無人機"搶了不少工作",未來直升機會變成什麼樣

36氪

在研發無人直升機這件事上,有限的最高速度是一個需要克服的問題。

編者按:本文來自 “網易科技” ,原標題:Future helicopters will fly in new ways,36氪經授權轉載。

據國外媒體報導,直升機有著無可替代的特殊用途,無論在戰時還是平時都扮演著無可替代的角色。在未來,其速度將會更快,也會實現自動駕駛。

以下是文章內容翻譯:

“與直升機不同的是,普通飛機更傾向於飛行,”美國資深新聞記者哈里·理查爾(Harry Reasoner)在看到越南戰爭期間美軍的直升機行動後挖苦道。他描述道:“直升機並不想飛行。它由各種相互對立的力量和控制力量維持在空中。如果在微妙的平衡中有任何干擾,直升飛機就會立即停止飛行,造成災難性的後果。 ”

儘管直升機的機械複雜性和駕駛技巧類似於雜技人員騎獨輪車,但直升機的特別用途也能夠讓人忍受這一切。它能做飛機所做不到的事情。自美國首次在越南大規模部署UH-1“休伊”(Huey)直升機以來,起垂直起降和低空盤旋能力使其成為美軍不可或缺的武器。在越南,無處不在的UH-1“休伊”(Huey)直升機甚至使得這場戰爭被稱為“直升機戰爭”。直升機在和平時期所扮演的角色同樣重要,從救援被困人員到用作空中救護車,從撲滅野火到運送人員往返沒有跑道的地方,我們都可以看到直升機的身影。

不過隨著時間的發展,直升機也有了一個新的競爭對手。一些無人機也能夠通過電動馬達驅動的旋翼實現垂直起飛和降落,從機械角度講其控制和操縱也更加直觀。此外,無人機也更安靜、更便宜、更容易飛行。這主要是因為它們基本上都是無人駕駛的,可以由地面上的人進行遠程控制,也不需要飛行員執照。毫無疑問,無人機已經開始從直升機那裡搶走了不少工作,比如從事偵察等軍事任務,以及攝像、測量和運送貨物等民用任務。而能夠運載乘客的無人機也處在研發之中。這樣以來,直升機還有未來可言嗎?

毋庸置疑,製造直升飛機的公司認為他們的機器還有很長的壽命。目前,電池驅動還無法讓電動旋翼無人機進行長時間的飛行或攜帶重物。而且許多直升機任務仍然可能需要機上的機組人員,你大可以想想直升機機組人員操縱絞盤機來進行海空救援。大多數無人機可以在空中盤旋,但無法在高強度的風暴和暴風雪中飛行,相比之下直升機有時不得不紮進去。但這一切並不意味著未來的直升機仍將以同樣的方式飛行,或者永遠都會有飛行員在機上進行操控控制。

關於未來直升機的一些新想法正在醞釀之中。其中包括由西科斯基公司(Sikorsky)開發的“X2”技術。西科斯基公司是康涅狄格州的一家公司,由伊戈·爾西科斯基(Igor Sikorsky)創建,西科斯基於1939年製造了第一架實用直升機,並開發出一款“傾轉旋翼”設計的直升機V-280 Valor(見題圖)。該設計由總部位於得克薩斯州的“休伊”直升機生產商貝爾公司(Bell)提供支持。兩家公司的目標都是克服直升機一個固有的缺點:有限的最高速度。

提高速度

直升機的速度受到其飛行方式的限制。飛機是通過流過機翼的空氣獲得升力。而直升機的葉片有相似的形狀,工作起來像一個旋轉翼。問題是,直升機在前行飛行過程中,流過主旋翼槳盤的相對氣流在前行側和後行側是不同的前行槳葉側的相對氣流速度較大。而後行槳葉側的相對氣流速度較小。這種升力的不對稱隨著前行速度的增加而增加。直升機設計者主要通過調整槳葉旋轉時的角度來進行補償,從而使整個槳盤獲得相同量的升力。一旦直升機的速度超過280公里每小時(174英里每小時),後行槳葉的葉片角度就會導致“失速”,根本不會產生升力。到那時,直升機可能會產生低頻振動,並可能發生翻轉。

傾轉旋翼通過安裝在機翼上的一對反向旋轉轉子克服了這個問題。這種佈置有效地將直升機轉換為飛機。這種飛機在升空後,使旋翼向前傾斜實現更快速度的飛行,然後將旋翼向上翻轉,使直升機實現垂直降落並垂直起飛。貝爾設計的V-280傾轉旋翼可以以每小時520公里的速度飛行(根據飛行員的說法是每小時280海裡,因此其得名V-280)。這款飛機在搭載四名機組人員和14名全副武裝人員的情況下,續航里程也達到了近1500公里。

此外,貝爾與波音公司還生產過一款更老更大的傾轉旋翼飛機V-22魚鷹。其也比普通直升機更快,而且可以飛得更遠。它被美國海軍陸戰隊所使用。然而,V-22在飛行中需要同時傾斜其轉子和發動機。而V-250簡化了這種設計,通過使發動機保持在原位並僅傾斜驅動軸和轉子來減少必須旋轉的重量。

貝爾軍事業務主管文斯·托賓(Vince Tobin)說,新的設計可以擴大規模,製造出更大的飛機。貝爾也考慮在未來的某個時候研究電動飛行系統。

無需飛行員

V-280在設計上將是“可選配飛行員”。一些乘客可能更喜歡駕駛艙裡有一個人,但這在很大程度上取決於任務本身。托賓曾是美國陸軍直升機飛行員,他說,“在戰爭中,乘客不會在乎飛機是有人駕駛還是無人駕駛。”他補充稱,在民用領域,傾轉旋翼以其速度和續航里程開闢了各種各樣的旅行機會。其可以從屋頂到直升機場在內的很多地方起降,可以節省傳統機場佔用的土地。

而西科斯基的X2直升機系統則使用了兩個安裝在直升機頂部的旋翼,一個在另一個之上,但轉向相反。這種所謂的同軸結構長期以來一直被一些俄羅斯直升機使用,因為它不再需要尾槳,這讓直升機更易於通過狹隘環境。在傳統直升機上,尾部旋翼主要用於抵消“扭矩”,也就是由直升機主旋翼旋轉過程中產生的扭轉力。而同軸轉子結構設計則可以自行抵消扭矩。

與之前的同軸直升機不同的是,西科斯基在尾部安裝了一個螺旋槳,以推動直升機以更快的速度前進。另一個不同之處在於,每個轉子上的四個葉片比通常情況下要硬得多,這樣轉子與轉子就能夠靠得更近,而不會發生葉片碰撞。其結果是,在高速飛行中克服了葉片失速問題,因為總是有一個葉片朝向向前移動的方向,從而提供了平衡的升力。

這樣的設計使直升機速度更快,也更加靈活。西科斯基創新公司(Sikorsky Innovations)負責人克里斯·範·布伊滕(Chris Van Buiten)說,這款發動機也更安靜,因為後螺旋槳可以用於提供大部分前進推力,不必讓主旋翼的轉子旋轉得更快。該公司有兩種使用該技術的機型。其中一架S-97突襲機(見下圖)能夠搭載六名乘客,時速超過400公里。波音公司正在開發一種更大的機型SB> 1 Defiant,其將於今年晚些時候開始試飛。它可以搭載12名全副武裝人員。兩者的民用機型都在計劃之中。

所有這些新型直升機都將通過計算機飛行控制系統進行飛行,這使得直升機控制變得​​更容易。例如,西科斯基正在開發一種系統,只需按下一個按鈕就可以實現起飛和懸停。這種自動化水平使直升機的自動駕駛成為可能。範·布伊滕表示,這可能用於無人駕駛任務,也可能作為單飛行員使用的後備系統。如果飛行員喪失了行動能力,這種自動駕駛系統能夠控制直升機返回基地。大約10年前,當西科斯基開始試驗自動飛行系統時,測試直升機的整個機艙裡都裝滿了電腦。現在需要的工具只有烤麵包機大小。不管最終能否搭載人員,但無疑無人機和直升機的區別已經開始縮小。

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