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作者：Armstrong 原創(chuàng)不易 認(rèn)可價值 轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明作者 以及來自空軍之翼 隨著西科斯基X-2和歐直X3高速復(fù)合直升機的成功試飛，近年來，高速旋翼機概念又重新受到了人們的關(guān)注。但大多數(shù)人并不知道，早在半個世紀(jì)前，英國費爾雷公司就成功研制出了一種槳尖噴氣的高速旋翼機——“羅托達因”（Rotodyne）。  “羅托達因”客機想象圖  西科斯基X-2  歐直X3 載客100人的飛機以兩倍音速飛越北大西洋?沒問題，我們在40年前就做到了。 把人類送到月球，然后再讓他們安全回家?我們在47年前就做到了。 制造一架結(jié)合了直升機和固定翼飛機能力的夢幻客機? 呃，我們正在努力。 你可能會認(rèn)為，航空工業(yè)經(jīng)過100多年的驚人發(fā)展后，應(yīng)該能研制出完全不需要跑道的客機了，從而省下建造機場的昂貴費用。但誰知，事與愿違。 21世紀(jì)初，美國航空航天局曾研究過無須跑道的商用飛機概念，要求能裝載可觀的載荷垂直起降，而且時速高達644公里/時。不過這項研究最終停留在紙上，研究的三個方案中有兩個是傾轉(zhuǎn)旋翼設(shè)計，而且比美國海軍陸戰(zhàn)隊的貝爾-波音V-22“魚鷹”更加復(fù)雜。  研究的三個方案中有兩個是傾轉(zhuǎn)旋翼設(shè)計，而且比美國海軍陸戰(zhàn)隊的貝爾-波音V-22“魚鷹”更加復(fù)雜 然而早在半個世紀(jì)前，一家英國制造商似乎已經(jīng)提出了解決方案，這就是費爾雷公司的“羅托達因”。該機是世界上第一種垂直起降客機，可載客42人，一度吸引了英國歐洲航空公司的濃厚興趣。但不幸的是，“羅托達因”最終因英國政府預(yù)算不足而被迫取消，像英國的其他許多飛機項目一樣，在身后留下一片唏噓。 “基羅達因” 盡管費爾雷飛機公司在二戰(zhàn)中的主業(yè)是制造海軍飛機，但到20世紀(jì)50年代中期，該公司已經(jīng)在旋翼機研制方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。戰(zhàn)后不久，費爾雷公司就成立了以詹姆斯·貝內(nèi)特博士領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計團隊，設(shè)計出FB-1(費爾雷-貝內(nèi)特-1)直升機，后被命名為“基羅達因”(Gyrodyne)?！盎_達因”在設(shè)計上顯示出了一些獨到的創(chuàng)新，特別是在處理旋翼扭矩方面。  “基羅達因”在設(shè)計上顯示出了一些獨到的創(chuàng)新，特別是在處理旋翼扭矩方面  “基羅達因”的右側(cè)短翼翼尖處安裝了一副拉進式螺旋槳，由520馬力的阿爾維斯“利奧尼達斯”活塞發(fā)動機驅(qū)動，用以平衡旋翼扭矩并提供前進推力 “基羅達因”的右側(cè)短翼翼尖處安裝了一副拉進式螺旋槳，由520馬力的阿爾維斯“利奧尼達斯”活塞發(fā)動機驅(qū)動，用以平衡旋翼扭矩并提供前進推力。除這幅螺旋槳外，“利奧尼達斯”發(fā)動機還要驅(qū)動主旋翼。該機的傳動結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，有三個變速箱和多套減速齒輪，與發(fā)動機加在一起占了直升機一半的重量?！盎_達因”的速度比普通直升機快，1948年公司首席直升機試飛員巴茲爾·阿克爾少校駕駛原型機創(chuàng)造了新的直升機速度世界紀(jì)錄——108節(jié)(200公里/時)。不幸的是該機在第二年因致命事故墜毀，事后發(fā)現(xiàn)是金屬疲勞所致。  第一架“基羅達因”結(jié)構(gòu)圖 費爾雷公司并未放棄“基羅達因”，研究團隊得到了奧格斯特·斯捷潘工程碩士的加盟。他曾與奧地利工程師弗里德里?！ゑT·多布爾霍夫合作在1943年研制出世界上第一架噴氣動力直升機。斯捷潘加盟后，貝內(nèi)特改任首席直升機工程師，阿奇·福賽上校和喬治·希斯洛普博士擔(dān)任開發(fā)主管。 第二架“基羅達因”在外觀上看起來和第一架很像，但使用了完全不同的技術(shù)。單副拉進式螺旋槳被兩副安裝在短翼翼尖處的推進式螺旋槳取代，同樣由“利奧尼達斯”發(fā)動機驅(qū)動。此外，利奧尼達斯”發(fā)動機還驅(qū)動兩臺壓氣機，用于向安裝在兩片旋翼葉片尖端的噴嘴供氣。在噴嘴中，高壓空氣和通過旋翼葉片油路輸送來的煤油混合后點燃，推動旋翼旋轉(zhuǎn)。整套系統(tǒng)的原理就是基于馮·多布爾霍夫的開創(chuàng)性發(fā)明，被當(dāng)時的人們稱為“奇葩的活塞噴氣式直升機”。  第二架“基羅達因”在外觀上看起來和第一架很像，但使用了完全不同的技術(shù) 第二架“基羅達因”不容易駕馭，從直升機模式的垂直起降到旋翼機模式的平飛之間的轉(zhuǎn)換涉及棘手的給接通/切斷旋翼動力操作，飛行員稍有不慎就會大幅損失高度。試飛員約翰·丹尼斯終于在1955年3月掌握了轉(zhuǎn)換飛行的技巧，在當(dāng)年的范堡羅航展上進行首次完整飛行循環(huán)表演。這屆航展的一個大事記就是禁止飛機產(chǎn)生超音速音爆，結(jié)果“基羅達因”的噪音堪比音爆，觀眾們稱它發(fā)出的噪音“難以忍受”。  這屆航展的一個大事記就是禁止飛機產(chǎn)生超音速音爆，結(jié)果“基羅達因”的噪音堪比音爆，觀眾們稱它發(fā)出的噪音“難以忍受” “基羅達因”的成功為正處于研制后期的“羅托達因”打下了堅實基礎(chǔ)。事實上，旋翼機權(quán)威大衛(wèi)·吉賓斯曾表示，噴氣式“基羅達因”對“羅托達因”項目的重要性“怎么強調(diào)也不過分”?！盎_達因”最終完成了190次轉(zhuǎn)換飛行，使設(shè)計團隊充分了解其中的奧妙。吉賓斯說：“最直接的結(jié)果，是使團隊對‘羅托達因’項目建立起足夠信心，認(rèn)為該機的設(shè)計目標(biāo)是能夠達到的，且安全水平可以接受?！?br>  第二架“基羅達因”三面圖  “羅托達因”的早期設(shè)計模型 “羅托達因”的設(shè)計 “羅托達因”的槳尖噴氣系統(tǒng)是在白沃爾瑟姆機場的費爾雷工廠研制的，這里有個特別小組隱藏在工廠的一個偏僻角落，在正常工作時間以外對該系統(tǒng)進行測試。“羅托達因”發(fā)動機和旋翼系統(tǒng)也同時在下博斯庫姆的英國皇家空軍飛機和軍械實驗中心進行測試，這里有一個安裝了“羅托達因”所有關(guān)鍵部件的測試臺架，所有部件的安裝方式都參照實機。 這里有一個安裝了“羅托達因”所有關(guān)鍵部件的測試臺架，所有部件的安裝方式都參照實機 正在制造中的原型機 “羅托達因”原型機在海耶斯組裝完畢后被運輸?shù)桨孜譅柹窓C場，于1957年11月6日進行了首飛。原型機裸露著金屬表面并標(biāo)著XE521的軍用序列號，表示是英國軍隊的財產(chǎn)。盡管該機是一架客機原型機，但從未獲得過民用注冊號。原型機在首飛中沒有收回起落架，而且主起落架被支架撐住以避免共振，發(fā)動機整流罩也被拆掉以保證足夠的冷卻。 “羅托達因”原型機在1957年11月6日首飛 “羅托達因”原型機的首飛機組 “羅托達因”原型機在首飛中進行了槳尖噴氣直升機模式飛行，不過持續(xù)時間很短暫，僅一個循環(huán)。費爾雷首席直升機試飛員羅恩·蓋里特利少校和副駕駛約翰·莫頓少校均未報告首飛出現(xiàn)任何異常情況。 原型機的正式名稱是“羅托達因”Y，名義上是一種40座客機，但實際上僅是一架技術(shù)驗證機，該機客艙的大部分空間都被測試儀器占據(jù)，座椅數(shù)量從未超過20個?！傲_托達因”Y是全金屬半硬殼式盒形結(jié)構(gòu)，從前方人員艙門到后方蛤殼式貨艙門的機身截面都已一模一樣的方形。該機的上單翼有兩根平行主翼梁，機翼厚度和弦長從內(nèi)到外保持不變，平尾也是如此設(shè)計的。該機具有雙垂尾和雙方向舵，垂尾上半部后來改成可向外折疊以避免在地面停放時碰到旋翼葉片。 該機具有雙垂尾和雙方向舵，垂尾上半部后來改成可向外折疊以避免在地面停放時碰到旋翼葉片。 “羅托達因”的主旋翼塔是一個獨立部件，基本上是個由鋼管構(gòu)成的空間框架，通過4個螺栓固定在翼梁上。該機的雙輪主起落架向后收入發(fā)動機艙，雙輪前起落架向前收入機頭。設(shè)計團隊盡量做到簡化飛機結(jié)構(gòu)，在保持強度的同時方便維護。 “羅托達因”的主旋翼塔是一個獨立部件，基本上是個由鋼管構(gòu)成的空間框架，通過4個螺栓固定在翼梁上 “羅托達因”的動力由兩臺“納皮爾”NEI7渦槳發(fā)動機提供，單臺額定功率3250軸馬力。每臺發(fā)動機驅(qū)動一副4葉拉進式螺旋槳，后方伸出一根軸驅(qū)動一臺軸流壓氣機，最多可以向旋翼槳尖的噴嘴提供每秒20千克的空氣流量，流量可以通過總距桿以及壓氣機進氣口內(nèi)的傘狀葉片共同調(diào)節(jié)。 “納皮爾”NEI7渦槳發(fā)動機 每臺發(fā)動機驅(qū)動一副4葉拉進式螺旋槳，后方伸出一根軸驅(qū)動一臺軸流壓氣機 雖然“羅托達因”Y沒有傳統(tǒng)直升機的旋翼和尾槳傳動機構(gòu)，但該機的旋翼頭仍然很復(fù)雜，因為內(nèi)部有向旋翼槳尖噴嘴輸送空氣和燃油的復(fù)雜管道以及點火系統(tǒng)。從兩臺壓氣機出來的高壓空氣先匯總后再通過兩根管道輸送給徑向相對的兩片旋翼葉片(一共4片葉片)，確保單發(fā)失效時旋翼能獲得穩(wěn)定氣流供給。“羅托達因”Y的槳尖噴氣系統(tǒng)有效而可靠，大衛(wèi)·吉賓斯評價這個系統(tǒng)是“整個項目的偉大成就之一”。 雖然“羅托達因”Y沒有傳統(tǒng)直升機的旋翼和尾槳傳動機構(gòu)，但該機的旋翼頭仍然很復(fù)雜 旋翼變距機構(gòu) 試飛 “羅托達因”的起飛和傳統(tǒng)直升機一樣，由槳尖噴氣旋翼提供升力。一旦升空后，該機既可以直升機模式飛行，也可以旋翼機模式飛行。在后一種模式中，旋翼處于自由旋轉(zhuǎn)的卸載狀態(tài)，大部分升力由機翼產(chǎn)生，推進力由螺旋槳提供。從直升機模式向旋翼機模式的轉(zhuǎn)換是通過逐漸降低旋翼噴嘴推力，最終脫開壓氣機離合器并停止向噴嘴供油實現(xiàn)的，重回直升機模式基本上就是反過來。涉及的座艙操作相對簡單，乘客幾乎覺察不出轉(zhuǎn)換過程。 “羅托達因”Y的座艙 試飛進展順利，只是試飛團隊在5個月后才有積累足夠信心嘗試首次轉(zhuǎn)換飛行，這是1958年4月10日在1219米高度進行的。1959年1月5日，蓋里特利和莫頓駕駛“羅托達因”創(chuàng)造了平均速度165節(jié)(306公里)的100公里閉合航線直升機速度紀(jì)錄，比傳統(tǒng)直升機紀(jì)錄快了43節(jié)(80公里/時)。吉賓斯說這次破紀(jì)錄飛行是“在正常起飛后使用旋翼機模式實現(xiàn)的，展示出該機可以像普通飛機那樣飛行。”半年后，試飛進入新階段，“羅托達因”開始首次海外之旅——途徑布魯塞爾參加巴黎航展。費爾雷在一段特別宣傳片中聲稱“羅托達因”的巡航速度已經(jīng)達到了174節(jié)(322公里/時)，“幾乎是其他任何能在城市中心之間運營的直升機速度的兩倍”。 這部影片現(xiàn)在可以在YouTube上觀看，影片聲稱“羅托達因”從布魯塞爾飛到巴黎僅需58分鐘：“去這些城市的候機樓乘坐固定翼航班的預(yù)定行程時間是3小時15分鐘，足足是‘羅托達因’的三倍?！_托達因’作為飛行吊車使用時可精確吊裝一座僅長30米的橋梁。” “羅托達因”Y吊裝橋梁 大衛(wèi)·吉賓斯作為一名測試工程師曾參加過大約50架次“羅托達因”試飛，此前他一直效力于費爾雷的導(dǎo)彈項目，結(jié)束后就來到白沃爾瑟姆參加槳尖噴氣旋翼機的研制。他在多年后接受采訪時回憶道：“我很清楚自己渴望回到試飛工作，奧格斯特·斯捷潘馬上讓我參加‘羅托達因’的試飛項目。我從他和他的團隊身上學(xué)到東西使我受益終身。” 吉賓斯一直干到“羅托達因”項目結(jié)束，他回憶道：“我們都是一人多用，不僅要操作測試儀器，還要關(guān)注飛機本身的狀況——發(fā)動機和應(yīng)力。我負(fù)責(zé)監(jiān)測儀器，并在膝板上做記錄?！?br> “羅托達因”Y機艙內(nèi)部的測試儀器 噪音控制 盡管“羅托達因”取得了令人矚目的成就，但該機的噪音遭到了人們的抱怨。費爾雷前學(xué)徒及后來克蘭菲爾德大學(xué)名譽教授丹尼斯·豪說：“‘羅托達因’的確存在一個致命的弱點，那就是槳尖噴氣噪音。否則我認(rèn)為這是一個極好的概念，甚至在噪音問題被重視起來之前該機的前景可以說是一片光明。雖然槳尖噴嘴只在起降時工作，但如果你從一個市中心飛向另一個市中心，公眾就會對此抱怨，這個工作時機可真不是時候?！?br> 盡管“羅托達因”取得了令人矚目的成就，但該機的噪音遭到了人們的抱怨 作家詹姆斯·漢密爾頓·帕特森在英國廣播公司4臺的節(jié)目中說：“噪音能打斷3公里之外人們的交談?！碑?dāng)然“羅托達因”噪音水平有望降低，大衛(wèi)·吉賓斯說：“我們沒有保證它的噪音水平能下降到可接受水平，這顯然要花費很多錢，但只要項目能堅持到英國航空部的參與，那么所有人都能皆大歡喜?！?br> 吉賓斯在他的書《費爾雷“羅托達因”》中機載了1961年“羅托達因”在巴特西直升機場進行的一系列噪音試驗，他是這樣描述在直升機場進行的兩次試飛：“就像一架極大的飛機在一個極小空間里飛行?！敝鄙龣C場周圍有7個噪音記錄站，每個站都和塔臺保持無線電聯(lián)絡(luò)，此外還有30觀察員散布在更廣闊的區(qū)域進行主觀評價。當(dāng)天的天氣非常理想，只有一例觀察員報告說噪音“震耳欲聾”，有18例報告稱噪音“吵鬧”或“非常吵鬧”，而且直升機場沒有接到投訴，只接到兩通好奇民眾打來的詢問電話。 美國大學(xué)管理學(xué)教授布魯斯·恰爾諾夫博士也想搞清楚為什么“羅托達因”的噪音成為了一個大問題，為此研究了“羅托達因”。他在接受采訪時說：“我越研究它就對它越感興趣，我對這種有史以來最大的旋翼機印象是如此深刻，我認(rèn)為這個設(shè)計具有令人難以置信的先見之明，因為它是從市中心到市中心的理想交通解決方案?！?br> “我認(rèn)為這個設(shè)計具有令人難以置信的先見之明，因為它是從市中心到市中心的理想交通解決方案?！?br> 恰爾諾夫說“羅托達因”在城市之間的運營比傳統(tǒng)飛機在機場間的運營更快速，“即使它的飛行速度并不是很快?！彼a充說：“該機的設(shè)計很堅固，維護起來也比較容易?，F(xiàn)代技術(shù)將確保噪音能被進一步降低，因此噪音不再是個問題。” 比“支奴干”更好？ 事實上費爾雷公司已開始著手降低噪音，計劃在“羅托達因”Z上采用更高效的槳尖噴氣技術(shù)。該機將比原型機的尺寸增加20%，安裝兩臺羅爾斯·羅伊斯公司的“泰恩”發(fā)動機，單臺功率將增加到5000軸馬力。“羅托達因”Z的民用型能乘坐70人，軍用型能容納40副擔(dān)架或60名士兵。 吉賓斯指出，“羅托達因”Z與波音公司的CH-47“支奴干”相比，機艙長度增加50%以上，寬度增加20%以上，全重增加25%以上。 “羅托達因”Z三面圖 客艙可根據(jù)需要靈活布置 恰爾諾夫指出，“羅托達因”與V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機相比要簡單得多：“由于旋翼產(chǎn)生的旋渦，‘魚鷹’不能編隊降落。雖然‘魚鷹’的飛行手冊說旋翼可以自旋，但實際上不可能。而‘羅托達因’既可以編隊降落也可以自旋，所以安全性更好?，F(xiàn)在V-22機隊在任何時間里只有一半數(shù)量能飛，另一半要進行維護?！_托達因’的妥善率、生存性能更好，維護成本更低。” 卡曼飛機公司購買了“羅托達因”的生產(chǎn)許可證，計劃在美國制造和銷售該機的軍用和民用型。該公司曾在廣告中展示了“羅托達因”的手繪圖，卡曼聲稱自己是美國“唯一獲得該機型制造、銷售和服務(wù)許可”的公司。 恰爾諾夫說美國海軍陸戰(zhàn)隊曾對“羅托達因”產(chǎn)生過興趣：“如果美國海軍陸戰(zhàn)隊采購了‘羅托達因’，那么歷史會有所不同，它可能會改變世界?！?br> 作家兼工程師阿瑟·奧德休謨則持反對意見：“我是極少數(shù)認(rèn)為該機不僅沒超越時代，而且是完全沒有意義的驗證機的人之一。這么多年下來，事實已經(jīng)證明了我的正確。雖然現(xiàn)在還有許多人——大多數(shù)是沒有經(jīng)歷過那個年代的年輕人——相信‘羅托達因’是一個失去的機會。” 取消 1957年國防白皮書掀起了英國國防企業(yè)的并購浪潮，韋斯特蘭公司收購了費爾雷的直升機資產(chǎn)。該公司最終做出取消“羅托達因”項目的決定，這家位于約維爾的制造商決定把自己的未來壓在按許可證制造西科斯基直升機上。 到20世紀(jì)60年代初，人們對“羅托達因”的興趣也減弱了 到20世紀(jì)60年代初，人們對“羅托達因”的興趣也減弱了。美國紐約直升機公司和加拿大溫哥華的奧卡納甘直升機公司曾認(rèn)真考慮過購買“羅托達因”，但此時也變得興趣寥寥。英國歐洲航空公司此前曾宣布計劃購買6架“羅托達因”Z，他們一度認(rèn)為該機能滿足“包括噪音在內(nèi)的所有要求”，現(xiàn)在也失去了熱情。費爾雷公司曾希望英國皇家空軍能訂購25架“羅托達因”，但現(xiàn)在該軍種認(rèn)為固定翼飛機能更便宜地滿足自己的要求。 雖然英國首相哈羅德·麥克米倫曾經(jīng)宣稱“羅托達因”“一定不能死掉”，但英國政府還是在1962年2月26日宣布停止對項目投資，韋斯特蘭公司可以自由按自己意愿重組直升機業(yè)務(wù)。所以在這種情況下，“羅托達因”被砍已經(jīng)不足為奇了。 大衛(wèi)·吉賓斯在1993年從韋斯特蘭退休時已經(jīng)是首席試飛工程師，他堅持認(rèn)為韋斯特蘭不應(yīng)為取消該項目而受到指責(zé)。他說：“我認(rèn)為韋斯特蘭在‘羅托達因’上遭受了不公平的指責(zé)，要知道他們甚至?xí)和Ｗ约旱摹姑羲固亍椖縼肀ＷC該機的試飛。另一件人們不清楚的事是，‘羅托達因’試飛了四年半，其中近兩年都是韋斯特蘭公司在實施?！?br> 但吉賓斯和他的同事們覺得自己被政府出賣了：“我們覺得被人在后背刺了一刀”，雖然他承認(rèn)該機被取消的理由“相當(dāng)合理”。 布魯斯·恰爾諾夫把這稱為是無關(guān)噪音的“政治決定”，丹尼斯·豪則說：”我敢肯定西科斯基公司希望看到競爭對手‘羅托達因’的消亡。 對于很多人來說，政府下令肢解原型機以及該機資料的散失無疑是在他們的傷口上撒了一把鹽。 任何對“羅托達因”感興趣的人可以去濱海韋斯頓的直升機博物館看看，但不要抱太大的期望。正如布魯斯·恰爾諾夫所說：“‘羅托達因’剩下的一切東西都擺在了一張桌子上”。 “‘羅托達因’剩下的一切東西都擺在了一張桌子上” “羅托達因”Y參數(shù) “羅托達因”Y三面圖 機組 2 乘客 40 長度 17.88米 高度 6.76米 翼展 14.17米 翼面積 44.1平方米 最大起飛重量 14969千克 最大巡航速度 307公里每小時 航程 724公里 發(fā)動機 兩臺納皮爾“伊蘭”N.El.7渦槳發(fā)動機，單臺功率2800軸馬力。4個槳尖噴氣發(fā)動機單臺推力454千克 |
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