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飞行员试驾V-22“鱼鹰”报告

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编辑:航空之家 来源:www.aerohome.com.cn

  革命的定义就是一件事物出现重大的或根本性的变化,那么贝尔-波音公司的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机到底算得上是一种革命性的飞行器吗?人们为此争论了许久,目前看来多年之后也未必能争出个结果来。

  V-22的每个故事都绕不开这个争论,本文内容恰恰就与V-22有关。之前已经出现了很多介绍“鱼鹰”研发过程的详细文章,但这些文章都没有告诉读者一件非常关键的事情,那就是V-22飞起来到底如何?而本文将带你深入了解“鱼鹰”的飞行品质,并列出其中的优缺点。

先说点重要的

  先要解释一下这次“鱼鹰”飞行有几个重点。首先,我在上文中把“鱼鹰”称为飞机而不是直升机,大多数人可能觉得“鱼鹰”是一种类似直升机的旋翼机,但其实飞行的大部分时间里,V-22飞行员都是以飞机模式进行思考、飞行和操作的,所以V-22应该被更精确地归类成能垂直起降的飞机,也就是VTOL飞机。但即使权威如美国联邦航空管理局,也对“鱼鹰”的分类也存在错误,认为V-22是一种旋翼机。要知道旋翼机的升力全部都由旋翼产生,而V-22的旋翼只在垂直起降时才产生升力,在正常飞行中只产生推力。

  其次,“鱼鹰”是通过推力矢量来实现垂直起降的,这点和“鹞”式垂直起降战斗机没什么区别。不过“鱼鹰”的推力矢量是通过倾转发动机舱(也就是倾转旋翼)来实现的,而“鹞”使则依靠机身两侧的推力矢量喷管。

V-22四面图
V-22四面图

  最后,“鱼鹰”发动机舱在不同飞行状态下具有不同倾转角度:1、直升机或垂直起降模式,发动机舱倾转85至96度;2、转换模式,发动机舱在1-84度之间自动变化;3、飞机模式,发动机舱置于0度或下止位。贝尔-波音专门发明了“过渡”(transitioning)和“转换”(converting)这两个术语来形容“鱼鹰”在两种飞行模式之间的状态,从直升机模式到飞机模式就是“过渡”,反之则是“转换”。下面列出一些参考数据,30度发动机舱倾角大致对应于130节(240公里/小时)校正空速,60度对应110节(204公里/小时),80度对应80节(148公里/小时),当然这些速度在不同环境条件下会略有不同。


V-22 有完整的固定翼飞机气动控制翼面,也有完整的直升机的周期距控制和总距控制


推杆时,固定翼状态下平尾下翻,直升机状态下旋翼前倾


拉杆时,固定翼状态下平尾上翻,直升机状态下旋翼后倾


操纵杆向左压,固定翼状态下副翼左上右下,直升机状态下旋翼左倾


操纵杆向右压,固定翼状态下副翼右上左下,直升机状态下旋翼右倾


蹬左舵,固定翼状态下垂尾舵向左转,直升机状态下右旋翼前倾,左旋翼后倾


蹬右舵,固定翼状态下垂尾舵向右转,直升机状态下右旋翼后倾,左旋翼前倾


放下两侧副翼(这里当襟翼用),固定翼状态下增加升力,直升机状态下减少旋翼下洗气流的影响


增加功率,固定翼状态下增加速度,直升机状态下增加升力

“鱼鹰”的驾驶舱

  “鱼鹰”的驾驶舱绝对不会让人产生优雅的感觉,周围环绕着扶手、中控台和头顶控制面板。驾驶舱仪表板的核心是四台兼容夜视镜的六寸多功能显示器,能显示飞行、导航和系统信息。操纵系统由中置操纵杆、推力控制手柄(TCL)和方向舵踏板组成,操纵杆在直升机模式下就变成了周期控制杆,然后随着V-22过渡到飞机模式,操纵杆就逐渐恢复成传统的飞行操纵杆。

V-22“鱼鹰”的驾驶舱
V-22“鱼鹰”的驾驶舱

V-22的操纵杆和推力控制手柄
V-22的操纵杆和推力控制手柄

  推力控制手柄和普通飞机的油门杆一样是前后移动的,操作方式直升机的总距杆完全不同,但这个手柄在直升机模式下的确被当做总距杆使用,并随着过渡到飞机模式而逐渐变为油门杆。虽然这种设计对于直升机飞行员来说非常别扭,但很实用,因为无论飞行模式如何,你总是在用推力控制手柄做同样的事情:控制矢量方向上的推力的大小。在直升机模式中,前推推力控制手柄就相当于拉起总距杆,反之亦然。美国海军陆战队的直升机飞行员们在“鱼鹰”换装训练的最初几个小时里都很不适应这种总距控制方式,不过通过练习很快就上手了。推力控制手柄上有个与飞行员左手大拇指接触的簧压拇指滚轮,用于控制发动机舱的倾转。向后拨滚轮就能使发动机舱向垂直方向倾转,反之亦然。V-22的操纵杆和手柄都遵循手不离杆(HOTAS)设计理念,集成众多按钮和开关,可控制多个系统。

“鱼鹰”推力控制手柄上的拇指滚轮
“鱼鹰”推力控制手柄上的拇指滚轮

  启动辅助动力单元后,把头顶控制面板上的发动机控制杆置于启动位置就能启动发动机了。在全权限数字发动机控制系统(FADEC)的控制下,发动机启动很平稳。V-22在发动机启动过程中常常会从发动机尾喷管喷出大团烟雾,这是各种密封件泄漏的滑油在高温下雾化所致。

V-22的启动烟雾是因为泄漏的滑油在高温下雾化所致
V-22的启动烟雾是因为泄漏的滑油在高温下雾化所致

  “鱼鹰”启动第一台发动机后,你会发现两副旋翼都转了起来,这说明“鱼鹰”的单发飞行能力正在发挥着作用,机翼内部的一根互连驱动轴正把动力从一台发动机传递给对侧发动机的变速箱。

两台发动机之间通过互连驱动轴连接
两台发动机之间通过互连驱动轴连接

  两台发动机都启动完毕,所有飞行器检查也都完成后,只需向前倾转一点发动机舱就能让“鱼鹰”开始滑行,并通过助力鼻轮转弯。

精准悬停

  你把推力控制手柄缓缓前推,就能让“鱼鹰”徐徐升空,进入非常稳定的6米高度悬停。推力控制手柄的移动范围只有10.16厘米,所以你在悬停中上升或下降都必须小心操作。

  “鱼鹰”悬停时发动机舱置于86-88度之间,此时机舱地板水平。当然你也可以让发动机舱以向前或向后再倾转5度,使机身呈现相应的俯仰姿态变化,这个功能在降落纵坡时特别有用。“鱼鹰”在悬停中的机动操纵与直升机相同,而且操纵感和大型运输直升机非常相似。

  “鱼鹰”的悬停飞行可以通过周期杆或倾转发动机舱进行,没有硬性规定一定要用哪一种。如果悬停飞行的距离超过了几个机身长度,那么用发动机舱倾转的方式会更有效率。

  “鱼鹰”的悬停非常稳定,这要部分归功于自动飞行控制系统。在无风的日子里,该系统能自动调节发动机舱倾转角度,实现放手悬停。如果你觉得还不够好,那么这套系统还提供一个耦合悬停功能,能自动维持悬停飞行的高度或速度。早期“鱼鹰”在悬停中曾受横向漂移现象的困扰,当悬停高度低于4.6米时,机身在旋翼下洗气流的冲击下回引发不正常的摆动。后来这个问题通过升级飞控软件部分解决,目前仍残留一点,但很容易控制。

  “鱼鹰”在悬停时可从尾部舱门进行快速索降或救援绞车作业,虽然此时可以打开机身右侧的人员进入舱门,但这个位置会受到旋翼下洗气流的高速吹袭,所以只能在尾部进行此类作业。

V-22只能通过尾舱门进行索降
V-22只能通过尾舱门进行索降

高速飞行

  “鱼鹰”的高速飞行并不会令喷气机飞行员感到激动,但对于直升机飞行员来说,当速度突破200节(370公里/小时)时,还是相当刺激的。V-22的巡航速度在大约170-240节(315-444公里/小时),极限速度280节(519公里/小时)。一般来说,该机在进近前的仪表飞行和等待航线中的速度是170节(351公里/小时),战术巡航速度在210-240节(389-444公里/小时)之间,具体取决于任务。

V-22直升机模式和飞机模式的速度重合区间
V-22直升机模式和飞机模式的速度重合区间

  当发动机舱以最大倾转速度(每秒8度)过渡到飞机模式时,此时的加速度会把你推向椅背。如果机舱内人员没有固定好自己,那就有可能摔倒并从后方敞开的尾舱门滑出飞机!所以,在开始加速前大声宣布至关重要。

当发动机舱以最大倾转速度(每秒8度)过渡到飞机模式时,此时的加速度会把你推向椅背
当发动机舱以最大倾转速度(每秒8度)过渡到飞机模式时,此时的加速度会把你推向椅背

  过渡操纵是一项非常精细的作业,你需要在逐渐抬起机鼻的同时把发动机舱向下止点倾转。由于起落架的速度限制是140节(259公里/小时),所以发动机舱的倾转角度在收起起落架并锁定之前不得低于60度。一旦发动机舱达到0度,下一步操作就是快速前拨动拇指滚轮再松开让滚轮自动归位,使旋翼转速从100%降到巡航所需的84%。此时飞机的噪音和振动都明显下降,“鱼鹰”以机鼻抬起5-7度的姿态飞行,同时在约15-20秒的时间里加速到了200节(370公里/小时)。

  在整个过渡期间,飞控系统都会根据飞控计算机内储存的速度表帮助飞行员进行操纵,期间周期操纵杆对旋翼斜盘的操纵逐渐降低,襟副翼逐渐升起与机翼融为一体。而推力控制手柄的功能始终没有改变,始终通过改变旋翼桨距来控制矢量推力的大小。

  “鱼鹰”就这样变成了一架双发涡桨飞机,正在以与传统涡桨飞机相同的速度、高度和飞行操纵飞行,两者之间的主要区别就是“鱼鹰”不具备单发顺桨飞行能力,这成为多发螺旋桨飞机飞行员在V-22换装训练中的主要障碍之一。V-22在飞机模式下如果一侧旋翼的变速箱出现故障,导致旋翼停转,唯一的紧急处置方法就是关闭两台发动机进行无动力滑翔降落。V-22硕大旋翼导致的不利偏航远远超过了其方向舵的纠正能力,此时飞行员没有其他选择。

  具有“鱼鹰”和涡桨飞机双重驾驶资格的飞行员会发现“鱼鹰”的飞行特性和多数涡桨飞机非常相似。爬升能力是“鱼鹰”的一大亮点,在特定环境条件下,该机的爬升速度能接近每分钟1220米。

  “鱼鹰”在飞机模式中的最大缺点是没有增压,机组和乘客在3050米以上高度飞行时必须戴上氧气面罩,戴一两个小时不成问题,但要知道“鱼鹰”具有空中加油能力,续航时间就取决于机组能够坚持忍受多长时间。此外,如果你驾驶V-22爬升过5490米,飞在7620米巡航升限之下,那么在下降中由于缺乏纯氧供应,机组遭遇潜水病的风险会变大。虽然采取了一些预防措施,但仍存在风险。

“鱼鹰”在飞机模式中的最大缺点是没有增压,机组和乘客在3050米以上高度飞行时必须戴上氧气面罩
“鱼鹰”在飞机模式中的最大缺点是没有增压,机组和乘客在3050米以上高度飞行时必须戴上氧气面罩

  和典型的舰载飞机一样,“鱼鹰”具有机载氧气和惰性气体发生系统(所以无法提供纯氧),吸入环境空气并提取其中的氧气用于机组呼吸,提取其中的氮气用于惰化燃油系统。该系统是恒流型的,也就是说不管有没有被机组吸入,氧气流会始终流过面罩。增压机舱和驾驶舱显然会大大提高“鱼鹰”的飞行能力,但这项改进基本无望实施。

  “鱼鹰”在低空飞行中的表现很出色,能利用各种传感器进行离地高度61米的贴地飞行。美国空军的CV-22“鱼鹰”装备了多模地形跟踪/地形规避(TF/TA)雷达,这种雷达是波音F-15E夜间导航和红外瞄准(LANTIRN)吊舱地形跟踪雷达和波音MH-47E直升机地形跟踪/地形规避系统的派生型,使“鱼鹰”能在极低能见度条件下(如大雾或下雨)做61米高度安全飞行。雷达会扫描飞行路线前方的地形障碍物,然后根据飞行数据计算出爬升规避指令,确保飞机安全避开障碍物。指令以水平指示杆的形式显示在多功能显示器上,飞行员要做的就是用操纵杆把飞行路径矢量对准指示杆,这样“鱼鹰”就能安全避开障碍物。这套系统还能计算出俯冲指令,确保“鱼鹰”按地形的起伏隐蔽飞行,降低被敌人发现的概率。

CV-22机鼻的地形跟踪雷达以及下方的前视红外转塔
CV-22机鼻的地形跟踪雷达以及下方的前视红外转塔

  “鱼鹰”还具有前视红外(FLIR)系统,其传感器转塔能自动转向飞行路线,例如转塔会在飞机爬升、降落和转弯时始终面向飞行矢量,为飞行员提供前视红外视频。这个功能在月黑之夜非常有用,因为此时夜视镜的敏锐度会降低。

遭遇故障怎么办?

  “鱼鹰”的每套系统几乎都是三重冗余的,该机具有三台飞行控制计算机、三台轻型惯导系统、三套液压系统和四台发电机,能够只凭其中的一套系统维持安全飞行。冗余系统存在的目的完全是为了提高飞行安全性,当然这不是说“鱼鹰”不会遭遇故障,你同样需要和普通飞机的飞行员一样认真学紧急处置程序。

  “鱼鹰”在飞机模式中飞行在包线下端时有失速可能。根据飞机状态,“鱼鹰”典型的失速速度为105-110节(194-204公里/小时)。幸运的是“鱼鹰”很少以飞机模式进入如此低速,一般是直升机模式。“鱼鹰”在飞机模式中更可能遭遇过载失速,因为随着坡度的增加,失速速度可以增加140节(259公里/小时)以上。

V-22的飞行包线
V-22的飞行包线

  V-22的失速特性非常好,失速的唯一迹象就是显示器上的下降速率异常增大。由于“鱼鹰”的机翼相当于吹气机翼,所以很难进入完全失速,这也是该机失速迹象不明显的原因。进入完全失速将导致机鼻下坠,但不像其他飞机那样猛烈。改出操纵与大多数飞机都一样,松杆并把油门推到全功率就可以了,然后“鱼鹰”几乎就立即脱离失速。当发动机舱的倾转角低于35度时,主飞行显示器会出现一个失速表,显示动态的失速百分比以提示飞行员。

横轴为速度,纵轴为旋翼倾转角度,淡紫去为安全范围,红区为失速范围
横轴为速度,纵轴为旋翼倾转角度,淡紫去为安全范围,红区为失速范围

  “鱼鹰”最遭人诟病的地方也许是缺乏自旋降落能力。该机在绝大多数时间里都是以飞机模式飞行,看似根本无需自旋降落,但根据墨菲定律,凡是可能出错的事必定会出错。

  从技术上讲,“鱼鹰”的确具有自旋能力,只是飞行特性极差。你只需把推力控制手柄拉到最后,把发动机舱倾转到最后就能开始自旋下降了,此时旋翼就仅仅在向上气流的空气驱动下旋转。“鱼鹰”自旋的最大问题是旋翼惯性极低,无法像传统直升机的旋翼那样保存能量。如果你不是快速进入自旋,那么旋翼转速会快速下降,而且在自旋无望增加转速。把发动机舱倾转到后止位也至关重要的,因为旋翼上方出现的任何摆振方向气流都会迅速降低旋翼转速,这也是V-22在自旋降落拉飘和触地时飞行品质非常差的原因。V-22在自旋降落中下降速度相当快,约每分钟1525米,需要积极迅速的拉飘操作才能抵消,此时旋翼转速会短暂增加,但由于旋翼惯性较小,增加的转速会很快消失。

  我只在模拟器上学习和练习了V-22的自旋降落,成功率很低,因为如果落地过载超过结构限制,模拟器就会判定飞机坠毁,所以我的大多数自旋降落都是以闪烁的红色屏幕告终。很难说“鱼鹰”到底能不能在自旋降落中生存下来,鉴于操作的艰难程度,成功与否更多是取决于飞行员的运气。

  在飞机模式中如果遭遇双发同时失效,那么紧急处置程序与双发飞机类似,但“鱼鹰”巨大的旋翼在此时又拖了一下后腿,使该机的滑翔比仅为约4.5:1,“鱼鹰”在170节(315公里/小时)的速度下、旋翼风车旋转时的滑翔下降速率约为每分钟1070米。“鱼鹰”的滑翔降落速度随飞机重量变化,包线中间速度是130节(241公里/小时)。滑翔降落并不建议后倾发动机舱,所以此时旋翼肯定会撞地。好在这种复合材料旋翼具有一个安全设计,那就是遭受重击后能解体为扫帚状,尽量降低飞溅碎片对乘客的伤害。不幸的是这个安全设计已经在V-22坠机事故中得到了验证,的确如厂家宣传所言。

在事故中裂成扫帚状的V-22旋翼
在事故中裂成扫帚状的V-22旋翼

重回直升机模式

  过渡到飞机模式的操作比较简单,但转换回直升机模式就有点棘手了,需要更多的练习才能上手。

  第一步是增加把旋翼转速提高到100%,但必须要在速度低于220节(407公里/小时)时才能进行。然后再把推力控制手柄拉到接近末端,让“鱼鹰”在旋翼气动阻力的作用下减速。“鱼鹰”没有减速板或其他减速装置,所以减速需要飞行员提前规划。襟副翼就像过渡中一样开始自动下偏,并随着减速进入完全下偏位置,以降低下洗气流的影响。旋翼达到100%转速后,由于较高转速增加的阻力,你能感觉到减速明显加快,这有助于你开始倾转发动机舱,因为这种操作必须在低于200节(370公里/小时)速度下进行。

完全下偏位置的襟副翼
完全下偏位置的襟副翼

  当你向后拨滚轮使发动机舱倾转时,飞控就激活了转换保护功能,防止发动机倾转过快,否则可能会损坏飞机或导致失速。和襟副翼一样,转换保护功能也有一条基于空速并随高度变化的走廊曲线,在走廊曲线底部,飞控会限制发动机舱的倾转速度,避免失速;在走廊曲线上段,飞控会保护旋翼,避免在高速下产生过大过载。如果飞行员在空速过高的情况下向后倾转发动机舱,那么飞控就会超越飞行员输入停止倾转,并控制发动机舱向前倾转。飞行员主飞行显示器上有个指示器,用于显示发动机舱倾转角度与走廊曲线的关系,平稳减速的关键是飞行员在转换过程中要尽量把发动机舱角度置于走廊曲线中间。

V-22的转换走廊曲线
V-22的转换走廊曲线

  机鼻随着转换的进行下降到水平姿态,发动机舱倾转过45度后需要前推推力控制手柄。虽然“鱼鹰”在转换和直升机模式中以水平姿态飞行,但机鼻会稍微抬高一点(迎角在5度以下),这有助于在进近过程中帮助减速。接下来,飞行员对于发动机舱的倾转操纵并不会立即生效,飞控会自动延迟倾转输入以实现平稳高效的转换。新飞行员此时往往会产生焦虑感,然后继续后拨滚轮,结果导致“鱼鹰”急剧减速,在远离着陆区的空中就悬停了下来。

  “鱼鹰”进近操作的一大优点是驾驶舱视野广阔,由于具有接近直升机的驾驶舱设计,飞行员能很好得看清着陆区,并且从驾驶舱的任何一个座位上都能完整看到对侧发动机舱。驾驶“鱼鹰”降落最棒的方式是发动机舱向后倾转90度,然后以机鼻向下的姿态进近,此时你全程都能在挡风玻璃中看见着陆区直至触地,这种操作在小面积着陆区降落时很实用。

V-22的驾驶舱视野广阔
V-22的驾驶舱视野广阔

  传统直升机的飞行员在降落中总是担心尾桨或旋翼会撞上异物,“鱼鹰”的飞行员更担心的是发动机舱撞上异物,因为该机停在地面时,垂直姿态的发动机舱尾喷管距离地面仅1.2米。所以“鱼鹰”降落时,任何坡面、岩石或小树都会成为潜在危险。

  当“鱼鹰”在未铺装场地降落时,旋翼下洗气流也会造成危害,较高的桨盘载荷会产生强劲下洗气流,吹起大量尘土和碎片,完全遮蔽住座舱视野。幸运的是“鱼鹰”具有非常完善的悬停状态显示,让飞行员能在近零能见度的条件下进近和着陆。

下洗气流过强会对V-22的降落造成一定影响
下洗气流过强会对V-22的降落造成一定影响

总结

  本文以飞行员视角对“鱼鹰”一次完整飞行进行了简短描述,希望能够解答读者的一些疑问,并消除对该机飞行特性的一些流言。我的一位飞行员同事常常说“鱼鹰”是一架很容易驾驶的飞机,但像飞好很不容易。这是我所听到过的最真实的V-22评论之一。这架飞机具有很多能够降低飞行员工作量的自动化功能,而且都非常好用,从初级飞行学校毕业的新飞行员学飞V-22都很容易,体现了技术的进步。正因为“鱼鹰”的飞控设计上已近完美,所在操作程序和操纵技术留给飞行员发挥的余地很小,所以飞好很难。

  “鱼鹰”是一种真正的21世纪飞行器,该机在设计上更接近民用飞机,这点让军队飞行员有些难以理解。因为大多数军用飞机都允许飞行员控制全部系统并超出飞行包线,而“鱼鹰”的设计原则是避免飞行员搞坏飞机,如发动机的FADEC系统不仅能避免起动超温和喘振,还禁止飞行员做出超温和过扭矩操纵,这对民用机来说是件好事,但对军用机而言,有时候超温和过扭矩导致的后果总比飞机坠毁来得好。结构载荷限制也让飞行员无法做出超过载机动,如果俯冲拉起高度不足,“鱼鹰”不允许飞行员拉杆做超过载拉起就可能导致灾难。这些保护性功能导致“鱼鹰”飞行员自嘲为自己只是个傀儡,真正驾驶“鱼鹰”的是飞控计算机和各种组件。

编辑:航空之家
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