未來發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域
從產(chǎn)品的角度看，常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)（包括單旋翼帶尾槳構(gòu)型、縱列式雙旋翼構(gòu)型和共軸雙旋翼構(gòu)型）、高速旋翼機(jī)（包括傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型、帶拉力或推力槳的復(fù)合推力構(gòu)型）和無人直升機(jī)“三足鼎立”的格局已經(jīng)初步形成。未來一段時(shí)期內(nèi)，它們都將在各自的技術(shù)領(lǐng)域?qū)で筮M(jìn)一步發(fā)展。
01 常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)減振降噪技術(shù)
隨著市場對于常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)舒適性要求的不斷提高，減振降噪已成為常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)未來發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域。目前，減振降噪的研究方向已從被動(dòng)吸振逐漸轉(zhuǎn)向主動(dòng)減振，如結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動(dòng)控制、高階諧波控制、單片槳葉控制、主動(dòng)控制伺服襟翼等研究，并已取得明顯效果。未來，對于舒適性、可靠性的高要求將推動(dòng)減振降噪技術(shù)的不斷成熟和轉(zhuǎn)化，也將促進(jìn)更為先進(jìn)的減振降噪技術(shù)發(fā)展。如空客2010年提出的“藍(lán)色直升機(jī)”概念中，包含了“藍(lán)色刀鋒”（Blue Edge）低噪聲槳葉技術(shù)（圖3）和“藍(lán)色脈沖”（Blue Pulse）主動(dòng)控制技術(shù)。
“藍(lán)色刀鋒”是一種通過改進(jìn)槳尖形狀設(shè)計(jì)降低噪聲的技術(shù)，利用減小的槳尖弦長來降低槳尖渦強(qiáng)度，利用非均勻的弦長分布和先前掠再后掠的槳尖設(shè)計(jì)有效避免槳尖渦與槳葉平行干擾產(chǎn)生的噪聲，利用先進(jìn)翼型設(shè)計(jì)降低旋翼厚度噪聲和載荷噪聲，利用后掠的優(yōu)化槳尖避免槳尖的氣動(dòng)分離。
“藍(lán)色脈沖”采用的是主動(dòng)控制伺服襟翼技術(shù)，通過雙襟翼特殊設(shè)計(jì)降低槳渦干擾噪聲。雙襟翼的周期運(yùn)動(dòng)改變槳葉的氣流和運(yùn)動(dòng)，從而降低了直升機(jī)降落時(shí)的振動(dòng)和噪聲。這兩項(xiàng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下降噪效果達(dá)4~7dB，真實(shí)飛行環(huán)境也達(dá)到3~4dB。
此外，美國馬里蘭大學(xué)開發(fā)的智能旋翼試驗(yàn)表明，智能旋翼在降低噪聲水平方面有著更為高效的表現(xiàn)，噪聲降低達(dá)50% 以上。DARPA的“任務(wù)自適應(yīng)旋翼”新構(gòu)型旋翼概念開發(fā)項(xiàng)目中，也提出了聲學(xué)可探測距離降低50%、振動(dòng)降低90% 等性能指標(biāo)。
02 高速旋翼機(jī)技術(shù)
高速旋翼機(jī)技術(shù)近年取得較大突破：傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)早已在軍用領(lǐng)域使用，民用產(chǎn)品也將在未來幾年內(nèi)交付；復(fù)合推力構(gòu)型高速旋翼機(jī)技術(shù)趨于成熟。
2010 年西科斯基啟動(dòng)基于X2構(gòu)型技術(shù)的S-97 高速旋翼機(jī)研制，2015 年5 月完成首飛?？湛椭鄙龣C(jī)公司X3 驗(yàn)證機(jī)飛行速度于2013 年達(dá)到472km/h，旨在研制出一個(gè)高速旋翼機(jī)系列的美軍“未來垂直起降飛行器”（FVL）計(jì)劃，并計(jì)劃2017 年實(shí)現(xiàn)其先導(dǎo)驗(yàn)證項(xiàng)目——“聯(lián)合多任務(wù)旋翼機(jī)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)”（JMR TD）的首飛，2020 年前完成全部驗(yàn)證、評審和工程研制方案選擇，預(yù)計(jì)2028年前后交付使用。美國空軍與陸軍正在聯(lián)合開展“聯(lián)合未來戰(zhàn)區(qū)運(yùn)輸機(jī)”（JFTL）技術(shù)研究，該機(jī)將具備垂直起降和短距起降能力，并能夠運(yùn)輸中型作戰(zhàn)車輛，且具備戰(zhàn)略級(jí)別航程。美國軍方和NASA 還開展了運(yùn)輸機(jī)級(jí)別的高速旋翼機(jī)技術(shù)研究，其中“亞聲速旋翼機(jī)”研究項(xiàng)目（SRW），為未來能搭載90 名乘客、巡航速度556km/h，航程不低于1852km 的旋翼機(jī)儲(chǔ)備技術(shù)，目前主要集中在構(gòu)型優(yōu)化、關(guān)鍵子系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)，2012 年已開始1/20 縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)。
與此同時(shí)，下一代高速旋翼機(jī)技術(shù)預(yù)研已陸續(xù)啟動(dòng)。DARPA 于2013 年2 月啟動(dòng)了“垂直起降試驗(yàn)飛機(jī)”項(xiàng)目，于2014 年3 月開始競標(biāo)，計(jì)劃2017 年首飛。驗(yàn)證機(jī)最大起飛重量4500~5400kg，技術(shù)可應(yīng)用1800~10800kg 間不同噸位平臺(tái)上；能承受-0.5~2.0g 過載；飛行速度能達(dá)到556~741km/h ；懸停效率不低于75% ；巡航狀態(tài)升阻比不低于10 ；有效載重不低于總重的40%，商載不低于12.5%。項(xiàng)目成果將為FVL 等項(xiàng)目后的第二代高速旋翼機(jī)提供技術(shù)儲(chǔ)備；而歐洲也計(jì)劃啟動(dòng)第二代高速旋翼機(jī)技術(shù)預(yù)研，并可能優(yōu)先考慮民用領(lǐng)域的應(yīng)用。
按照目前的研制計(jì)劃，集成應(yīng)用高速旋翼機(jī)技術(shù)的新產(chǎn)品將在2025年前后投入使用，并在2030 年后開始廣泛應(yīng)用。
03無人直升機(jī)技術(shù)
近年來，無人直升機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速?？刂品矫?，采用先進(jìn)的飛行控制與組合導(dǎo)航技術(shù)，智能化和自主控制能力穩(wěn)步提高。MQ-8B“火力偵察兵”已達(dá)到美軍方定義的自主控制等級(jí)第4 級(jí)（機(jī)上航路再規(guī)劃），能實(shí)現(xiàn)不同海況和風(fēng)速條件下的自動(dòng)起飛和著艦；美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已經(jīng)啟動(dòng)“自主空中貨運(yùn)/ 投送系統(tǒng)”（AACUS）項(xiàng)目，期望前線士兵能通過簡單的iPad 界面操作無人直升機(jī)著陸，計(jì)劃在2016 年下半年完成研制；此外，美軍在JMR TD 項(xiàng)目中提出了可選有人駕駛能力需求，已開始在“黑鷹”上開展技術(shù)研究，并于2014 年初成功進(jìn)行了地面遙控懸停飛行試驗(yàn)，這項(xiàng)技術(shù)能在幾乎所有現(xiàn)役直升機(jī)上應(yīng)用。
新技術(shù)和新材料方面，鈦合金已廣泛運(yùn)用到無人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、旋翼軸和槳轂等部件上，機(jī)體主結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維、碳纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料，結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)使空機(jī)重量顯著降低、結(jié)構(gòu)壽命明顯提高、維修性大大改善，同時(shí)復(fù)合隱身技術(shù)也被用于降低全機(jī)的雷達(dá)和紅外輻射特征；新構(gòu)型技術(shù)也將很快被應(yīng)用到無人直升機(jī)上，DARPA 正在進(jìn)行的“垂直起降試驗(yàn)飛機(jī)”項(xiàng)目就含無人高速旋翼機(jī)備選方案。
任務(wù)系統(tǒng)方面，先進(jìn)的小型化任務(wù)設(shè)備不斷集成，MQ-8B 的Ku 波段APY-8“山貓”合成孔徑雷達(dá)重52kg，在10000m 高空成像分辨力為100mm，且具有地面動(dòng)目標(biāo)指示能力，“山貓”II 的重量已降到39kg。未來，無人直升機(jī)將向“智能化、易操縱”、“長航時(shí)、高航程”、“大任務(wù)載荷”、“高隱身性能”和“高效新武器系統(tǒng)”等方向發(fā)展。
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