一键飞行——西科斯基首席试飞员眼中的X2系列直升机

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# 写在前面

在阅读本文之前，读者朋友们可以先想象一下，你现在乘坐一架直升机进行低空飞行，你瞄了一眼数显屏看到空速是370km/h，正当你悠然自得的时候，驾驶员“猛踩刹车”，由于惯性，直升机继续前飞了800不到立马转入悬停，是不是很刺激？更刺激的是，这架直升机在满载的情况下，于2000米海拔的高空/35摄氏度的高温情况下，仍然能够完成与上述一致的机动动作。

上述这些数据对于常规直升机而言，似乎有些“超标”。事实上，这种令人印象深刻的操纵品质源自刚性旋翼的杰出特性——更强的操纵功效和更低的旋翼响应滞后。这些特点使得这架特殊的直升机相比于常规旋翼类飞行器，更接近于一架战术喷气式飞机。

读者朋友们，如果你认为以上描述只是一种“吹嘘”手法的话，听听威廉怎么说：“我不需要通过想象来模拟上述场景，作为西科斯基X2技术验证机的试飞员之一，这种‘神奇表演’不过是我的常规操作而已。”威廉·比利·费尔是西科斯基S-97 掠夺者的首席飞行员，他几乎参与了S-97的每一次试飞任务，在这之前，他是X2技术验证机的后备遥测飞行员，当然，也参与过多次X2的试飞任务。那这样一个“老司机”会如何评价X2系列复合式直升机呢？请看下文。

# X2系列飞行器概述

X2是西科斯基的一型刚性共轴复合式高速直升机技术验证机，西科斯基主要用其来验证刚性共轴双旋翼（也就是所谓的前行桨叶概念“ABC，Advancing Blade Concept”旋翼）技术。在X2基础上，西科斯基研制了S-97掠夺者（定位为未来武装侦察/攻击直升机）以及SB>1挑衅者（西科斯基-波音联合研制，参与了美国陆军联合多任务计划/未来垂直升力计划竞标）两型复合式直升机。三者总体布局和基本技术都是一致的，所以称为X2系列飞行器。基于X2技术的所有旋翼飞行器，其性能大致来说都是类似的。“X2”这一型号的涵义就是“乘以2”，意思就是该型复合直升机的前飞速度将能够达到常规直升机的两倍。该机令人印象深刻的悬停性能主要是通过其动力配置来实现的。一般来说，常规直升机的最大需用功率就是“悬停需用功率”，而X2则不同，它的最大需用功率会出现在最大前飞速度的时候，发动机的可用功率必须要满足这一最大需用功率的要求，最终的结果就是在悬停状态下，发动机仍然有充足的剩余可用功率。说到这，有些读者朋友可能又会想——X2是否需要一个超级巨大的油箱来满足超高速前飞的燃油消耗需求？事实显然并非如此，经过反复优化设计的X2，其高速前飞升阻比特性在多轮飞行测试中都被证明更接近涡轮螺旋桨飞机，而非直升机。



图——西科斯基雄心勃勃的未来垂直升力计划以X2为蓝本

作为S-97 掠夺者和SB>1 挑衅者（该机型为美国陆军联合多任务技术验证项目的竞争者之一，由西科斯基和波音联合承担，其竞争对手为贝尔和洛克希德·马丁合作的V-280）的首席飞行员，威廉已经花费了数百小时来进行模拟飞行测试。可以说，西科斯基通过X2验证了这种刚性共轴双旋翼带尾推布局的有效性，并在掠夺者和挑衅者中发扬光大。



图——未安装桨毂整流罩的西科斯基-波音SB>1挑衅者，该机在去年年底进行了地面开车试验

掠夺者是一型单发，总重4.5~5.5吨，旋翼直径10米，尾部推进螺旋桨直径2米的复合式直升机，能乘坐两名机组成员及6名乘员。掠夺者配备了电传操纵飞行控制系统、主动振动控制装置和可收放式起落架。飞行员通过两面多功能显示屏和一台控制和显示装置（CDU）能够控制无线电以外的所有系统。它还配备了基本的Garmin无线电堆栈来提供通信功能。与传统的断路器激活方式不同，掠夺者上的固态功率控制器通过CDU激活，提升了驾驶舱的整洁度。环境控制系统能够为驾驶舱降温使其冷却来保证整个机身紧密扣合，以此来保证超高速飞行的安全性。

飞行快捷键：在威廉的眼中，X2和S97最值得称道的就是其电传操纵飞行控制系统，他认为该系统就是像是飞行员的“快捷键”。飞行员只需要“按一按”周期变距“按钮”，这架飞行器就能够像一辆赛车一样贴地飞行或者像一架民航客机一样进行仪表飞行。且该套系统搭建了一种基础框架，研究人员只要通过编写代码就可以往其中添加各种各样的功能，甚至包括自动着陆、全耦合策略甚至是加入西科斯基的矩阵技术（Martrix Technology；西科斯基的飞行器自动驾驶技术项目）全自动系统。

# 丝滑的操纵手感

掠夺者目前的飞行控制模式是“速度控制、姿态保持”，也就是俗称的“跑车模式”。掠夺者的周期变矩本质上是一个通过弹簧连接到中心止动位置的侧杆，飞行员通过杆位移量来控制飞行速度。最大位移就代表了设计师允许该飞行器达到的最大速度。这一点和传统的液压-机械操纵系统是不一样的，后者的周期变距杆很少能推到最大位移处，因为对它们而言，那个位置代表着操纵的极限。掠夺者这种设计的好处在于——飞行员能够在全范围内调节周期变矩，只要将杆位移的敏感度调节到合适的阈值，飞行员将能够精准地通过变距侧杆实现所要求的任意飞行速度。



图——西科斯基S-97 掠夺者是该公司提出的下一代高速侦察/攻击直升机原型

威廉第一次感受到这种“丝滑般”的操纵手感就是在试飞波音-西科斯基的RAH-66科曼奇的时候，在他的感受中，科曼奇的飞行操纵也相当简单，可以说，其操纵品质已经达到了当时技术所能达到的巅峰。对于任何一个新手飞行员而言，都可以通过该系统完成令人垂涎的极限转弯等机动动作。西科斯基如今已经在旗下所有配备电传操纵飞行控制系统的飞行器上验证了这种技术，并将其完美应用到了掠夺者上。

掠夺者的总距操纵也是非常独特的，座舱内只有一根总距杆位于主驾驶和副驾驶之间。这有点类似于现代公务机的模式——油门杆在中央，操纵杆在外侧。掠夺者也是如此，其座舱左侧为主驾驶员，主驾的左手侧就是变距侧杆，右手侧就是总距杆。掠夺者是一型试验性质的飞行器，这种布局也算是试验的一部分。

如果在电传操纵飞行控制系统中加入西科斯基的自动驾驶模块，X2将能够以一种更简单的方式飞行（根本不再需要总距杆），这是因为：X2的升力主要由两套旋翼的前行侧提供，推力则主要由尾部推进螺旋桨提供，设计师通过编程可以实现随着前飞速度的增加，按照计算好的操纵规律自动改变总距角。这样一来，设计师们对于座舱的布局设计也将能够更为灵活。

# 尾推螺旋桨的操纵特点

在高速飞行状态下，X2更像是一家固定翼飞机，几乎所有的发动机功率都输出到尾部推进螺旋桨中。爬升/下降飞行是通过抬升或者降低机头以获得需要的垂向速度来实现的。螺旋桨的操纵是通过总矩杆上的指拨调节器来实现的。前推调节器就是加速，后拨调节器就是减速。推进螺旋桨的是存在负总距操纵的，这一特点使得X2具备一些独特的能力：

1.实现令人难以置信的急速刹车；

2.能够在着陆的时候保持机头较低而尾部抬高，以此提升安全性；

3.尾推螺旋桨能够通过正负变距操纵来实现悬停时抬头或者低头机动，由此可以让战场指挥官有更多的战术机动选择

尽管在高速飞行的时候，X2的总距是由飞控系统自动调节的，但是飞行员也具备手动操纵总距的全部权限，他仍然能够像常规直升机一样通过操纵总距来实现爬升或者下降。X2系列飞行器的尾部推进螺旋桨还有一个重要的特点就是飞行员可以通过一个离合器来切断它。一旦尾推螺旋桨被切断，它就会逐渐降低转速直到停下来，这样做一方面可以降低噪声信号，另一方面，也可以保护地面人员的安全。可以说，尾推螺旋桨是完全独立存在的，且在实际飞行中也并非必要启动的。掠夺者已经验证过不开启尾推螺旋桨情况下的飞行能力，验证结果表明，在保留有剩余功率的情况下，该机仍然能飞到280km/h左右的前飞速度。



图——从尾部观察X２的推力螺旋桨

此外，对于常规直升机而言，一根长长的液压管路往往会连接着由主减速器驱动的液压泵和尾桨系统，但是对尾推独立的X2而言则完全不需要这类系统。因此，独立的尾部推进螺旋桨设计简化了全机液压系统并且提升了整体的可靠性。

# 全权限电传操纵飞控系统的好处——大幅缓解飞行员的压力

威廉不止一次表示，X2系列的飞行器操纵品质和他所飞过的任何一型飞行器一样优秀，甚至更好，其中大倾角侧飞的操纵也令他印象深刻。滚转到大倾角侧飞所需要的操纵是横向周期变距。在操纵变距杆以得到所需的滚转速率，他只需要保持杆位置不变直到进入到所需要的倾角之后直接松开变距杆，飞控系统将会自动保持当前的侧飞姿态。当他想要从侧飞转为平飞的时候，他只需要反向操纵变距杆直到进入平飞状态。对于X2系列飞行器而言，他还可以采取一种快速恢复平飞的操纵技巧——他只需要迅速将变距杆调整至“大概”接近平飞操纵的位置，飞控系统将会将飞行器的姿态自动修正到水平状态。



图——来自洛克希德·马丁视频中的S－９７座舱内景

虽然听起来有点像当前热门的“自动驾驶”，但是上述这些都并非“自动驾驶仪”的功能。它们是X2特有的全权限电传操纵飞控系统自带功能，目的在于大幅缓解飞行员的操纵压力。同样，在从悬停转向前飞的过程中，威廉既可以像常规直升机一样通过变距操纵低头前飞，也可以增大尾推螺旋桨的推力甚或同时操纵两者转入前飞，他在掠夺者上成功地测试了上述三种操纵。在低速飞行中，掠夺者机动性极佳、操纵响应几乎毫无滞后，具备真正的“赛车般”操纵品质。威廉及其他试飞员已经完成了掠夺者在25节到30节的低速状态下朝任意方向的飞行测试。

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刚性共轴双旋翼飞行器技术是下一代高速旋翼飞行器发展的重点方向之一。苏联的卡莫夫曾是共轴领域的佼佼者，而西科斯基后来居上，将刚性共轴双旋翼的技术打磨成熟，并兼并当年在科曼奇研制任务中积累的技术和经验，最终完成了从XH-59A到X２到S-97的进化，这也验证了刚性共轴技术的可行性、有效性和重要价值。而早在2015年的时候，我国中航工业直升机在研的绝影-8共轴复合式直升机模型惊艳亮相，表明了我国在下一代高速直升机的研制中迎头赶上的决心。前路虽荆棘遍地，我们仍必将一往无前，与诸君共勉。

图——展出的绝影-8共轴复合式直升机模型