“鱼鹰” 倾转旋翼机为什么老是摔？

、F-35B 隐身舰载机、“朱姆沃尔特” 级驱逐舰以及濒海战斗舰，都是上世纪 90 年代美军提出 “由海向陆” 战略转型的产物。这四款装备刚问世时，确曾给人以耳目一新的感觉。但随着时光的推移，它们从定型试验时起就磕磕绊绊，麻烦不断，服役后更是因糟糕的表现而迅速跌落神坛。仅以 “鱼鹰” 运输机为例，截止目前已有多达 17 架在事故中遭遇 “不可修复的损失”，这又是为什么呢？

二战末期横空出世的直升机，于 50 年代初在朝鲜半岛初登战场舞台。在越南战争中，直升机的大规模运用，在某种程度上令美国陆军插上了翅膀，使之具备了通过空中机动规避越军沿公路设置的伏击圈，实施 “蛙跳” 战术的能力。在此后的数场局部战争中，直升机发挥了越来越重要的作用，甚至在军界一度引发是否要放弃传统上以坦克装甲车辆为核心的地面突击力量，重新打造一支 “飞行陆军” 的激烈辩论。最后终止这场辩论的，很大程度上是直升机自身存在的短板。其中，最为突出的是其飞行速度和最大航程还不足以支持陆军作战模式发生革命性变化。

以号称 “军中之军” 的美国海军陆战队为例，在 MV-22 “鱼鹰” 服役之前，主要负责人员运输任务的主力机型 CH-46 “海上骑士”，最高飞行速度仅为 267 千米 / 小时，执行突击登陆任务时其作战半径仅为 163 千米，所以只能将登陆兵力投送到滩头附近。供 CH-46 “海上骑士” 起降的两栖攻击舰也不能离滩头太远，因此登陆兵力很难利用空中垂直机动性抢占敌防御纵深内的要害部位，两栖登陆舰队也不得不长时间暴露在敌岸防火力威胁之下。

为什么直升机的飞行速度与最大航程上不去呢？这与其基本飞行原理密切相关。直升机的常规布局，是在机身上方装有一幅水平主旋翼，机身后方伸出一根长长的尾梁，尾梁上装一幅垂直尾桨。垂直尾桨的作用是克服水平主旋翼对机身产生的反作用偏转力矩。常规布局直升机的升力，全靠水平主旋翼提供。而拉动直升机向前进的拉力，也是由水平主旋翼来提供的。因此，直升机在空中飞行时，水平主旋翼实际上并不与海平面平行，而是必须向前倾斜一定的角度。这样一来，主旋翼在垂直方向上产生的分力，用于克服直升机的重力，使之能悬停在空中不下落；主旋翼在水平方向上产生的分力，用于拉动直升机向前进。

由于常规布局直升机的水平主旋翼能向前倾斜的角度有限，当直升机需要高速飞行时，机身也得朝前倾斜，让主旋翼能获得更大的倾角。不过，机头下沉，机尾上翘，会让直升机的迎风面积大增，阻力随之增加。不仅如此，常规布局直升机的主旋翼旋转时，其在水平方向上产生的分力并非都是推动直升机向前飞行的拉力。当旋翼从机身后方朝机身前方旋转时（行话叫 “前行”），其在水平方向上产生的分力与直升机前进方向完全相反，实际上相当于阻力。当常规布局直升机在朝前飞行时，主旋翼从机身前方朝机身后方旋转时（行话叫 “后行”），桨叶相对于静止空气的相对速度较低，效率大降，严重的时候可能造成失速。

为了减小前进时的阻力，常规布局直升机主旋翼在前行阶段，需要降低桨叶的桨距。而后行阶段，需要增大桨距。所谓桨距，实际上就是桨叶的迎角。迎角增大，同等转速下桨叶产生的力就越大。如此一来，就造成直升机左右受力的不平衡，只能靠设在尾梁上的水平尾翼偏转控制面，制造出额外的阻力来平衡直升机。这个阻力同时也是直升机气动阻力的一部分。桨距的不断调整，使得桨叶的气动载荷不断变化，因此必须采用柔性构造，以尽可能推迟其金属疲劳现象的发生。采用常规布局的直升机可以利用左右两边的升力不平衡，来实现机体的左右摇摆。而机体的前后俯仰，则主要靠前后升力不平衡来实现。

综上所述，常规布局的固有弱点，产生了很多额外阻力，同时也让主旋翼系统的结构和控制难度变得越来越复杂。直升机机体的基础尺寸，限制了动力系统及主旋翼的尺寸。就算有功重比更高的发动机，在主旋翼直径受限的情况下，会让旋翼转速加大，可能会让主旋翼的翼尖超过音速，从而产生脱体激波，有可能造成翼尖失速，从而急剧降低旋翼的气动效率。主旋翼产生的强大下洗气流，在直升机周围形成强大的气幕，也大大增加了前飞的阻力。此外，因为同时存在主旋翼和尾桨两个旋翼系统，常规布局直升机的气动外形无法像固定翼飞机那样设计得比较流畅，结果导致飞行阻力增大。其发动机动力被分配给主旋翼和尾桨两个旋翼系统，造成功率耗散，效率降低。所有这些，都是造成常规布局直升机速度难以有所突破的原因。

“鱼鹰” 运输机是传统直升机与传统运输机 “杂交” 的产物。当其处于起降模式时，位于机翼两端的螺旋桨垂直偏转以便提供升力，转入正常飞行时它就是一架采用涡轮螺旋桨动力提供拉力的固定翼飞机。

传统意义上的直升机，绝大多数将发动机和减速器安装在机身上方。哪怕采用一台发动机，也共用一部减速器，故而动力系统颇为紧凑。但是，像 MV-22 “鱼鹰” 这样的倾转旋翼构型运输机，其旋翼安装在固定翼的左右翼尖上。如果像直升机那样将发动机和减速器集中安装在机身上方，分别通过一根传动轴将动力传递到两个旋翼上的话，那么传动轴必然一直处于高负荷状态，而且长达 10 多米的传动轴要想长时间成功传递 AE1107C 涡轮轴发动机高达 4590 千瓦的输出功率，就必须做得异常结实才行，还要解决由此带来的震动与噪音问题。

如此一来，传动轴的重量必将居高不下。由于倾转旋翼在状态转换时受力异常复杂，所以这种设计会导致动力系统可靠性不高。况且哪台发动机或哪根传动轴出现问题，会直接导致飞机一端翼尖丧失动力和升力，飞机会立即倾覆。甭说在这种技术构型下，飞机动力系统压根就没有应急备份处置手段。退一万步说，就算有，也来不及作任何反应。

因此经过权衡，“鱼鹰” 运输机采用将发动机、减速器安装在两翼翼尖，直接驱动旋翼的技术构型。不过，它们两翼动力系统之间，仍有一根传动轴相连。这根轴平时闲置，只有当哪台发动机发生故障时，这根轴才会 “临危受命”，将一台发动机的输出功率分出一部分，接替故障发动机驱动旋翼，使飞机尚能在短时间内维持飞行，不至于立即倾覆，从而为飞行员紧急迫降争取到宝贵的数分钟应急处置时间。此外，由于这根连结轴只有应急响应时方能派上用场，而且无需长时间带负荷工作，因此这根被称作 “中间协调轴” 的传动轴可以做得较轻，从而大幅度节省花在传动轴减重、提高使用寿命及减震、降噪等诸方面的投入，为倾转旋翼机真正实用化扫清障碍。

不过，“鱼鹰” 通过位于一个翼尖的动力系统的整体旋转实现升力拉力转换。因为滑行起飞时需要旋翼提供向前的拉力，所以动力系统必须前倾。为防止旋翼打到地面，必须限制旋翼直径。因为旋翼直径较小，要实现相同升力，只能增大旋翼的扭转角，提高气流速度，从而导致桨盘载荷较高。MV-22 “鱼鹰” 桨盘总面积达 210 平方米，垂直起飞重量 21.55 吨，此时桨盘载荷 0.1 平方米，功重比 0.186 兆瓦 / 吨。起飞重量与之相近的 CH-47D 桨盘总面积 526 平方米，起飞重量 24.5 吨，桨盘载荷 0.047 平方米，起飞功重比 0.144 兆瓦 / 吨。也就是说，MV-22 “鱼鹰” 的桨盘载荷是 CH-47 的 2.13 倍，起飞功重比是后者的 2.19 倍。

如果仅看这组对比数据，会给人一种倾转旋翼飞机垂直起降重量大有潜力可挖的错觉。但计算表明，当采用这种技术构型的飞机处于悬停状态时，大扭角旋翼气动效率明显降低，从而令垂直起降重量受到严格限制。非但如此，倾转旋翼构型的飞机采用横向双旋翼气动布局，其升力中心和自身重心难以重合，导致飞机的纵向安定性较差，容易出现抬头或低头的趋势。而且因为主翼对旋翼形成了一定程度的遮挡，在直升机前飞速度很低且下降速度较大时，它就会陷入到自身的下洗气流当中，此时极易导致涡环状态的发生。

在涡环状态下，空气会绕着旋翼桨叶的叶尖呈环形流动，形成了类似炸面包圈的涡流。涡流内部的空气压力下降，这就导致旋翼会损失一部分升力。如果此时飞行员试图通过加大油门、增大桨叶迎角的方法来弥补因涡流而损失的那部分升力，那么涡环运动将会加速，导致旋翼损失更多的升力，情况将变得更加糟糕。如果在飞行过程中出现一侧旋翼进入涡环状态，而另一侧正常工作的情况，会导致左右两侧的升力失衡，飞机就会向受到涡环影响的一侧旋翼方向滚转。

当然，上述诸多困难并非无法解决。最为核心的解决之道是采用高性能的飞行控制系统，靠飞控软件的高水平弥补采用倾转旋翼构型飞机的先天不足。美国军方之所以明知倾转旋翼构型的飞机有这些技术缺点，但却甘冒风险坚持采购，最根本的原因是采用这种技术构型的飞机一旦转入平飞状态后，其飞行阻力较小，因此无论是最高飞行速度，还是载荷航程这两项关键指标，皆非常诱人。

MV-22 “鱼鹰” 运输机的最高平飞速度为 509 千米 / 小时，任务作战半径达到了 722 千米。也就是说，在用 MV-22 “鱼鹰” 替换 CH-46 “海上骑士” 后，美国海军陆战队航空投送速度是原先的 1.91 倍，投送半径是原先的 4.43 倍。配备的两栖攻击舰完全可以相对安全地配置在距敌滩头上百千米外的海上，从容发起超地平线攻击，从而极大提高 “由海向陆” 作战的隐蔽性、突然性和安全性。

在非传统安全领域，倾转旋翼构型飞机所拥有的速度与航程优势，同样是直升机所难以望其项背的。2015 年 4 月 25 日 14 时 11 分，尼泊尔（北纬 28.2 度，东经 84.7 度）发生里氏 8.1 级地震。美国海军陆战队的 MV-22 搭载救援物资从冲绳普天间机场出动，经停菲律宾克拉克基地和泰国乌塔保基地，再从乌塔保基地直飞 2200 千米抵达尼泊尔。传统构型的直升机无论如何做不了这样的长距离机动。

问题不少

自问世以来，大众对 “鱼鹰” 这种倾转旋翼运输机的飞行安全性质疑，就一直没断过。而这种构型新颖的飞行器似乎也不太争气，事故报道隔三岔五就会登上媒体头条。

1991 年，第一架 “鱼鹰” 运输机原型机在首飞时坠毁。

1991 年 6 月 11 日，“鱼鹰” 运输机原型机在悬停时失去平衡，左机舱撞击地面，造成 5 人轻伤。

1992 年，第二架 “鱼鹰” 运输机原型机在为美国国会议员们作飞行演示时，因一台发动机起火坠毁，机上 4 名美国海军陆战队队员无一生还。

2000 年 4 月，交付美国海军陆战队的第一架 MV-22B “鱼鹰” 在试飞过程中，因飞行员操纵失误而坠毁，机上 19 人全部遇难。

2000 年 12 月 11 日，MV-22 “鱼鹰” 运输机因液压系统故障导致坠毁，机上 4 名机组成员死亡。

2012 年 8 月，MV-22 “鱼鹰” 运输机在摩洛哥坠毁，造成 2 名美国海军陆战队队员死亡。

2014 年 10 月 21 日，一架 “鱼鹰” 运输机在波斯湾起飞后不久坠海，4 名美海军陆战队队员死亡。

2022 年 1 月，MV-22 “鱼鹰” 运输机在挪威坠毁，造成 3 名美军丧生。

2022 年 8 月，MV-22 “鱼鹰” 运输机在美国坠毁，造成 2 名美军遇难。

2023 年 8 月，MV-22 “鱼鹰” 运输机在澳大利亚北部坠毁，造成 3 名美军丧生，20 人受伤。

2023 年 11 月 29 日，驻日美军 CV-22B “鱼鹰” 运输机在日本鹿儿岛屋久岛附近海域失事，机上 5 名美军海军陆战队队员全部死亡。

根据大数据统计，贝尔公司总计生产交付的 400 架左右各型 “鱼鹰” 运输机中，截至目前已有 17 架在各类事故中遭到 “不可修复损失”，损失率约为 5.67%。UH-60 “黑鹰” 系列直升机总产量约为 4500 架左右，截至目前坠毁数量在 350 架左右，坠毁率大概为 7.78％左右。当然，其中有些是毁于战场上敌军炮火或者其他因素的损耗。也就是说，单纯就飞机故障引发的飞行事故率而言，“鱼鹰” 和 UH-60 “黑鹰” 实际上相差无几，甚至还要更低一些。这也是为什么美军不仅大量装备该机，甚至还在其基础上改装成美国总统专机的原因。“鱼鹰” 运输机在公众心目中糟糕的安全记录，很大程度上是因为这种新颖构型飞机但凡出点问题，就很容易成为媒体关注的焦点。

非但如此，倾转旋翼构型飞机在安全性方面还有一些独特的优势。2014 年 10 月，MV-22B 从 “马金岛” 号两栖攻击舰上起飞时，由于飞机被设置在 “维护” 模式，飞控软件未能及时提醒机组人员，飞机在发动机仅能发出 80％功率的情况下强行起飞，因升力不足，起飞后不久即坠落海面。好在 MV-22B 机舱容积足够大，储备浮力充足，机组人员通过紧急放油减重，最终让飞机奇迹般地飞离海面，返回 “马金岛” 号。而传统构型直升机尚未有过如此 “起死回生” 的案例发生。正因为如此，美国军方才顶住公众舆论压力大量采购 “鱼鹰” 运输机，并发展出了各种改型，以适应各军兵种的不同需求。

目前，“鱼鹰” 运输机家族包括 C-22A 基本型、美国陆战队所使用的基本运输型 MV-22B、舰载运输型 CMV-22B、空中预警型 EV-22、海军反潜型 SV-22，以及战斗搜救型 HV-22B。其中，HV-22B 尚在研制当中。而 MV-22B 则可以加上空中加油套件，变身加油机。除了美国空军、海军和海军陆战队之外，日本也买了 17 架，装备陆上自卫队第 1 直升机团。另外，以色列空军也买了 4 架，据说印尼有意订购 10 架。

当然，“鱼鹰” 系列运输机存在的固有技术缺陷，美方也并没有无视。2009 年，美国陆军启动了 “美国未来垂直起降飞行器”（FVL）计划。该计划包含两部分：“未来侦察攻击直升机” FRAA 项目和 “未来远程突击飞机” FLRAA 项目。其中，FLRAA 项目要求中标机型最大持续巡航速度的最低要求为 250 节（463 千米 / 小时），期望达到 280 节（518.56 千米 / 小时） 。这个速度指标超过通用直升机最大持续巡航速度的一倍还多。

2016 年，美军进一步细化了对 FLRAA 项目的要求，要求中标机型在高温高原环境下的战斗半径必须达到 424-795 千米，巡航速度 426-574 千米 / 小时，内部载荷 1587-1814 千克，吊挂载荷 2722-3629 千克。这样的技术要求，只有倾转旋翼构型的飞机才有可能达到。所以贝尔公司研发的 V-280 “英勇” 倾转旋翼机于 2022 年 12 月赢得该项目竞标，一点也不令人意外。

当然，“英勇” 并非 “鱼鹰” 的简单复制，而是根据后者在长期使用中暴露的问题进行了诸多改进。例如，“英勇” 的发动机并不像 “鱼鹰” 那样必须跟着旋翼转动，而是由万向轴将动力传导至旋翼，能在 12 秒内完成平飞模式和盘旋模式的切换，也能将旋翼固定在 45 度前倾角使飞机实现短距起飞。这样的设计令转向机构的负担大大降低，而且让发动机的工作状态更加稳定，提高了工作可靠性。由于发动机并不随旋翼倾转，因此在垂直起降时，V-280 并不需要担心发动机排出的高温废气烧蚀飞行甲板。

在气动方面，“英勇” 以一对上反 V 形尾翼取代了 “鱼鹰” 的倒 V 形垂直尾翼。在相同投影面积，达到相同安定性的情况下，上反 V 形尾翼的翼面积更小、更轻巧，付出的气动阻力也更小，而且有利于增加飞机的滚转安定性。其缺点主要是操纵较为复杂，而且偏航效率相对较低。不过，对于现代飞行控制系统来说，已经有足够把握来弥补上述缺点。

此外，“英勇” 摒弃了 “鱼鹰” 的背开跳板式尾门设计，改在机身两侧各开了一扇宽达 1.8 米的侧开门，以方便搭载的 14 名士兵快速离机。在速度、载荷航程等美国陆军最为看重的指标方面，V - 280 在空载状态下的最高平飞速度可达 560 千米 / 小时，在载人的情况下最高平飞速度可达 520 千米 / 小时，在执行不同任务时，拥有 930 - 1480 千米的作战半径以及 3900 千米的最大航程，外挂 4.5 吨物资时最高飞行速度可达 280 千米 / 小时。在这些重要指标上，V - 280 均较其前身 “鱼鹰” 更上一层楼。

“鱼鹰” 运输机自诞生以来，虽然饱受事故困扰，但其在技术创新方面的探索意义非凡。它开辟了倾转旋翼机这一独特的飞行器类别，为解决直升机速度与航程瓶颈问题提供了新的路径。尽管 “鱼鹰” 自身存在着种种缺陷，不过通过不断总结经验并应用于后续机型的研发改进，如 V - 280 的出现，展示了航空技术不断进步的过程。未来，随着科技的持续发展，倾转旋翼机有望在提高安全性、可靠性的同时，进一步发挥其高速、远航程的优势，在军事及民用领域发挥更为重要的作用，真正实现其设计初衷所期望的高效空中运输效能 。