美国在重型直升机方向上的投入首先是为了其制霸全球的军事战略野心，在重型直升机的研制过程中，美国成功制造出了世界上首型进入量产的倾转旋翼机——V-22鱼鹰，在鱼鹰的研制和使用中，美国军方和生产商等都积累了大量的宝贵经验，为了将这种尖端技术推广到民用领域，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration；NASA）在“重型运输系统研究项目”之下，大力推进大型民用倾转旋翼机技术。

  众所周知，军民融合发展的策略现在已经是我国的国家战略，而美国在这方面早就是轻车熟路，据美国国会报告数据显示，美国国防科技工业体系所采用的军民融合战略每年能够为节约将近300亿美元的开支，大约相当于260架F-35B的总额。这也是NASA如此看重民用倾转旋翼技术转化的原因，既能推动技术的逐步发展，又能反哺军需，何乐而不为？

  本文就将从研制动机、大型民用倾转旋翼概念机的设计特点和技术参数两个方面介绍NASA的这一项目，与诸君共赏。

  图——造价昂贵的F-35B本号持续针对空天领域理论、设计、未来等相关联的内容进行深度解读，感兴趣的读者欢迎关注。

  NASA开展大型民用倾转旋翼机技术（Large Civil Tilt Rotor；LCTR）研究的最初动力源于充分的利用下一代空域系统的需求。NASA兰利研究中心亚声速旋翼机项目首席研究员表示，空域的充分的利用不仅与空中交通管制有关，也与空运效率和飞行器平台有关。

  真正推动NASA民用倾转旋翼机项目付诸实践的是NASA于2005年启动的另一个项目——重型运输系统研究项目。该项目旨在研究下一代重型旋翼机结构的飞行器，项目又分军用和民用两个部分。军用部分的最大的目的是在美国现有的军用旋翼机的基础上进一步开发出航程更远、载重更大、性能更为可靠的下一代大型军用运输飞行器，该计划直接催生了“多用途重型运输旋翼机”项目。民用部分的最大的目的是研发一种未来垂直短距起降飞行器，用以解决机场拥堵问题。民用部分最初有3种方案，分别是大型民用倾转旋翼机（Large Civil Tilt Rotor.，LCTR）、大型民用纵列复合式旋翼机（Large Civil Tandem Compound，LCTC）和大型前行桨叶概念（Large Advancing Blade Concept，LABC），经过一番角逐，LCTR最终以巡航效率最佳、重量最轻和成本最低等优势胜出，成为NASA未来垂直短距起降飞行器项目的主要研究方向。

  第二代大型民用倾转旋翼机（Large Civil Tilt Rotor Gen 2，LCTR2）旨在取代中短航程的支线千米或更远，载客数至少为90名，最低飞行速度为555千米/时，具有短距垂直起降能力，燃油消耗率是现有飞机的一半或更低。LCTR2只需要在现有机场内设置一个直升机起降台即可，其目的是将中短程空中交通运输与主跑道分离，将跑道让给体型更大、航程更远的飞机使用。采用这种大型垂直起降飞行器之后，无需修建新跑道或扩建机场，便可有效改善空域体系的容量。

  LCTR2在第一代的基础上，经过大量的改进和完善，在气动布局、动力设备、控制装置等方面的性能有了显著提高。减小悬停时的桨尖速度是为了获得更低的噪声，而非常低的巡航桨尖速度将有利于提高巡航时的效能，先进的发动机将油耗维持在较低水平，而先进的复合材料结构也非常大程度上减轻了机身重量，另外还计划在机上采用主动振动控制装置。这些要求对于设计人员来说，都是巨大的挑战，还需要对成本、收益以及设计权衡等方面做详细评估。

  通过定义LCTR2的基本特征，NASA希望能明确该项目所需解决的主要技术。这些技术包括增大推力和气动效率、减小环境噪声、乘客可接受并与喷气支线客机相当的客舱噪声、可融入现有空管系统的能力、飞行安全、抗坠毁性、可维护和可操作性，这些技术又被整合为4个主要部分：综合气动推进系统、主动控制的高效旋翼、安静客舱、下一代旋翼机。

  综合气动推进系统：该系统是验证实现可变速旋翼技术的可行性。传统旋翼机的旋翼只能在正常转速附近很小的范围内变动，可变速旋翼的转速范围要宽很多，由此带来的优势包括：巡航速度提高、悬停效率更加高、噪声降低及重量减轻。该系统的目标是在不损失推进效率的情况下将悬停和巡航时的旋翼转速变慢降低50%。

  主动控制的高效旋翼：以目前的主动旋翼研究为基础，包括独立桨叶控制项目和波音公司、美国陆军、马里兰大学、麻省理工学院以及国防部的智能材料作动旋翼技术项目。主动旋翼研究的目的是控制桨叶的动态失速并减少振动和噪声，同时增大总体气动效率。NASA相信该技术可使LCTR2的时速提高185千米，且噪声维持在现有水平。

  安静客舱：研究的目的是开发可减少客舱内噪声与振动的结构概念和设计与评估方法。该项目的复杂性在于要考虑不同频率的影响，同时还不能超重。来自桨叶与发动机的噪声可以在空气、舱壁和其他介质中传递，以直升机为例，降噪要付出很大的重量代价。项目还包括寻找既不影响有效载荷又可减少噪声的新材料。

  下一代旋翼机：研究重点是让该大型旋翼机能融入空运系统的技术，包括旋翼机性能、全天候能力、防冰性能、抗坠毁性，以及更快、更安静和主动维护能力。

  参与研究的机构包括NASA的艾姆斯、兰利和格伦研究中心，以及佐治亚技术研究所、宾夕法尼亚州立大学、马里兰大学等，还与位于艾姆斯研究中心的美国陆军空中飞行动力学部开展了技术合作，慢慢的开始进行或完成的研究包括：旋翼/机翼尾流建模；转弯性能鲁棒准则定义；桨叶扭转与尖削比优化；机翼/旋翼气弹稳定性以及飞行动力学研究；巡航桨尖速度优化（包括旋翼/机翼气动干扰效应研究）；可变转速传动以及变速发动机之间的技术权衡；执行操纵品质仿真；几何外形固定和可变的带2、3、4级动力涡轮的发动机比较；风洞试验以获取性能和飞行动力学数据。

  NASA计划于2020年完成大型民用倾转旋翼机的研究并开发出验证机，用于城市之间、安静高效的垂直起降支线客机将成为可能。

  尽管面临较大的环境、市场、技术和财务等方面的风险和挑战，同时作为新机型，研制周期长、投入大、不确定因素也较多，但美国政府推进大型民用倾转旋翼机的决心并未动摇，除了倾转旋翼机与生俱来的优势外，还因为军用倾转旋翼机取得的成功，且LCTR2项目让美国看到了其航空技术再次全面领先的希望。

  大型民用倾转旋翼机是对固定翼飞机很好的补充，LCTR2项目一旦取得商业成功，市场上将出现不依赖或低依赖机场的新型大型民机，这是解决未来机场堵塞问题的良方。而且随着其技术的持续不断的发展和完善，这种旋翼机的定位将不会停留在支线市场，现役的所有固定翼飞机都将是挑战目标。LCTR2基本型的出厂价预计为6190万美元。

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