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1、垂直风雷复合式尾桨无人隐形直升机垂直风雷复合式尾桨无人隐形直升机垂直风雷复合式尾桨无人隐形直升机垂直风雷复合式尾桨无人隐形直升机垂直风雷复合式尾桨无人隐形直升机第一章绪论和设计思想起源于朝鲜战争，发展于越南战争的低空武装攻击直升机在20世纪的90 年代开始在军用飞行器领域里终于大放异彩。在两次海湾战争中，在已解体的南 联盟上空，甚至在荒凉无人的阿富汗山脊中，AH-64“阿帕奇”重载挂弹，低空 盘旋，在树梢高度倾泻火力的场景，几乎成了烙入人心的定格，甚至成为低空作 战的代名词。与之并进的是国内国外的其他类似项目也相继推出了原型机并很快 投入实用：虎，茶隼，猫鼬低空的烈度迅速升级。然而进入新世纪，
2、随着反恐作战，城市作战和极度追求精度和信息化的“定 点清除”种种新的课题和概念的产生，我们所面对的对手很可能不再是类似国 家的主体，所处的不对称的环境让很多传统的高科技手段感到茫然。前述的那些 “低空霸王”，“飞行坦克”所面对的作用形态与研制之初所设想的概念相去甚 远。原来可以大肆逞威的空域突然对它们变得危机四伏。新的环境和作战形态 对直升机的设计概念和设计方式都提出了新的挑战。此次设计的“垂直风雷”直升机就是应对于上述独特的使用环境和概念所 提出的新概念直升机。取名“垂直风雷”主要意指该机保有直升机的最大特点： 垂直起降。同时，又有别于常规直升机的尾桨仅起平衡反扭矩的作用，通过尾桨 组合体的
3、旋转，能实现较高速度的飞行，力图突破一般直升机的速度局限，能快 速抵达目标区域，且有强大的探测设备，并辅以必要的打击能，。因此在战场 上能做到“雷厉风行”。它的主要设计创新点有:1无人驾驶，机动能力强。它行动适应性强，可在狭窄的场地和舰船上垂直 起降，能全自主飞行，具有良好的超低空和贴地飞行能力。它与有人直升机不一 样。它不必担忧人员伤亡，也不会有因人员体力、精力疲乏而影响作战功能的 问题。随时执行任务，可实现“零伤亡”战略战术。2隐身外形，生存能力强。“垂直风雷”直升机的整体外形几乎全由直线构 成带倾角的各几何面，倾角大多超过30，可将雷达波偏转出去，而避开辐射 源。由于无人隐形，所以提高了
4、 “垂直风雷”的任务弹性，使其能够执行多种常 规直升机/飞机难以完成的任务，辅以完备的通讯侦查手段，完全可以充当战术 级别的小型预警前哨机，这些使用上的新颖之处，将在下文详述。3 一机多型，针对不同的任务作出不同的挂载。突发事件的不可预知性决定 了各任务平台必须具备很强的适应性。“垂直风雷”的设计任务有前缘侦查，目 标定位，还包括一定的打击任务等。“垂直风雷”通过加载短翼，选装针对不 同任务的仪器设备和武器，最大程度上的满足多用途的要求。4尾桨的复合构造保证了垂直起降性能和速度的兼顾。尾桨组合体既可以类 似常规直升机尾桨，用作平衡主桨的反扭矩，也可以朝后旋转至于机体纵轴平 行， 即类似推进桨的
5、作用，从而使直升机突破速度限制，较快的达到目标上空。同时 也保留了直升机起落性能优良的特点。5灵活新颖的使用。该“垂直风雷”直升机可以作为多种任务平台，既可以 在常规战争中用作侦查，制导，又可以在城市作战，反恐作战中发挥其与传统直 升机不同的特点。甚至可以通过数据链，做到编队作战，发展出很多崭新的高效 的新作战模式。第二章设计概要2.1“垂直风雷”直升机设计概要旋翼直径8.12m尾桨直径1.5m机身长（不含尾桨旋转）7.88m旋翼桨盘面积51.78m2重量及载荷空重660kg最大起飞重量1300kg任务燃油重量360kg性能数据最大飞行速度378km/h巡航速度320km/h实用升限5000m
6、图1 “垂直风雷”直升机的设计三视图（加短翼，尾桨未偏转）机身短翼外挂点：4个可选装武器：非制导火箭弹，电视制导导弹图2可选装的武器2.2机身的隐形外形现代电子探测技术的发展，对武装/侦查直升机生存力构成了严重的威胁。 为了适应未来战场环境，使武装/侦查直升机在战争中具有良好的生存力和作战 能力，“隐身性”已成为现代武装/侦查直升机的重要技术战术指标之一。直升机是一个外形十分复杂的目标，它由多个部件组成。在雷达照射下每个 部分都会产生反射波，有的部件可能同时产生散射机理不同的散射源。由于“垂直风雷”直升机不存在飞行员，即不存在驾驶舱，因此可以较为方 便地布置机头部分，也相当于减少了驾驶舱这一大
7、的雷达波散射源。一般来说 地 面雷达和机载雷达的探测角大都处于飞机轴平面的正负30度范围之内，所以该 机大部分表面的倾角都设计成大于30度，这样就可以将雷达波偏转出去，而避 开辐射源。“垂直风雷”直升机在设计机体表面外形时，尽量避免了开口，缝隙，凸起 和台阶，使机体表面十分的光滑连续。机头较为尖锐，机身侧面由两半平面转角 构成，避免了圆柱体和半球体所产生镜面反射的弊端；发动机藏入机身内部，进 气道也由此设计成埋入式，避免了强烈的唇口效应，不会对雷达波形成强反射； 机身短翼可拆卸。在执行高危的渗透或要地侦查时，可将机身短翼拆除，进一 步减小RCS；桨毂虽然体积较小，但反射作用十分明显。在此旋翼桨
8、毂和桨叶根 部加装了整流罩，形成平滑过渡的融合体。图3紧凑的多面体机身和可卸短翼图4整流后的桨毂2.3进气/排气系统的创新1973-2001年间全世界共有363架直升机被击落，其中97%毁于高炮，便携 式防空导弹或空空导弹。其中便携式导弹是对直升机最经济，最致命的威胁。 随着便携式防空导弹的武器系统化，使用车载，再配以雷达和光电搜索设备，目 标捕获能力，火力反应速度和火力密度明显增强。而目前的便携式防空导弹， 绝大多数采用的是热寻的的制导方式。发动机，和进气/排气系统是主要的热源。直升机的生存技术涉及“不易被发现”，“发现后不易被瞄准或攻击”， “攻击后不易被击落”，和“被击落后保障飞行员人生
9、安全”4个层次。对应的 技术手段分别是隐形，告警与干扰，抗弹能力，耐坠毁能力。隐形技术是提高直升机生存的顶层技术，是直升机的“贵族技术”。科曼奇 将雷达反射截面缩小到OH-58的1/200，AH-64的1/600.但如果接近到目视距 离，即从实用的较近距离的角度看，以低空活动为主的直升机并不需要防范远程 雷达，当务之急还是躲避红外，光电和声学等探测系统。因而红夕卜，声学隐形 将是直升机生存技术的另一重点。通过图5,图6的进气/排气系统可以看出：该直升机的发动机设计在机身 的正前方，呈格栅状，在不破坏整体气动外形的同时保证了气动效率。同时排气 口设置在尾粱下方。此布局的优点有：进气口，排气口分散
10、布置。在避免集中热 源的同时方便热气流的冷却；排气口分布在尾梁下方和机身后部两处。尾梁下方 的排气以不同的两个角度向下排出，便于旋翼下洗流迅速将其吹散，与周围的 冷空气相混和，可有效降低热信号。使来袭的热寻的制导的弹头难以追踪到目标 从而大大提高了该机的生存力。图5尖削的机头和格栅进气道图6机身后部和尾梁下方的排气道2.4有别于常规的尾桨组合体“垂直风雷”直升机有别于常规直升机的重要一点是：尾桨与平尾的组合体 可由垂直于机身纵向轴线，偏转至与其平行;而平尾也可以绕着尾桨旋转轴偏 转， 在悬停和低速飞行时，该组合体工作方式和常规尾桨完全相同，系统拉力方向垂 直于机身纵向轴线，用于高效克服旋翼的反
11、扭矩并提供足够的航向操纵功效、提 供航向气动阻尼。随着前飞速度的增加，该组合体将自动向前转向，这时，产生 的总拉力，部分用于保证平衡旋翼产生的反扭矩，拉力矢量的前向分量随组合体 向前偏转角的增大而逐渐增大，为直升机提供了向前的驱动力，而平尾也随着 旋转轴旋转，起到配平和卸载的作用。当该系统偏转至和机身纵向轴线完全平行 时，该系统拉力全部用于推进飞行，工作于尾桨尾流和机身前飞下洗流双重作 用下的平尾此时完全垂直，成为垂直舵面，气流经过该舵面产生垂直于机体纵轴 线的拉力，首先用来平衡反扭矩，其次也开始发挥航向增稳和航向辅助控制的 作用。常规布局的直升机的旋翼，在大速度飞行时将陆续出现前行桨叶激波、
12、后行 桨叶失速、桨尖涡干扰增强以及旋翼尾流冲击尾桨和垂尾等气动和动力学问题， 尤其是后行桨叶失速问题的出现，导致了全机飞行阻力急剧增加、全机振动水平 居高不下，大大限制了直升机飞行速度的提高。该构型的复合式直升机在前飞加速的前期仍需要桨盘前倾获得纵向加速度，而当转入到一定的前飞状态后，桨盘 和机身可以不用再向前倾斜，此时依靠涵道螺桨的推进力就可克服机身的阻力从 而实现加速飞行。尾桨组合体与常规尾桨相比具有以下优点：1）尾桨在偏转至于机体纵轴相平行时，实际作用相当于一个推进桨，可以大 大的提高前飞速度；2）可转向式设计，能兼顾悬停和前飞效能，在保留直升机起降方便的优点的 同时，在一定程度上克服了
13、直升机速度慢的缺点；3）可取消旋翼前倾角，由此简化旋翼系统设计。同时，在任何速度下，机身 均可保持水平姿态飞行，飞行阻力小。图7尾桨混合体的旋转过程2.5 “垂直风雷”直升机的设计细节近年发展起来的无轴承桨毂相对于带铰的传统桨毂重量大为减轻，结构大为 简化。由此带来积极意义是当量废阻面积和耗油量的降低。无轴承桨毂的主要结 构是单向复合材料制成的柔性梁，柔性梁外端同桨叶相连接，内端同固定在旋 翼轴上的连接盘相连。柔性梁在保证一定的弯曲刚度和强度的情况下，扭转刚度 很低，起到了挥舞、摆振和变距铰的作用。无轴承桨毂的优点：桨毂结构简单， 零件数量少；具有很大的操纵功效，因而改善了直升机的驾驶品质，这
14、对要求大 机动能力的武装直升机特别重要；全复合材料结构，破损安全性能好，只需视 情维护，寿命长；外形尺寸小，阻力小，重量轻。（见图8）桨尖是桨叶的动压最高区，前飞时动压变化最大的区域，也是桨叶气动特 性最敏感的位置。桨尖形状的改进，将大大改善桨叶的气动载荷分布、桨尖涡十 扰、振动及噪声特性，提高旋翼效率。试验研究表明后掠桨尖能消除压缩性影响, 减少前行桨叶上的速度峰值；由于桨尖翼弦变小，使边缘涡流密度减小，又延 缓了后行桨叶的气流分离。因此，大大改善了旋翼的气动特性。该桨尖形如蹼状 （见图9）,其优点是既可推迟前行桨叶激波失速，又可延缓后行桨叶气流分离。本机针对无人机体积小，内容积有限的局限，
15、采用了橇式起落架（见图11）， 节省了内部空间。同时，起落架在机身上多点支撑，传力路线较广，便于分散 着落时的冲击载荷。现代战争已经证明告警和干扰技术对直升机的不可或缺性，因此设计中在旋 翼下方，机身的背脊部位嵌入了一套红外干扰/告警机（见图13）。该机能提供 不需要提示的全向干扰，能有效防御便携式导弹。图8无轴承旋翼图9蹼状桨尖图10尾桨组合体图11多点支承的橇式起落架图12搜索/火控的光电转塔图13安装在旋翼下机身背脊的红外干扰/告 警机第三章直升机使用的创新如前所述，随着直升机使用环境的改变，在不对称前提下，真正要在保证自 身安全的前提下做到“你打你的，我打我的”，必要条件是及时准确，全方位 的 感知一切信息。“垂直风雷”直升机的一般作战过程是：接受作战任务制定作战计划 飞往目标区域一一巡逻待机攻击/向后方发出作战建议。指控站在接到 作战任务后，依据最新电子侦察情报和对目标特性的了解，借助地面控制车上的 任务编程器制定作战计划，然后实施发射。直升机便按照预先设定的飞行计划和 已规划的航路自主飞往目标区域，到达后则搜索和截获目标，按优先级对目标 进行搜索和跟踪。图14 “垂直风雷”直升机城市巡逻想象图3.1城市/反恐作战
