直升机技术发展展望与思考（下）
直升机技术发展展望与思考（下）
高速旋翼机技术 高速旋翼机方面，空客直升机公司主要集中于复合推力构型研究。复合推力高速直升机去掉常规单旋翼带尾桨构型的尾桨，在机身两侧加装水平短翼、双推力桨。两侧推力桨用于提供推力并平衡旋翼反扭矩；机身水平短翼在高速飞行状态下可提供部分升力，对旋翼进行卸载。旋翼转速降低，因此可降低激波限制，提升飞行速度。空客直升机公司开发了X3复合推力高速直升机验证机，实现了472km/h的飞行速度。在此基础上，在CS2支持下，空客直升机公司研发了RACER复合推力高速直升机，其目标巡航速度不低于400km/h，并要求实现20%的CO2减排、20%的NOx 减排和20% 的噪声降低。因此，RACER构型确定为在不增加重量的前提下，增加两个机翼，附带两个侧向旋翼，以提升速度。
空客直升机公司开发了X3复合推力技术验证机，实现了472km/h的飞行速度（左）；在CS2支持下，空客直升机公司研发了RACER复合推力高速直升机。（右）
美国贝尔直升机公司
美国贝尔直升机公司是全球第一家获得商用直升机生产许可的公司，是全球主要直升机和倾转旋翼机制造商之一，主要产品包括贝尔2XX系列、贝尔4XX系列和V-22倾转旋翼机等。
常规构型能力提升技术 为降低飞行员操纵负担，贝尔探索在直升机中引入电传飞控技术。贝尔525是全球首款采用电传飞控技术的直升机，目前正在开展适航认证。2016年7月16日，第一架飞行试验机由于无意识控制输入，依次导致了严重振动、主旋翼转速下降、桨叶脱离机体、切断尾梁等失效事件，最终导致飞机空中解体。贝尔公司表示将持续推进贝尔525电传飞控直升机的适航认证。
绿色旋翼机技术 贝尔公司以贝尔429为原型机，采用四涵道电动尾桨取代了常规机械尾桨，于2020年完成试飞。该项技术能够降低机械复杂程度，降低噪声，提高安全性。
贝尔429电动尾桨技术验证机。
高速旋翼机技术 高速旋翼机是贝尔主要发展方向之一。自20世纪50年代以来，贝尔就致力于研发倾转旋翼机，目前已发展了XV-15、V-22和AW609（后出售给莱奥纳多公司）、V-280 等三代技术验证机和实用型号。
倾转旋翼高速直升机可兼顾直升机模式和固定翼模式，采用横列式机翼，翼尖带可倾转双旋翼。在直升机模式下，旋翼短舱垂直向上，可实现悬停、垂直飞行和低速飞行。高速飞行时采用固定翼模式，旋翼短舱向前倾转，转速降低，以拉力螺旋桨的方式运行。在保留常规直升机任务能力基础上，倾转旋翼机的速度、航程增大2倍以上，平飞速度可达500~600km/h，响应速度更快、覆盖范围更广。V-22是世界上第一种投入使用的军用型倾转旋翼机。AW609作为目前全世界唯一正在适航取证的民用倾转旋翼机，经过20余年的漫长研发和适航取证历程，预计近两年将完成取证，投入市场。V-280为贝尔公司研发的新一代倾转旋翼机，是取代美军的“黑鹰”直升机的方案之一。
AW609预计近两年将完成取证，投入市场（左）；V-280为贝尔公司研发的新一代倾转旋翼机，是取代美军的“黑鹰”直升机的方案之一。（右）
美国西科斯基公司
西科斯基公司在产品创新方面凭借其颇具前景的S-97项目，为未来直升机发展开拓了一条可行之路。西科斯基公司不满足只在军用直升机市场上的主导地位，有意进一步探索民用市场，并且通过西科斯基宇航服务公司积极拓展直升机售后服务市场。西科斯基公司的未来技术发展项目按照X1、X2和X3的代号分为三个领域，其中X1是针对常规直升机，X2是针对未来高速旋翼机，X3是针对未来远程旋翼机。
绿色旋翼机技术 2011年，美国西科斯基公司将一架S-300C直升机改装为全电直升机技术样机，命名为“萤火虫”，完成了试飞。西科斯基公司表示“萤火虫”技术验证机平稳、安静、清洁、易用、可靠、经济，未来随着电池/ 电机/ 电控技术的进一步提升，发展前景不小。
高速旋翼机 西科斯基在高速旋翼机方面大力投入，发展了共轴刚性旋翼构型X2技术验证机，在此基础上研发了军用型S-97，目前正在研发SB＞ 1技术验证机。共轴刚性旋翼构型采用上下反转的刚性旋翼结合推力桨设计，仅由前行桨叶提供升力，后行桨叶基本不提供升力。高速飞行时，降低旋翼转速，以减弱前行桨叶激波，提高飞行速度。由推力桨提供推力以克服机身废阻。经过近60年的技术发展，逐步攻克了刚性旋翼设计技术、动力学设计技术、真空控制技术、减阻技术、高性能推力桨设计技术等，该构型逐渐发展成熟。代表型号包括西科斯基公司研制的X2共轴刚性旋翼技术验证机、S-97、SB＞1共轴刚性旋翼高速直升机。SB＞1构型最大巡航速度为460 km/h。
西科斯基在高速旋翼机方面大力投入，发展了X2技术验证机（左）；目前正在研发SB＞1共轴刚性旋翼高速直升机。（右）
莱奥纳多公司
绿色旋翼机技术 在“洁净天空”框架下，2010年，意大利莱奥纳多公司与高校开展合作研究，进行了直升机电动尾桨研究（ELETAD），建立了地面试验平台，并将一架AW139直升机尾桨改为电动构型，进行地面试验，开展技术验证工作。
高速旋翼机技术 1996年贝尔/ 波音公司在V-22技术的基础上计划推出6~9座的民用倾转旋翼机型。经历多次股权变更后，莱奥纳多公司2011年6月正式买断该项目，并将其更名为AW609。目前，莱奥纳多公司正在全力推进该机型取证工作。
在“洁净天空”2支持下，莱奥纳多在AW609及欧洲以ERICA为代表的倾转旋翼机前期研究基础上，正在开发下一代民用倾转旋翼机（NextGenCTR）技术验证机。该项目计划于2023年试飞，被视为CS2计划的旗舰级全尺寸技术验证机之一。项目目标为与AW139相比，CO2 排放量降低50%，NOx 排放量降低14%，噪声降低30%。
展望和思考
从常规构型能力提升技术来看，世界各国均致力于发展减振、降噪、减排等技术，相关标准不断提高。随着技术水平进步，未来有可能推动民用直升机适航规章中相应标准的提升。我国直升机发动机技术、减振降噪设计技术相对落后，振动、噪声、排放水平较高。若不能实现技术突破，未来在国际竞争中处于劣势地位，并面临着难以进入国际市场的窘局。
从绿色旋翼机技术方面来看，当前技术瓶颈为动力电池技术。绿色旋翼机对能源系统的要求包括高能量密度、低重量、高安全性等。据美国航空航天局研究，动力电池系统能量密度达到400Wh/kg，才能够用于实用的电动飞机。目前，成熟的动力电池系统能量密度在250Wh/kg 左右。韩国LG公司、英国Oixs公司、美国Sion Power公司等均宣布2025年量产能量密度超过400Wh/kg的动力电池系统。随着动力电池技术，以及电机、电控等技术的发展，未来全电/ 混电直升机、eVTOL等绿色旋翼机都具有实用化潜力，将广泛用于军民领域。现阶段，我国可着力发展更具现实意义的混动直升机技术，并同步开展全电直升机、eVTOL设计验证技术研究，待电动力技术成熟后，能够迅速转化为实用化的型号。
从高速旋翼机技术来看，倾转旋翼、共轴刚性旋翼和复合推力三种构型的特点各不相同。倾转旋翼构型相较于常规构型，在巡航阶段旋翼仅需提供向前拉力，飞行速度高、振动小、噪声低、经济性和舒适性较好，更适合作为运输机使用，以及医疗转运、长航程应急救援等场景。共轴刚性旋翼构型相较于常规构型，悬停性能、机动性优良，高原性能优秀，能够在更复杂的地形下垂直起降和作业等，更适合发展专用武装型，民用领域适用于应急救援
等作业空间受限场景。复合推力型目前仍处于技术验证阶段，利用现有成熟平台开展改装设计，可有效降低研发成本，在常规构型基础上大幅提升飞行速度。随着高速旋翼机技术发展，未来不同构型可能同步发展，满足差异化需求。但应当看到，贝尔、西科斯基等公司虽技术雄厚，仍经历了半个多世纪，才实现了高速旋翼机的型号发展。我国需提前投入研究，增加技术积累，在未来研制出符合我国国情和市场需求的高速旋翼机产品。
总的来说，直升机技术朝节能、降噪、减振、高速、绿色的方向发展的趋势已经形成，国外同行已开展大量研究，新技术发展速度不断加快，未来前景十分广阔。我们相信，随着新技术成熟，未来直升机的应用规模可能出现爆发式增长，在民用领域发挥更重要的作用。我国在相关技术方面与国外存在一定差距，亟需针对不足之处，紧跟直升机技术发展趋势，提前布局研究，推动国内直升机技术进步，在未来竞争中掌握核心技术。