V-22傾轉旋翼機
V-22傾轉旋翼機（英語：Boeing Bell V-22，綽號：魚鷹，Osprey），是美國一型具備垂直起降（VTOL）和短距起降（STOL）能力的傾轉旋翼機。
V-22傾轉旋翼機在外形上與固定翼飛機相似，但翼尖的兩台可旋轉的發動機帶動兩具旋翼，在固定翼狀態下，V-22像是一架在兩側翼尖有兩個超大的螺旋槳的飛機；在直升機狀態下是一架有兩個偏小的旋翼的直升機，這樣使其具備直升機的垂直升降能力，但又擁有固定翼螺旋槳飛機高速、航程遠及油耗較低的優點，最大飛行速度達509千米，是世界上飛最快的直升機。而美國也正在研究魚鷹的預警機與加油機型號與垂直起降戰鬥機配合使用。其是按照美國空、海、陸軍及海軍陸戰隊4個軍種的作戰使用要求而設計的。
V-22傾轉旋翼機於20世紀80年代由美國波音公司和貝爾直升機公司（Boeing Bell）聯合開始研發，1989年3月19日首飛成功，經歷長時間的測試、修改、驗證工作後。2006年11月16日進入美國空軍服役，2007年在美國海軍陸戰隊服役，同年開赴阿富汗進行實戰部署，已有超過200架V-22生產下線。[1]
目錄
技術特點
設計特點
V-22傾轉旋翼機可滿足32種軍事任務的需求，並能賦予戰場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。它出動時所需的支援較少，且不需要機場和跑道，加之維修簡單，生存力強，因而特別適用於進行特種作戰和緝毒行動，可大大提高軍隊布防、緝毒、救援、拯救人質等行動的速度。傾轉旋翼機能完成直升機所能完成的一切任務，由於其速度快、航程遠、有效載荷較大等優點，因此它特別適合執行兵員/裝備突擊運輸、戰鬥搜索和救援、特種作戰、後勤支援、醫療後撤、反潛等方面的任務。
除此之外，在民用運輸方面，由於常規直升機經濟性差、速度較小、振動大，因而作為一種運輸工具受到了很大限制。而傾轉旋翼機的飛行速度與支線客機相近，可在沒有機場的任何地區執行運輸任務，特別適用於經濟不發達地區的開發和建設，可以局部替代支線客機成為現代化空中運輸網的一個重要組成部分，在商業上具有極高的價值，它不僅解決部分空港和跑道擁擠問題及邊遠地區的運輸問題，而且其運輸成本要比常規直升機和固定翼飛機低得多 。
氣動結構
機型
V-22傾轉旋翼機設計基于貝爾負責的實驗機XV-15，早於80年代開始研發，於2007年開始在美國海軍陸戰隊服役，取代CH-46 Sea Knight作拯救及作戰任務，2009年，美國空軍也開始配備。
V-22是在類似固定翼飛機機翼的兩翼尖處，各裝一套可在水平位置與垂直位置之間轉動的旋翼傾轉系統組件，當飛機垂直起飛和着陸時，旋翼軸垂直於地面，呈橫列直升機飛行狀態，並可在空中懸停、前後飛行和側飛；在傾轉旋翼機起飛達到一定速度後，旋翼軸可向前傾轉90°角，呈水平狀態，旋翼當作拉力螺旋槳使用，此時傾轉旋翼機能像固定翼飛機那樣以較高的速度作遠程飛行。
傾轉旋翼
V-22傾轉旋翼機是一種性能獨特的旋翼飛行器。它既具有普通直升機垂直起降和空中懸停的能力，又具有渦輪螺旋槳飛機的高速巡航飛行的能力。傾轉旋翼機採用了新的思維方法來設計直升機的旋翼和總體布局，設計思想已突破了傳統直升機的範疇，屬於新原理旋翼構型，是直升機技術突破性、跨越性的發展、是直升機行業帶有革命性的一項高技術，也是直升機技術發展的必然結果，MV-22的問世已使美國海軍陸戰隊重新定義兩棲作戰的法則。傾轉旋翼機是90年代直升機界最矚目的飛行器，並將成為21世紀美國海軍的主要裝備。1991年，「魚鷹」傾轉旋翼機曾獲得美國國家航空協會頒發的「重大航空進步獎」，同時由於傾轉旋翼機重大事故頻繁、研製費用高、技術複雜且難度大、研製周期長，也引起人們極大的爭議。儘管如此，由於傾轉旋翼機集直升機能垂直起降和渦輪螺旋槳飛機能高速飛行的優點於一身，世界各國競相在這方面加強研究。
傾轉旋翼機融合了直升機與固定翼飛機的優點，是一種軍民兩用的高技術產品，因此，在未來高技術戰爭和國民經濟建設中必將發揮巨大的作用，在軍民領域的用途非常廣泛。
變向旋翼
V-22傾轉旋翼機在機翼兩端各有一可變向的旋翼推進裝置，各包含勞斯萊斯T406 (AE 1107C-Liberty)渦輪軸發動機及由三片槳葉所組成的旋翼，整個推進裝置可以繞機翼軸由朝上與朝前之間轉動變向，並能固定在所需方向，因此能產生向上的升力或向前的推力。這轉換過程一般在十幾秒鐘內完成。
當V-22推進裝置垂直向上，產生升力，便可像直升機垂直起飛、降落或懸停，其操縱系統可改變旋翼上升力的大小和旋翼升力傾斜的方向，以使飛機保持或改變飛行狀態。 在起飛之後，推進裝置可轉到水平位置產生向前的推力，像固定翼螺旋槳飛機一樣依靠機翼產生升力飛行。這時以主翼後緣的兩對副翼可保證飛機的橫向操縱，鉸接在端板垂直尾翼上的方向舵和水平尾翼上的升降舵可以依靠舵機改變飛行方向和飛行高度。
由於旋翼直徑大，在地面將推進裝置可轉到水平位置會使旋翼會碰到地面，所以V-22不能像飛機一樣在跑道滑行升降。為此，V-22另一升降模式為短場升降(STOL，Short Take-Off and Landing)，推進裝置會轉至前向45°，同時產生升力及向前推力，使機身在跑上滑行，主翼產生升加上旋翼的升力使V-22在滑行短距離後能起飛，同樣方式也能用於降落。此模式之好處在於較垂直起降節省燃料。在直升機模式下，因為主翼擋住了部份旋翼的氣流，相比Tiltwing設計損失了10%的升力，但卻有更佳的短場升降性能。
材料
V-22傾轉旋翼機機身有超過43%為複合材料製造，包括旋翼。為減少被運載時所需空間，整主翼可以轉動90°，變成與機身平行，三葉旋翼也能轉動重疊在一地。整個收納過程只需90秒。兩具勞斯萊斯Rolls-Royce T406引擎以轉軸及齒輪箱連動，因此即使其中一個失去動力，另一個也能讓整架機繼飛行。 大部份V-22的任務有超過70%時間以固定翼飛機模式飛行，定翼機飛行模式有比直升機更高的飛行高度，讓V-22有更遠的航程，更快的飛行速度，也方便了通訊。
座艙
V-22傾轉旋翼機乘員3人，其中一名飛行員，一名副駕駛員和一名飛行工程師。它的駕駛座艙類似於航天飛機的玻璃駕駛座艙，安裝了一些多功能顯示器。這些顯示器提供發動機機油壓力和溫度等信息，還提供液壓和燃油狀態等讀數。駕駛員和副駕駛員同飛行計算機的交互和駕駛杆對飛行中飛機的控制，都通過鍵盤來實現。
荷載
V-22傾轉旋翼機可以輸送24名軍人或者重9072千克的物資，它們可能利用降落傘空投或者着陸後下機。此外，「魚鷹」傾轉旋翼機還有一套外部拖鈎與絞車系統，這套系統使其能夠吊載重6803千克的貨物。
動力系統
V-22傾轉旋翼機每套旋翼系統由一台艾里遜公司（Allison）製造的AE1107C渦輪軸發動機提供動力，這種發動機能生產超過6000馬力的動力。每台發動機驅動其自身的旋翼，並將一些動力傳遞給驅動翻轉機構的機翼中部變速箱。在一台發動機出現故障的情況下，剩下的一台發動機通過內部連接驅動軸將動力分配給兩套旋翼系統，「魚鷹」傾轉旋翼機還能夠運行。根據不同的配置，「魚鷹」傾轉旋翼機最多可容納多達13779升燃料。如果「魚鷹」傾轉旋翼機失去了一台發動機，兩台發動機通過齒輪箱相互耦合，這使一台發動機可以同時驅動兩套旋翼系統。因此，在「魚鷹」傾轉旋翼機一台發動機發生故障的情況下，飛行員很有機會關閉這台發動機，駕駛它在最近的機場着陸。
器系統
V-22傾轉旋翼機為特種作戰用途，裝備了面向後方的防禦機炮。在伊拉克使用的「魚鷹」傾轉旋翼機，配備了安裝在後舷梯上的M240G中型機槍，用於清除敵對的着陸區 [5] 。
作戰性能
V-22傾轉旋翼機能在大氣溫度33℃、高度900多米處進行無地效懸停。不過，由於它的螺旋槳直徑小於同等重量直升機的旋翼、排氣速度較大、槳盤載荷略高於一般直升機，因此垂直起飛和懸停時的效率亦稍遜於直升機。但它的常規飛行性能卻是直升機無法匹敵的。該型在直升機狀態的最大垂直起飛重量為23980千克，最大前飛速度396千米，小時；在固定翼飛機狀態的最大短距起飛重量為27442千克；實用升限約8000米，試飛速度曾達到647千米/小時，垂直起飛的航程為2224千米，短距起飛的最大轉場航程接近3900千米。與普通的直升機相較，這無疑是一個巨大的飛躍。
美國空軍是使用「魚鷹」傾轉旋翼機的另一軍種，其空軍型傾轉旋翼機於2009年投入使用。自加入美國海軍陸戰隊和美國空軍服役以來，「魚鷹」傾轉旋翼機一直運用在伊拉克、阿富汗和利比亞的作戰和救援行動中。這種獨特的平台已經在一些能夠想像出的最惡劣的條件下飛行超過10萬個小時，具有實際上被認為是美國海軍陸戰隊所有旋翼機中最佳的安全記錄，214架「魚鷹」傾轉旋翼機在作戰部署中共計飛行了近20萬個小時。
維運成本
V-22傾轉旋翼機的安全性一直都不是大問題，但是維修肯定其一項大問題。美國五角大樓2012年關於作戰試驗與評估的一份報告指出，從2007年6月至2010年5月，美國海軍陸戰隊的「魚鷹」傾轉旋翼機能夠執行任務的完好率僅在53%左右。因為這種飛機每架成本超過1億美元，這有點令人難以接受。然而，隨着維修人員機場在機場維護工作區積累更多經驗，這種情況有望改善。
美國五角大樓的阿富汗行動記錄表明，V-22傾轉旋翼機的發動機使用壽命剛剛超過200小時。美國軍方預計這一數字約為600小時。「魚鷹」傾轉旋翼機的發動機使用壽命縮短，使其飛行成本增加了一倍以上，達到每小時10萬多美元，而其將要取代的「海上騎士」直升機每小時飛行成本為4600美元。[2]
服役動態
5架原型機中有3架分別於1991年、1992年與2000年發生意外。美國在研製軍用傾轉旋翼機MV-22「魚鷹」的過程中，幾乎事故不斷，並且發生了四次墜機重大事故，造成30人死亡。自「魚鷹」傾轉旋翼機加入美國空軍服役以來，也就發生過一次造成人員死亡的墜機事故。2010年，美國空軍的一架CV-22傾轉旋翼機在阿富汗的一場着陸事故中毀壞，造成4人死亡。直到最近，那是過去十年間美國空軍這種傾轉旋翼機上發生的唯一一次亡人事故。相比之下，自2001年以來，共有6架CH-46「海上騎士」直升機墜毀，造成20人死亡。功能多樣的「魚鷹」傾轉旋翼機的反對者們，需要更加客觀地評估這種空中平台。
1991年6月11日，由于飛機上3個橫滾陀螺中的兩個接線有錯誤，「魚鷹」的第五架原型機在首次飛行中墜毀。所幸未造成人員傷亡。
1992年7月20日，4號原型機在弗吉尼亞州匡蒂科海航站降落時墜入波多馬克河，造成3名陸戰隊員和4名平民喪生。事故原因是聚集在發動機短艙內的減速器潤滑油被吸入進發動機。着火後，燃燒的高溫使傳動橫軸不能正常向兩旋翼傳輸功率，使升力突然下降引起墜機事故。
2000年4月8日，2架MV-22「魚鷹」在參加服役前的飛行評估時，l架在降落過程中墜毀，造成19名人員傷亡。這次事故的原因是 MV-22下降速度太快而前飛速度太慢，在槳葉內側產生的上洗流超過了槳葉旋轉產生的下洗流，使該飛機進入渦環狀態，從而使槳葉失去升力，最後滾轉墜地。
2000年12月11日晚，一架載有4名乘員的美國海軍陸戰隊的MV-22墜毀，4名乘員全部遇難，其中包括一名美國海軍駕駛MV-22經驗最豐富的中尉。這次事故的原因還沒有定論。在2000年12月11日的事故後，美國海軍陸戰隊於當日起停飛了所有的MV-22，對該項目進行審查並對所有的MV-22進行檢查。原計劃2000年12月中旬做出對MV-22的投產決定已無限期推遲。直至2002年4月26日，美國國防部負責採辦的副部長奧爾德里奇在國防採辦會議上宣布，國防部已批准恢復對MV-22「魚鷹」傾轉旋翼飛機的飛行測試。不難看出，傾轉旋翼機克服了常規直升機速度慢的缺點，併兼有常規直升機和固定翼飛機的優點，必將得到越來越廣泛的應用。特別是美國海軍已把MV-22「魚鷹」作為21世紀的主要裝備之一，不惜重金加速研製。雖然在研製過程中遇到了一些挫折，但2010年後，美國海軍的主要運輸直升機都將逐步被「魚鷹」傾轉旋翼機替代的趨勢不會改變。
2012年4月，一架MV-22「魚鷹」傾轉旋翼機在摩洛哥墜毀，造成兩名海軍陸戰隊隊員死亡，對「魚鷹」傾轉旋翼機的安全紀錄帶來不利影響。在超過30年的發展階段，「魚鷹」傾轉旋翼機獲得了不好的名聲。在此期間，已知有30名美國海軍陸戰隊隊員在三起事故中喪生。在2000年發生在亞利桑那州的一起事故中，19名美國海軍陸戰隊隊員喪生。然而，在過去的十年間，V-22「魚鷹」傾轉旋翼機的事故率一直都是美國海軍陸戰隊整個機群平均事故率的一半左右，在所有旋翼機中事故率最低。各種飛行器的平均事故率隨着實際飛行時間變化而變化，考慮到V-22「魚鷹」傾轉旋翼機最近才加入部隊服役，因此它真的是一種非常安全的飛行器。[3]
2014年正當多國聯軍空襲伊拉克及敘利亞IS據點之時，一架美軍直升機10月2日在波斯灣起飛執勤後不久墜海，一名海軍陸戰隊隊員死亡，是美軍空襲IS以來首次有美軍士兵在行動中陣亡。這起事故現場的照片直到2015年7月後才對外公開。[4]
總體評價
優點
傾轉旋翼機與常規直升機相比，歸納起來有以下幾個性能優點：
1.速度快:直升機因受到旋翼前行槳葉激波失速和後行槳葉氣流分離的限制，當直升機飛行速度為：360千米/小時（即100米/秒）時，則旋翼前行槳葉處於90°處的槳尖相對氣流速度達300米/秒（旋翼旋轉時槳尖處的切線速度一般為200米/秒），接近聲速340.2米/秒，再增加速度就很容易產生激波失速了，而此時後行槳葉在270°處相對氣流的速度為100米/秒，槳根部分會出現氣流從槳葉後緣流向前緣的反流區，從而使槳葉產生的升力減少，為使升力保持與前行槳葉相同，需要增加後行槳葉的槳距，但槳距過大會出現氣流分離現象。因此常規直升機最大速度超過360千米/小時、巡航速度超過300千米/小時的不多，而 V-22傾轉旋翼機的巡航速度為509千米/小時，最大速度可達650千米/小時。
2.噪聲小:傾轉旋翼機因巡航時一般以固定翼飛機的方式飛行，因此噪聲比直升機小得多，並且在150米高度懸停時，其噪聲只有80分貝，僅相當於30米外卡車發出的噪聲。
3.航程遠:如V-22的航程大於1850千米，若再加滿兩個轉場油箱，航程可達3890千米。如果進行空中加油，則具有從美國本土直飛歐洲的能力，而直升機的航程很少超過1000千米。
4.載重量大:美國研製的傾轉旋翼機V-22懸停重量已達21800千克。貝爾直升機公司計劃研製的下一代四旋翼傾轉旋翼機（V-44）可裝載80～100名士兵或10～20噸貨物。
5.耗油率低:傾轉旋翼機在巡航飛行時，因機翼可產生升力，旋翼轉速較低，基本上相當於兩副螺旋槳，所以耗油率比直升機低。
6.運輸成本低:綜合考慮傾轉旋翼機耗油量少、速度快、航程遠、載重大等優點，其運輸的成本僅為直升機的1/2。
7.振動小:由於一般傾轉旋翼機的旋翼布局在遠離機身的機翼尖端，並且旋翼直徑較小，因此其座艙的振動水平比一般的直升機低得多。
缺點
雖然傾轉旋翼機與一般直升機相比有許多優點，但也有不少缺點，主要在如下幾個方面：
技術難度高：傾轉旋翼機因既有旋翼又有機翼，並且要實現旋翼從垂直位置向水平位置或水平位置向垂直位置傾轉，因此在旋翼傾轉過程中氣動特性的確定；旋翼/機翼、旋翼/旋翼、旋翼/結構之間的氣動干擾問題；結構設計；旋翼在傾轉過程中的動力學分析、旋翼/機翼耦合動載荷和穩定性問題；操縱控制技術及操縱系統動力學設計等方面都遇到了許多技術難題。
研製周期長：從40年代起，美國貝爾直升機公司就開始進行傾轉旋翼機的研究，已經過50多年的技術發展，其技術仍不是很成熟。「魚鷹」傾轉旋翼機仍存在諸多問題，並沒有真正形成戰鬥力和投放民用市場。傾轉旋翼機的技術研究和型號研製的周期都相當長。
研製費用高、單機成本高：由於傾轉旋翼機是一項高新技術產品，其技術複雜、難度高，因此要驗證各項技術需要很高的費用，造成研製費用和單機成本都高得驚人。像美國的「魚鷹」傾轉旋翼機的研製費用達380億美元，其海軍型MV-22的單價達4400萬美元。
旋翼效率低：與直升機旋翼相比，螺旋槳旋翼的扭轉角比較大，這對於確保槳葉根部能夠在前飛狀態下產生較大的拉力是十分有必要的。但在懸停狀態時，採用大扭轉角設計螺旋槳旋翼，其工作效率會大大降低，這就意味着由發動機輸送過來的可用功率有很大一部分都被損耗了。
氣動特性複雜：在直升機前飛速度很低且下降速度較大時，它就會陷入到自身的下洗氣流當中，此時極易導致渦環狀態的發生。在渦環狀態下，空氣會繞着旋翼槳葉的葉尖呈環形流動，形成了類似於炸麵包圈的渦流。渦流內部的空氣壓力下降，這就導致旋翼會損失一部分升力。
如果此時飛行員試圖通過加大油門、增大槳葉工作迎角的方法來彌補因渦流而損失的那部分升力，那麼渦環運動將會加速，導致旋翼損失更多的升力，情況就變得更加糟糕。
由於MV-22飛機的重量大，導致由發動機輸出的可用於機動飛行的剩餘功率減少。另外，MV-22飛機上的兩副螺旋槳旋翼採用的是較為獨特的橫列布置方式，一旦在飛行過程中出現一側旋翼進入渦環狀態，而另一側則正常工作的情況，就會導致左右兩側的升力失衡，飛機就會向着受到渦環影響的一側旋翼方向滾轉。
可靠性及安全性低：可靠性的高低直接影響着安全性的好壞。迄今為止，兩架V-22飛機的墜毀事故都可能是源於發動機艙內液壓系統的泄漏。飛機上液壓系統，尤其是發動機艙內與飛行控制系統相關部分的可靠性低的問題，對V-22飛機的安全飛行構成了極大威脅。
可靠性和維修性之所以不甚理想，除了與維護人員的技術水平、熟練程度等因素相關之外，更重要的還源自于飛機設計上的欠缺。就在2000年發生兩起墜機事故之後，事故調查人員就已經充分地認識到了這一問題的嚴重性，要求貝爾和波音公司對發動機艙進行重新設計 [5] 。
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