機、衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)、雷達高度表以及通信系統(tǒng)等有機相連,形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合處理和顯示,機頭還裝有地形跟蹤雷達,具備地形跟蹤和回避能力,提高了飛機的突防能力,考慮到飛機需要在對方區(qū)域作戰(zhàn),所以還配備有較為完善的電子戰(zhàn)系統(tǒng),包括箔條/照明彈投放架、雷達告警系統(tǒng)和主動雷達干擾機,另外用于特種作戰(zhàn)的CV-22還配備有前視紅外探測系統(tǒng)和激光測距儀等。飛機座艙實現(xiàn)了玻璃化,儀表板安裝有6個多功能顯示器,用于飛行數(shù)據(jù)和戰(zhàn)術(shù)信息的顯示。
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 V-22采用了玻璃化座艙

   V-22雖然性能優(yōu)良,但是它的缺點也十分明顯,首先V-22獨特的飛行方式造成它的氣動布局與普通直升機和直升機都不同,如它的旋翼槳葉采用很大的負扭轉(zhuǎn),并且沿展向翼型布置與弦長變化大,另外旋翼尺寸比同級的直升機要小,這樣,為了產(chǎn)生同樣的升力,旋翼的下洗氣流要比一般的直升機強的多。這樣對于飛機的起降是非常不利的。另外由于螺旋槳(旋翼)位于機翼的翼尖上方,螺槳旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生的下沖氣流,有相當一部分會打在主翼的上表面。而為了保證發(fā)動機在轉(zhuǎn)動和固定于某一位置時,機翼有足夠的剛度和強度,它的主翼翼尖必須設計得很寬,從而增大了阻擋滑流向下運動的面積。在需要螺槳旋翼產(chǎn)生較大動力升力的時候,V-22的布局設計不但要損失正升力,而且根據(jù)作用力與反作用力原理,還得付出一定的負升力的代價,這是很不合算的。其垂直起飛時的效率,又要比普通的直升機降低許多。同時發(fā)動機短艙在不同飛行狀態(tài)下其支持剛度是在變化的,另外傾轉(zhuǎn)旋翼機的空氣動力學特性、動力學特性及飛行動力學特性與常規(guī)直升機和普通運輸機有較大的差異,特別是旋翼傾轉(zhuǎn)過程中的動態(tài)氣動特性、飛行動力學及飛行控制等問題都是以前沒有遇到過的,這些對于飛行控制律的摸索、飛行控制硬/軟件的研制帶來的較大的困難,所以美國人即使有雄厚的航空技術(shù)實力做為后盾,研制V-22的時候仍然頗不順利,還有一個問題就是傾轉(zhuǎn)旋翼機的飛行時候需要機翼提高升力,因此翼展較大,相應的兩側(cè)發(fā)動機距離較遠萬一兩側(cè)因為任何原因而有所不平衡,兩側(cè)的升力差別被翼展大大地放大,很難恢復安全的飛行狀態(tài)。理論上,任一發(fā)動機可以通過兩根半軸同時驅(qū)動兩側(cè)旋翼,但一旦有一臺發(fā)動機故障,V-22 可能立即失穩(wěn),根本不給系統(tǒng)以連接轉(zhuǎn)換的時間。另外,如果驅(qū)動旋翼的齒輪箱受損,即使橫軸連起來了也不頂用。因此美國人給V-22的評價是;技術(shù)先進、性能好,但是系統(tǒng)過于復雜、操縱維護都比較困難,造價也比較昂貴,所以盡管傾斜旋翼機已經(jīng)表現(xiàn)出來的較好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標,但是除了美國以外,別無分店,另外由于其經(jīng)濟性不好,民用領域的運用也受到限制,貝爾公司和阿古斯塔公司曾經(jīng)聯(lián)合推出的BA609型9座傾轉(zhuǎn)旋翼機,并且于2005年試飛,但是并沒有引起太大的反應。 

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V-22的優(yōu)點和缺點一樣鮮明 

    從美國即將布置V-22的普天間基地來看,它距離我國的釣魚島不到500公里,而V-22以普通運輸機狀態(tài)飛行的時候,巡航速度也在500公里/小時左右,因此從普天間基地起飛的V-22大約只需要一個小時就可以飛抵釣魚島,反應速度非常快,另外以每架可載24名全副武裝士兵,每個人以100公斤計算,那么這個時候載重在2700公斤以下,這個時候,V-22可以有1300公里以上的航程,足夠從釣魚島飛個來回,這樣以美國在普天間基地布署24架飛機,以70%的完好率,那么至少一次可以出動15架飛機,一次最多可以釣魚島投送一個步兵營的兵力,這個數(shù)字已經(jīng)相當可觀了,如果向前抵近布署,如從石恒島機場起飛,或者以日本22DDH等直升機驅(qū)逐艦作為基地,V-22的較強的吊掛能力,還可以將戰(zhàn)術(shù)車輛、輕型火炮及防空導彈發(fā)射車等吊運上島,增加島上守軍的防御能力,另外V-22還可以利用自己的較大的載重,對島上的守軍進行空運補給,從普天間到釣魚島的距離來看,V-22一個航次可以內(nèi)裝大約6噸左右的載重,采用短距起飛的方式,這對于缺乏碼頭、機場的釣魚島來說是十分寶貴的。正是因為V-22這些優(yōu)點,日本也打算引進V-22飛機。

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V-22的運輸能力遠強于直升機 

   近期日本通過一系列動作,進行所謂“加強”“ 釣魚島控制”,除了日本自身的原因外,美國對東亞采取離岸平衡戰(zhàn)略也是重要原因,而在沖繩布署V-22也是這個戰(zhàn)略的反應。因此對于我國來說,提高海洋方向斗爭能力是今后軍事斗爭建設的主要方向。

 

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注:

參考資料:

1、世界直升機手冊

2、直升機總體設計

3、本文配圖來源于網(wǎng)上,權(quán)利歸原作者所有

 

 


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