涵道風扇尾槳，電傳飛控系統——科曼奇直升機如何解決美軍痛點

直升機西科斯基波音公司 GPS 設計霍尼韋爾旋翼飛行器 2019-04-06

# 寫在前面

這是我關於科曼奇直升機的第四篇文章，前三篇我分別講了其發展歷程和下馬原因、隱身技術和防禦性能以及創新的機身和旋翼系統，收到了讀者朋友的很多留言，其中有對科曼奇設計團隊卓絕設計的讚美，也有對國產直升機事業更上一層樓的期待... ...

實際上，在科曼奇的研製過程中，美軍曾多次修改項目指南，每一輪修改都會針對美國陸軍當下的實際痛點提出需求，並給出具體的性能指標，而科曼奇項目的設計師則在一輪一輪的迭代中攻克難關，憑藉卓越的創新精神和務實的工匠精神打造了這架傳奇直升機。

本文，我將接續前三篇的內容，進一步介紹科曼奇直升機的高性能的涵道風扇尾槳系統、領先時代的電傳操縱飛行控制系統和三發佈局的出色設計，與諸君共賞。

本號持續針對空天領域理論、設計、未來等相關內容進行深度解讀，歡迎關注。

# 尾槳系統

由於美國陸軍當時在役的輕型直升機在高海拔飛行時，航向操縱性能都很有限，因此，在阿帕奇項目之初，美國陸軍就提出了較高的偏航操縱品質要求。一般來說當前的輕型直升機在高海拔情況下都幾乎沒有尾槳操縱功效。

關於科曼奇的尾槳系統，當時美國陸軍的項目指南中給出了兩個要求：

其中關於航向操縱性能的指標是：“能夠在45節的側風中完成180°偏航轉彎”。這就要求科曼奇具備比現有直升機都要強勁的反扭矩/偏航控制系統。
此外，美國陸軍還要求“反扭矩尾槳系統具備防護措施”，以此來杜絕高強度作戰狀況下，參戰人員不慎靠近尾槳而受傷的情況。

綜合上述要求，顯然，常規直升機的尾槳系統是無法滿足要求的。

波音-西科斯基小組提出的解決方案是一副4.5英尺直徑的“涵道風扇尾槳”，同時加入了完備的人員防護裝置。但是，在當時的直升機工業中，涵道風扇尾槳比開放式尾槳噪音更大（注：理論分析涵道風扇會更靜音一些，但是實際結果卻不一樣），因而“涵道風扇尾槳”這一設計思路在概念設計階段並沒有被評審委員會所看好。項目設計團隊進行了一系列分析，最終認為，此前的涵道風扇之所以更吵是因為涵道中的立柱位置過於靠近風扇所導致，合理的立柱/風扇間隙能夠顯著降低噪音。西科斯基設計了一種涵道風扇尾槳系統並將其裝備到S-76 直升機上，通過實際飛行測試證明了該項設計思路的可行性，測試過程中也凸顯了涵道風扇尾槳系統的一些其他優點。

圖——科曼奇的涵道風扇尾槳系統

新設計帶來的新能力：得益於科曼奇涵道風扇尾槳系統的超高操縱功效，科曼奇還開創了一種新的機動飛行動作。當時美國陸軍要求科曼奇能夠在中等飛行速度下具備快速轉向目標（Quick Turn-To-Target）的能力。在美國陸軍的最初設想中——科曼奇首先應當快速側滾實現90°轉彎，然後再通過滾轉恢復水平姿態並朝向目標。而在實際的飛行測試中，科曼奇在70節的速度下輕輕鬆鬆實現了90°的偏航轉彎，在無需任何滾轉操縱的情況下滿足了這一要求。該項機動動作被美國陸軍親切稱為“速轉”（Snap Turn），併成了最受科曼奇試飛員喜愛的動作。

圖——科曼奇直升機

# 電傳操縱飛行控制系統

在輕型直升機試驗項目中，美國陸軍逐步開始關注直升機的“空中優勢”，由此對項目產品的空中機動性提出了相當的要求，以確保其具備較強的生存能力。因此，波音-西科斯基在設計中針對性地設計了獨特的電傳飛行控制律和相應的旋翼操縱系統。

圖——電傳操縱系統在當今的先進旋翼飛行器上已經是標配

科曼奇的數字電傳操縱飛行控制系統是當時所開發的最先進的旋翼飛行控制系統。相比於同時代的直升機，該系統大大提升了直升機的操縱品質並降低了飛行員的操縱壓力。此外，數字電傳操縱飛行控制系統相比當時常見的機械操縱系統而言，其可靠性大大提升且重量顯著降低。科曼奇的飛行控制系統具備兩種增強模式：

速度指令/姿態保持：該模式能夠在晝視條件下提供極強的機動響應能力；
姿態指令/速度保持：該模式能夠在夜視或低可見度（如沙塵、霧霾等氣候）條件下提供更好的應變能力。

科曼奇的電傳操縱飛行控制系統還包含許多自動化的飛行控制功能，比如導航及其他全自動控制的高級功能——自動懸停、返回掩體等。在科曼奇的項目計劃中，本來還會加入到飛控系統中的功能還包括“飛行包線示警”和“火力、飛控集成系統”。相比於機械操縱桿的傳動機構，使用三餘度的電傳操縱系統大大提升操縱系統佈置的靈活度，降低了操縱系統受武器系統攻擊的威脅性。

科曼奇的導航系統也集成在飛控系統中，它採用的是三架慣性/全球定位系統導航儀搭建的導航解決方案。

圖——集成全數顯的電傳操縱飛控系統正是未來的趨勢（圖為Elbit 直升機數字座艙解決方案示意圖）

# 發動機

美國政府在輕型直升機試驗項目進行的同時，啟動了相應的先進發動機項目的競標。競標的獲勝方為霍尼韋爾和羅爾斯·羅伊斯公司組成的LHTEC團隊，美軍與其簽署了研製T-800發動機的合同。該發動機的最大應急額定功率達1399馬力，重量為315磅（約143公斤），燃油效率低至0.459 lb./hr./shp。它配備了圈圈數字發動機控制系統，該系統能夠與科曼奇的電傳操縱飛行控制系統相兼容。該發動機採用了極簡設計策略，只需簡單工具箱就能進行手動維護。