V-22鶚鳥式可傾斜旋翼機

【文林/青年日報931220  3  

        美國的航太科技獨步全球,從各類型戰機、民航機、衛星、飛彈、火箭乃至無人飛行載具,不但產品種類完整,而且性能優異、品質可靠,因此各國目前都大量使用美製飛機。美國為確保本身的優勢,持續投入龐大資金研發航太科技,其中有一項技術是美國獨有的,就是可傾斜旋翼(Tilt Rotor)技術。這項技術歷經50年的研發,業已完全成熟,即將在軍用機與民用機市場大放光采。

一、可傾斜旋翼技術簡介

  可傾斜旋翼技術是美國貝爾直升機(Bell Helicopter)公司(目前隸屬於Textron集團)的獨門絕活,是發展潛力雄厚的先進航空技術。

(一)歷史進展

1.XV-3垂直起降實驗機:貝爾公司研發這項技術,最早可追溯到1950年代初期,距今約莫50年。當初貝爾公司依據美國空軍後勤司令部的需求,在1955年研製出XV-3垂直起降實驗機,此機擁有2具主旋翼,旋翼會隨著不同的操作模式在起降與巡航時進行姿態轉換,是其技術較特殊之處。雖然XV-3只是早期實驗機,巡航穩定性和結構強度都不夠,不過已為貝爾公司在可傾斜旋翼技術方面累積若干經驗與技術基礎。

2.XV-15實驗機:根據XV-3的經驗,貝爾公司後來與太空總署合作,研發出較具實用性的XV-15實驗機,為可傾斜旋翼技術往前邁進了一大步。其特色歸納如下:

(1) 擁有較流線的機體外形,其座艙採用雙座並列式設計,搭配高翼構型主翼與分列於機尾兩側的雙垂直尾翼,2具巨大型可傾斜旋翼裝設在主翼的兩端,並搭配發動機及派龍傾斜控制同步機制。主旋翼的傾角可根據飛行需要進行調整。

(2) 在飛機起降時,裝設在兩翼端的主旋翼會互相平衡彼此傳動箱的扭力,同時提供優秀的向上升力,主旋翼被調整到垂直姿態時則提供飛行所需的推力,使XV-15兼具直升機和傳統飛機的雙重特性。

(3) 採用前三點可收納式起落架,由於著陸後的高度差不足,因此主旋翼必須呈某個傾角以上,主旋翼才不會碰觸地面。

              XV-15在1977年完成首次垂直離地測試,在1979年進行巡航測試,並完成垂直升空轉巡航模式的轉換,整個計畫完全成功,而XV-15的性能及構型也為後續的可傾旋翼飛機奠定紮實的技術基礎。

(二)飛行特性:可傾斜旋翼機採用與直升機相同的垂直起降方式操作,與一般直升機相比,在垂直起降模式時的滯空和操縱品質與直升機相同,不過在水平飛行模式時則遠勝過直升機,飛行特性與一般定翼機相差無幾。

           可傾斜旋翼機的飛行特性,克服許多直升機固有的缺陷,像是高速飛行時的高耗油率、從旋翼片經傳動箱到機艙內各種難以壓制的震動、旋翼片引起大量的拍擊與拖曳的氣動阻力等,使可傾斜旋翼機起降時噪音較直升機大幅降低,並保留直升機最重要的優點,那就是極富彈性的垂直起降能力,因此可傾斜旋翼機具備極佳的發展潛力。

二、V-22「鶚」式飛機

        貝爾公司根據XV-15的發展經驗與基礎,1981年向美國國防部提出三軍聯合先進垂直升力飛機(Joint Services Advanced Vertical Lift Aircraft,JVX)計畫,這是種多重用途飛機,能與美軍當時的運輸用直升機搭配,或直接取代直升機的角色,優異的性能符合美國三軍的需要。美國國防部接受了JVX計畫提案,之後貝爾公司發展出V-22鶚鳥(Osprey)式系列飛機。

(一)任務簡介:作為一種多用途飛機,V-22鶚鳥式的主要任務是作為美軍陸戰隊的兩棲突擊運輸機。由於陸戰隊的CH-46「海武士」和CH-53「超級種馬」兩款運輸直升機都已過於老舊,許多甚至是超過40年役齡且經過多次延壽的骨董飛機,因此鶚鳥式對美軍陸戰隊來說是一大福音,可有效解決現役運輸直升機飛安與妥善率不佳的問題。

(二)效益卓越:鶚鳥式在美軍陸戰隊的型號是MV-22。與現有的CH-46海武士直升機相比,它的戰鬥巡航速度和作戰半徑分別增加1倍和5倍,而且運轉的噪音減低4倍。假設美軍陸戰隊計畫對150浬外的登陸點進行兵力投射,使用現役的CH-46或CH-53需10小時以上,使用MV-22則僅需2小時,因此其任務效益相當明顯。

(三)V-22鶚鳥式飛機簡介

1.整體設計:V-22鶚鳥式的構型基本上承襲XV-15,不過機身和主翼經過局部修改與優化處理,以適合運輸和裝載之用。它的機尾貨艙門採用類似運輸機的上開式斜坡道設計,裝載人員和輕型裝備相當簡易。

2.技術混血:鶚鳥式雖然由貝爾公司研製,不過波音公司也是合作夥伴。其中輪艙、空調系、燃油系、主翼面和傳動系統是由貝爾公司研製,而機身段、起落架組裝、電氣系、油壓系和航電組合則是由波音公司負責。波音公司在研製大型民航機和CH-46/47所獲得的豐富經驗與技術,也大量運用於鶚鳥式上。

3.結構與材料:其機身結構主要以鋁合金為桁樑,搭配複合材料蒙皮;結構件有超過4成使用聚脂石墨複合材料和輕金屬件;旋葉片是玻璃纖維組成的蜂巢板結構,以抗高扭力變形;機鼻罩和發動機派龍採用強化塑膠為材料;乘員座椅則大量使用輕量石化材料以減輕機重。

4.飛控系統:採用直升機中罕見的三重線傳飛控系統,飛行控制系、自動處理器、飛控電腦皆各有3套,其中2套飛控系統是備用的,只有在主系統失效時才會啟用。鶚鳥式的飛控系統頗為複雜,飛行時線傳飛控系統會傳訊號給油壓啟動器,以控制飛機的各操縱面,而飛控電腦則是龐大的飛行資料與外在環境的感測介面,負責處理大量回饋資料。鶚鳥式由垂直起降轉為水平飛行時,所有的控制面,包括副翼、水平尾翼和垂直尾翼都在航速40節時生效,集體桿的操縱在飛控系統介入下逐步失去效用,當航速超過100節時,就完全由迴旋桿取代。

5.發動機:使用勞斯萊斯和艾利森(Allison)共同發展的T-406型渦輪軸發動機,最大輸出6,150軸馬力。T-406型發動機是由C-130運輸機使用的 T-58發動機衍生而來,兩者有超過8成的零件共通,這對整體後勤而言是一大利基。

6.配備

(1) 重要任務裝備:有機鼻內的AN/APQ-174D地貌追蹤雷達、AN/ANQ-27前視紅外線夜視裝置、長程目標雷射定位器等。

(2) 自衛裝備:包括AN/AAR-47飛彈預警系統、AN/APR-39雷達警告系統、紅外線警告系統、AN/ALE-47金屬散佈器、雷達訊號干擾器等,另外在每具發動機派龍的後方都配備有漢偉公司的紅外線熱源抑製器,以大幅降低發動機噴嘴的紅外線訊號強度。

(3) 武器:鶚鳥式最初沒有配備武器的計畫,不過陸戰隊的MV-22將配備三管50公厘機砲砲塔,其射速為每分鐘1,000發,彈艙內可容納750發彈藥。

7.工作能力:鶚鳥式的工作能力超過現有直升機的2倍以上,其最大滯空升限為14,000呎,遠高於直升機的4,000呎,最大平飛昇限為26,000呎,更是遠超過直升機。鶚鳥式的最大平飛速度為275節,幾乎與C-130H相當,以直升機模式飛行時,也會有100節的平飛速度。鶚鳥式的垂直最大爬升速度每分鐘約為1,000呎,正常酬載時僅需500呎的長度即可升空,具備優異的短場起降能力。在3,000呎的中、低空飛行時,C-130H受限於地表的大氣效率,航速會因碩大的機身拖曳力而漸低,而V-22鶚鳥式仍可維持最大航速,這種特殊的飛行性能是傳統飛機所缺乏的。

三、美軍使用V-22鶚鳥式的計畫

        鶚鳥式具備操作安靜、遠距滲透性佳的特性(儘管載員能力較低),是執行特種作戰任務的理想機型。除了美軍陸戰隊,美國陸軍、海軍和空軍也將購買V-22系列飛機。以下歸納美軍購買V-22鶚鳥式飛機的計畫:

(一)美軍陸戰隊:購買360架MV-22B,編組中型傾斜旋翼機中隊(VMM:Medium Tilt-Rotor Squadron),未來將逐漸淘汰中重型直升機中隊(HMH:Heavy Helicopter Squadron)現用的CH-46和CH-53,擔任運輸突擊部隊和裝備之用,戰時將配合AH-1W/Z攻擊直升機、UH-1N/Z通用直升機、空中密接支援用的AV-8B戰機共同作戰。

(二)美國陸軍:雖基於經費因素取消採購案,不過仍保留對此機的需求,未來將執行救護、特戰、戰鬥支援等任務。

(三)美國海軍:將購買48架MV-22B,執行戰鬥搜救任務。

(四)美國空軍:計畫購買50架CV-22B,用於汰除MH-53M執行特戰任務。

四、V-22將重返天際

  回顧可傾斜旋翼飛機的發展,過程相當坎坷。以即將服役的鶚鳥式為例,原型機問世迄今已超過20年,2年前還因測試機發生多次事故險些危及生產計畫。然而鶚鳥式已度過風雨飄搖的時期,據說美軍曾祕密在阿富汗和伊拉克讓鶚鳥式接受戰場試驗,表現相當受到肯定。

        曾被視為戰機研發領域革命性設計的V-22垂直起降飛機,正加速進行研發測試,並陸續展開空中加油、電子作戰等測試工作,預計2005年展開作戰測評,為該型機的投產服役,奠定更堅固的基礎。此外,貝爾公司目前還推出同樣使用可傾斜旋翼技術的BA609民用機和鷹眼(Eagle Eye)無人飛行載具,且已接獲外國訂單,顯示可傾斜旋翼技術已完全成熟,並受到市場歡迎。

 

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