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主题:【原创】吃鱼是如何被熊掌梗住的(上) -- 晨枫

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家园 【原创】吃鱼是如何被熊掌梗住的(下)

1991年6月11日,一架MV-22由于接线问题而坠毁无人伤亡。1992年7月20日,一架MV-22从弗罗里达的Eglin空军基地直飞700英里以外的弗吉尼亚Quantico的海军陆战队总部,在降落过程中突然死去控制坠毁,7人丧生,包括随机的波音高级主管,原因是机械故障导致发动机起火。2000年4月8日,海军陆战队出动两架MV-22,满载全副武装的士兵,作突击机降的战术试验。大概是出于试验的目的,发动机向后倾转到95度的位置,前进速度小于30节,下降速度2.5倍于作战手册的规定的每分钟800英尺,达到每分钟2000英尺,但这是CH-46等在作战中的典型下降速度。前导机下降过快失控,一屁股坐在地上,受到损坏,但是无人伤亡。后续机就惨了,在空中进入“涡流环 状态”(vortex ring state),一个鹞子翻身,然后打头朝下,直直地坠落,机上4名机组人员和15名搭载的士兵全部丧生。2000年11月11日,又一架MV-22因为液压系统泄露,导致误动作,然后飞行控制系统的一个错误,使错上加错,导致坠毁,又是4人丧生。

机械问题和软件问题都是问题,但给以一定的时间、资金和试验,总是能够解决的,但涡流环是一个大得多的问题。直升机在下降过程中旋翼和气流的相对速度减小,旋翼的气动效率下降。当直升机下降速度过快,旋翼进入自己的下洗气流时,旋翼产生的升力会骤然减小,好像汽车轮子打滑一样。这时,加大旋翼功率也不顶用,直升机会不可控制地急速下滑。有时可以不是一路下滑,而是剧烈地起伏,再发动机功率保持不变,旋翼升力变化可以达到正负30%以上。如果有一定的高度的话,应该减小旋翼功率,并设法压机头以获取一定的前进速度,改出涡流环状态。但直升机大多是在降落过程中进入涡流环状态的,所以很少有成功改出的。不同的直升机和大气状况有不同的进入涡流环的下降速度,但若是下降过快,所有直升机都可能进入涡流环状态。MV-22可以将发动机前倾,增加前进速度,可以相对容易地改出涡流环状态。但MV-22的问题出在横列双桨布局上,往往一侧进入涡流环,或两侧进入涡流环的程度不均匀,导致不可控横滚。横滚使得上抬的一侧脱离涡流环,而下沉的一层更深地进入涡流环,进一步加剧了两侧升力的不均匀,最终导致倾覆和坠毁。MV-22的机翼在急速下降时,在机翼上方形成低压区,可能也对诱发涡流环有不利影响。即使是轻度的不对称的涡流环,两侧发动机的升力也可能不同步(out of phase),造成不可控的横滚。两侧不对称的涡流环可以由强烈的局部气流引起,也可以由附近别的直升机的下洗气流引起,这对MV-22以密集队形在两栖攻击舰甲板和登陆场起降很不利。

涡流环的问题可以通过避免下降过快和在低空低速时作过于泼辣的飞行动作而避开,但在激烈的战斗中,这可能是不现实的要求。在阿富汗山区追缴塔利班时,美国空军的一架MH-47为了避开突如其来的地面火力,急剧机动,把机尾打开的跳板上的一个海豹突击队员甩了出去。海豹突击队员都是训练有素的,习惯于直升机作突然、猛烈的机动动作,不时那么轻易就可以甩出去的,这说明了战斗中直升机的机动动作可以有多么激烈。MV-22如果拉出这样的机动的话,很可能进入涡流环状态而坠毁。涡流环的问题大大限制了直升机在战斗中的机动能力,也增加了人为错误的机会。仿真研究表明,在发动机后倾95度、前进速度为30节时,猛拉杆可以导致每分钟800英尺的突然下跌,此时如果猛推杆,可能导致不可控的下坠,7秒钟内可以达到每分钟3000英尺的下降速度。2000年的21次高空速降试验中,7次进入涡流环状态,最严重的一次横滚幅度达到85度,掉了2000英尺后才改出,但是MV-22的典型作战飞行高度只有1000英尺。

倾转浆飞机的一大特点,是必须采用安置在机翼翼尖的横列双桨(或四浆)。这带来两个问题,一是左右的升力要绝对平衡,二是两个旋翼远离重心,万一两侧因为任何原因而有所不平衡,两侧的升力差别被翼展大大地放大,很难恢复安全的飞行状态。理论上,任一发动机可以通过两根半轴同时驱动两侧旋翼,但一旦有一台发动机故障,MV-22可能立即失稳,根本不给系统以连接两个半轴的时间。另外,如果驱动旋翼的齿轮箱受损,即使半轴连起来了也不顶用。即使发动机正常,两侧升力平衡,沉重的发动机短舱毕竟离重心太远,像扁担两头挑的一对哑铃,在中等大小的舰船上,海浪造成的横摇可能影响MV-22的稳定起降。同样的问题在纵列双桨上不突出,因为前后旋翼的间距没有MV-22那么大,旋翼离重心的距离要近,飞机的纵向稳定性也天然比横向稳定性要好。由于美国的航母或两栖攻击舰都是右岛设计,海军和海军陆战队的直升机一般从左舷着舰或离舰,这样就会有一段时间右旋翼在甲板上方,旋翼的升力得到地面效应的加强,但左旋翼在水面上方,地效大大削弱,造成左右的升力不平衡,试飞中发现,这样的不平衡可以导致飞机在瞬时内向左翻滚达30度以上,必须急剧加大左发动机功率来恢复平衡。通过训练和严格遵守操作规程,这个问题是可以得到解决的,但在战时高强度起落作业时,人为错误的机会大大增加,可能导致事故。同时,大量直升机在很小的空间里密集起降,下洗气流可以加剧这个问题。

倾转浆飞机的另一个特点是旋翼尺寸比同级的直升机要小,这样,为了产生同样的升力,旋翼的下洗气流要比一般的直升机强的多。MV-22的下洗气流比类似尺寸的CH-46要强3倍,达到90节,所以离机的人员必须沿一条特定的路线离开,或者就地卧倒,否则强烈的下洗气流会把人得根本无法站立或行走,甚至在试验中出现把整个衣服卷走的事。这对敌人火力下突击机降很有影响。如此强烈的下洗气流同样给水上救生带来困难,若是MV-22悬停在落水者上方,强烈的下洗气流几乎肯定把落水者淹死,强烈的下洗气流同样会把小船或救生的橡皮艇吹翻。强烈下洗气流的另一个问题是在野外起降的时候,容易将地面砂石、杂物卷向机身,造成损坏。这是MV-22的旋翼在机身两侧带来的特有的问题,一般直升机的旋翼在头顶,下洗气流冲刷机身之后,反而将地面杂物吹离机身。在砂土大的地方野外起降,强烈的下洗气流会卷起强烈的沙尘暴,严重影响视线,影响飞行安全,也大大增加机械的磨损。MV-22的操作手册要求飞行员作“无悬停”降落,也就是不垂直降落,而是短滑跑降落。这不是什么时候都可能的。下洗气流引起沙尘暴的问题对所有直升机都存在,但MV-22的远比一般直升机强烈的下洗气流大大加剧了这个问题。

较小的旋翼使MV-22在失去动力时自旋着陆变为不可能,风车状态的旋翼无法提供足够的升力,使MV-22以安全的速度接地。美国海军的MV-22操作手册明文规定:严格禁止自旋着陆,严格禁止无动力滑翔,严格禁止多轴(multi-axis,指在拉升的同时作滚转之类的在几个方向上的同时机动)剧烈机动动作。不能自旋着陆进一步恶化MV-22的安全性。

但是MV-22的旋翼又比一般螺旋桨大得多,固定翼状态时,旋翼翼尖的下端远远低于机腹,一旦发动机短舱的倾转机构发生故障,发动机将无法直立起来,MV-22将不可能正常着陆,只有冒险在水上迫降。

用于突击机降的直升机几乎没有例外地在机舱门边安装机枪,在空中提供压制火力,在近地悬停或地面为登机或离机的士兵提供直接火力支援。由于强烈的下洗气流的问题,MV-22索性不不设侧面的机舱门,而只提供带跳板的尾门,这给在侧面安装机枪带来很大的问题。但是即使可以在侧面开设计孔,不管是在直升机状态还是固定翼飞机状态,MV-22的发动机短舱或巨大的旋翼将正好在机枪射界的正中,侧射机枪还是一个很大的问题。加为了解决火力支援的问题,MV-22最初打算在机头下安装一挺旋转机枪,由副驾驶控制。这有两个问题:一是副驾驶在快速降落的过程中,是正驾驶的关键助手,MV-22容易进入涡流环,副驾驶的作用更重要,再要兼管射击,实在是勉为其难了;二是机头的机枪射界有限,位置也太低,除了割草外,难以提供有效的火力支援,更不用说为从机尾登机或离机的士兵提供火力支援了。一队MV-22突击机降时,如果只靠机头机枪,也难以在空中对整个着陆场实行全方位的火力压制。那么在尾门旁边安装机枪呢?那样的话,尾门就不可能关起来了,即使尾门开关不成问题,机枪架在那里,车辆和物资的进出大受影响。相比之下,一般直升机的侧门是滑门,机枪可以装在门外的固定枪架上,滑门照样可以开关。MV-22的尾门是蚌壳门,机枪无法装在机外固定的枪架上而不影响尾门的开关。

MV-22只能从尾门进出给突击机降带来问题。在敌前突击机降时,飞机从侧面进入和离去最为有利,暴露于敌人有效火力下的时间最短,相对于敌人主要火力方向的角速度最大。距离对枪炮这样的直射武器的命中率的影响远小于角度,在一定的距离内,目标远点近点,瞄准了总能打个八九不离十,但是角度差了一点,就失之毫厘差之千里了,所以直升机在敌前突击机降时,应该尽量避免面对敌人阵地进入着陆场,或掠过敌人阵地、背对敌人着陆。从机降步兵的角度来说,他希望面对敌人阵地跃出直升机,可以立即卧倒,立即观察敌情,同时用手中的武器还击。正面跃出卧倒,暴露的面积也最小。但是MV-22从侧面进入,士兵必须从尾门进出时,就地卧倒侧面对这敌人,既不便观察和战斗,又增加暴露的面积,所以必须转一个身才能卧倒,不必要地增加士兵暴露于敌人火力之下而不能有效还击的时间。接应地面人员时,地面人员也要转一个弯才能登机,增加暴露于敌火的时间。相比之下,一般直升机从侧门进出,有利于飞行员不断保持观察战场态势的同时,快速进入和退出着陆场,也方便机上人员直接跃出卧倒,或地面人员直接奔跑过来登机。没有侧门,也使人员通过绳缆滑降或救援非常困难。

MV-22的最大优点就是速度比一般直升机快。海军陆战队的攻击直升机是AH-1“眼镜蛇”,速度根本跟不上MV-22,事实上没有任何现役的或在研制中的攻击直升机可以跟得上MV-22。这样,MV-22要么做光杆司令,这样危险极大;要么降低速度,和AH-1一起行动,这样MV-22的速度优势荡然无存。唯一现实的空中火力支援是用AV-8“鹞”式战斗机,但AV-8的火力、装甲和价格都不适合与伴随MV-22行动的刺刀见红的近距火力支援。

MV-22的占地按设计应该不超过CH-46的占地,但实际上接近CH-53的占地,这给舰上机库内载机数量带来很大的问题。据说美国正在考虑建造更大的两栖攻击舰,以容纳足够数量的MV-22,但这有点削足适履了。即使舰上空间的问题解决了,MV-22的十字形布局在着陆场也占用比常规直升机多得多的空间,给窄小场地密集机降带来困难。

不管是搜索、救援,还是操起机枪射击,直升机内经常需要站立操作,跑步登机、离机也需要有站立的空间,MV-22的机舱只有5.5英尺高,人高马大的美国兵难以站立,太局促了。MV-22的机械完好率也是很大的问题,不过这可能只是研发时期的问题。

MV-22的问题还没有完。由于技术上的问题和高昂的价格,MV-22在首飞成功15年后,海军陆战队也几次宣布MV-22已经达到试验要求,即将开始全速生产云云,但MV-22仍然处于时断时续的低速生产阶段。作为一架“低到中等”技术风险的战术飞机,这实在是过份了。除了10架在海军陆战队的作战评估和试飞中队参加试验以外,其余的近百架MV-22都直接进入仓库贮存,好些全新的飞机已经贮存了近10年了,造成极大的争议。MV-22的单机价格最初定为4100万美元,但是2002年的实际采购价格已经达到1亿1千5百万美元,大批生产可以把价格降下来一点,但不大可能降到原先预计的4100万。在美国国防开支相比于里根时代大幅度缩减的今天,MV-22计划每年消耗近20亿美元,但仍然没有形成战斗力。美国海军陆战队正在进入“高消费”时期,M1A2替代M60A4的计划正在进行,AAAV替代LTVP7两栖装甲车的计划很快就要开始,接下来还有更花钱的F-35替代F-18C/D和AV-8B的计划。AH-1攻击直升机和“霍克”防空导弹也急需更新,或用AH-64和“爱国者”替换。现役的CH-46和CH-53已经老旧不堪,海军陆战队一直拖着没有为CH-46和CH-53作现代化更新,就是在等MV-22服役。MV-22久久不能达到服役标准,这一等就等尴尬了,不花钱更新不好,花钱更新更不好,何况也根本没钱可花,都填到MV-22计划里面去了。MV-22计划现在一年的花费超过了80-90年代海军陆战队每年的总采购费。相比之下,F-18E在作战评估阶段就投入到阿富汗的战斗中实战试验了,但是MV-22离继续各种直升机的伊拉克远远的。MV-22的麻烦要到大批进入一线部队服役才能过去。

MV-22的设计理念是十分先进的,MV-22的种种技术问题最终也会得到解决,可能历经磨难后,像鹞式战斗机一样,最终出落成一架优秀的飞机。问题出在MV-22的设计理念和主要用户海军陆战队的战术要求不尽相符。倾转桨飞机的最大优点是速度和航程,但不是作直升机特有的非常规近地机动。倾转桨飞机可以成为优秀的可以垂直起落的固定翼飞机,但海军陆战队需要的是能够作为固定翼飞机飞行的直升机。两者的差别似乎细微,但失之毫厘,差之千里。如果把MV-22放大,将其作为CH-53的后继,主要用于对已经夺占的桥头堡大量运送增援的人员和物资,而不是作为突击机降的开路先锋,效果会好很多。作为对机动性没有严格要求的民用市场,倾转桨飞机可能也有广阔的市场。勉强要把MV-22作为突击机降用的直升机,可能成为一个削足适履和“好心办坏事”的典范。就现在的情况来看,说MV-22是鸡肋有失厚道,说MV-22时葱烤鲫鱼可能准确一点,刺很多,吃起来忒麻烦,但是坚持下去,吃到最后,味道还是鲜的。

关键词(Tags): #下洗气流(大圆)#鱼鹰(大圆)#MV-22(大圆)#V-22(大圆)#直升机(大圆)
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