[科普中国]-XV-3垂直起降飞机

发展沿革

XV-3是贝尔直升机公司的倾转旋翼机原理验证机，如图2所示，其主要用途是验证倾转旋翼机的原理，设计比较简单，采用了当时现有的技术和部件，只生产了两架。使用一台安装在座舱后面的活塞式发动机作为动力，驱动装在机翼翼尖的两副旋翼。旋翼桨叶与直升机桨叶类似，扭转较小，旋翼直径相对较大，不适宜作为固定翼飞机平飞的螺旋桨。起落架为滑橇式。XV-3性能指标不高，最大速度与直升机接近，为291km/h。2

从1955年8月第1架XV-3首飞到1966年5月第2架XV-3坠毁的11年里，用XV-3进行了大量的风洞试验、地面与飞行试验，证实了倾转旋翼原理能应用于垂直起落运输机，并验证了其技术优点，为后来的XV-15和V-22计划提供了数据基础。2

首架XV-3在XV-3研制期间，1951年7-11月用带动力的动力学缩比模型在赖特机场6米风洞中进行吹风试验，以确定XV-3在所有飞行方式中的稳定性、操纵特性和性能。在1952年-1954年制造了第1架XV-3(尾号4147)。1955年2月10日出厂后，进行了机体与操纵系统载荷验证试验、振动试验和系统功能试验。然后，XV-3安装在系留台上，试验了直升机方式与定翼机方式的飞行和这两种飞行方式之间的完全转换。3

1955年8月11日，由贝尔直升机公司试飞员做了首次悬停飞行，但在以后的3年中由于在飞行中不断出现机翼/旋翼塔柱/旋翼耦合不稳定性问题，飞行试验只取得了有限的进展。首飞1周并只飞行了1.2小时之后，在做空中“滑行”试验过程中出现了第1次不稳定性问题，造成飞机硬着陆，旋翼和机体受到损坏。虽然损坏不严重，但引起了人们对不稳定性问题的关注。后来对可能消除弹性耦合问题的几个地方进行了修改，这些修改包括增加旋翼操纵系统刚度和给机翼加装外支撑使机翼更刚硬，并进行了一系列飞行试验。3

第二架XV-3第2架XV-3(尾号4148)在4147号机坠毁后进行了修改以消除不稳定性问题。原来与机身顶部表面齐平的发动机冷却空气进气口被斗式进气口代替，斗的宽度从一个机翼翼根到另一个机翼翼根。如同对4147号机进行的修改那样，又提高了旋翼操纵装置的刚度和用外支撑杆支持机翼底部。第2架XV-3被运到NASA艾姆斯研究中心，1957年9-10月间在12×24米的风洞中进行吹风飞行试验。试验进一步证实了是3片桨叶旋翼引起的严重颤振问题，于是贝尔直升机公司决定用2片桨叶直径为7.3米的半刚性旋翼更换它，并采用了较短的旋翼主轴。与全铰接式旋翼比较，半刚性旋翼本身刚度较高，这减少了气动弹性耦合的几率。3

4148号机于1958年在贝尔直升机公司开始飞行试验。旋翼倾转角达到30°，空速达到205公里/时。飞行员也做了在模拟一台发动机故障条件下的自转着陆。到5月6日，在飞行中又遇到了旋翼振动，这时旋翼倾转角为40°。XV-3又被迫停飞了。

1958年10月，XV-3进入了NASA艾姆斯研究中心12×24米风洞试验并进行了许多修改。操纵系统的刚度比原来提高了3倍，旋翼总距操纵机构加装了配重，增加了桨尖后掠角。同年12月恢复飞行，XV-3旋翼倾转角达到70°。做了几项小的飞行操纵系统调整后再次进行飞行，最后倾转角达到全转换的90°。这使XV-3成为世界上第一种实现直升机与定翼机飞行方式完全转换的倾转旋翼机。1959年4月13日，在起落滑橇上加装了轮式起落架，仅用2/3发动机功率在60米的跑道上进行了短距滑跑起飞。发现滑跑起飞的最佳旋翼倾转角为向前倾转10°。3

1959年5月，美国空军和陆军的联合评定小组飞行了38个起落和29.6个飞行小时。做了40次飞行方式的转换，并在定翼机飞行方式做了20次降低旋翼转速的减速换档。又演示了从固定翼机飞行方式向直升机飞行方式无功率转换，然后安全自转着陆。飞行高度达到3660米。

为了更好地了解XV-3的不稳定性，1966年5月XV-3被运到NASA艾姆斯研究中心，第4次(也是最后一次)进入12x24米风洞进行试验。这次，XV-3的试验进行到该风洞的极限速度365公里l时没有遇到一直存在的振动问题。但在5月20日，风洞以最大风速运转，进行到计划的最后一个数据测试点时，由于机翼翼尖劳损导致两副旋翼松脱而损坏了XV-3，最终永久地结束了XV-3的试验。3

基本结构XV-3的基本构型是金属机身,细长的上单翼机翼安装在中机身上,机翼后缘有副翼。两副大直径、类似直升机用的旋翼安装在两机翼的翼尖。在像直升机一样起飞、降落和悬停时旋翼轴成垂直位置,像常规定翼机一样前飞时旋翼轴转到水平位置。采用一台普惠R-985-AN-1活塞式发动机,飞行时的功率为294千瓦,起飞时的功率为330千瓦,它安装在机翼后的机身内。在机身顶部有发动机冷却空气进气口。容量为380升的燃油箱位于机翼下的机身内。机身长9.25米、机翼翼展9.53米、机高4.14米。最大速度为291公里/时。3

最初采用全铰接式3桨叶旋冀,直径7.63米,由两速减速器驱动。为了有较高的巡航效率,减速器调到低档,旋翼低速旋转而发动机仍保持高转速。旋翼倾转由在两机翼翼尖整流罩内的电动机控制，能在10-15秒钟之内从垂直位置转到水平位置。飞行员能使旋翼停在任何倾转位里或使旋翼反向倾转。旋翼处于任何中间倾转位置时飞机都能保持平稳飞行。飞机尾部有常规定翼机的垂直尾翼、水平尾翼、方向舵以及升降舵。起落架为滑撬式。3

虽然XV-3的目的是用作研究，以评估倾转旋翼方案和提供设计与试验数据，但那时的美国军用合同规则要求它被设计成具有执行军用任务的能力。所以，XV-3的军用任务是观察、侦察和医疗后送任务。机舱内可乘坐4名乘客，为了完成医疗后送任务，机舱内有两副担架的安装点。驾驶舱和机舱有大面积玻璃窗，驾驶员有向下弹射的救生座椅。乘坐1名飞行员、2名乘客和带30公斤货物的最大航程是890公里.作战半径185公里/时，它能乘坐1名飞行员、3名乘客和带100公斤货物。3

主要参数研究目的：换向旋翼式垂直起降研究机

动力装置：一台普拉特·惠特尼R985-AN-1涡轴发动机，功率450马力

机翼直径：10.08米

固定机翼翼展：9.53米

机身长度：9.25米

机身高度：4.14米

有效翼面积：11.15米2

正常起飞重量：2117公斤

最大平飞速度：约291千米/小时

座舱：四个坐席4

总体评价虽然XV-3本身没有达到所希望的高前飞速度，但它确实证明了旋翼是能倾转的，所以消除了旋翼在水平面内对直升机性能的固有限制。XV-3证实倾转旋具原理用于垂直起落运输飞机是基本可行的，并证实了其技术优点。它为后来的XV-15和V-22倾转旋翼机计划提供了非常宝贵的坚实的数据基础。3