倾转旋翼机

倾转旋翼机是固定翼飞机和直升机结合的飞机，与传统直升机的结构相比，倾转旋翼机则是采取了以倾转式浆盘的横列式双旋翼的结构。

二战期间出现的军用直升机，在二战结束后迅速走向成熟，成为与固定翼飞机一道提供多样化飞行服务的军用飞行器。两者各自具有独特的优势，但也各有显著的缺点。直升机具备垂直起降的能力，不需要复杂的跑道，但直升机的飞行速度较低，航程较短。与之相比，固定翼飞机巡航速度较高，航程远，但在起降时需依赖专门的跑道等设施，而且无法通过悬停实现人员进出或货物装卸。出于扬长避短的目的，人们尝试了多种全新的垂直短距起降飞机构型，如复合式直升机、前进桨叶概念、X翼方案、旋翼折叠方案和倾转旋翼机。1930到1940年代，倾转旋翼机的构想开始逐步显示出显著的实用价值。在民用运输方面，倾转旋翼机的飞行速度和运力可以接近支线客机，可以在没有机场的地区执行运输任务，特别适用于经济不发达地区。倾转旋翼机的运输成本低于传统直升机和固定翼飞机。然而，在20世纪50年代开始，倾转旋翼机一直处于探索和试验阶段。这是因为这一构型的飞行器技术难度大、研制周期长、研究成本高、以及飞行事故后果严重等挑战。

在20世纪60～80年代，美苏争霸进入了白热化，双方都在拼命发展新型武器装备。在苏联占领阿富汗的10年战争中，苏军米-24等现代战斗直升机在战场上表现出来的作战能力，给美国带来了震撼，美国提出要研制和装备更高速度和飞行能力的直升机，对抗苏联战斗直升机已占有的优势，他们选择了能够实现飞行速度上有更大突破的“倾转旋翼”横列双旋翼的结构设计，作为新的作战直升机的技术路线。与传统直升机的结构相比，“倾转旋翼”采取了以倾转式浆盘的横列式双旋翼的结构，使得直升机的旋翼系统可以转90°，既能够让直升机垂直向上，又有使它具有类似飞机螺旋桨的前飞能力。当这种试验机试飞成功时，立刻成为了全世界的焦点。而苏联认为这种倾转双旋翼系统结构布局的直升机，没有新的技术优势，而且会有很大的飞行风险。所以，在苏联时期及后来的俄罗斯直升机界，很长时间对倾转式横列双旋翼直升机结构。1972年，美国航空航天局和陆军开展了全新的XV-15倾转旋翼机计划，该计划使用涡轮轴发动机驱动，解决了XV-3动力不足的问题。1977年5月3日，贝尔直升机公司生产的第一架原型机完成了首次悬停试验。第二架原型机于1979年4月23日进行了首次悬停试验，并在同年7月24日完成了直升机模式和飞机模式的相互转换。1981年7月4日至14日，第一架XV-15原型机代表贝尔直升机公司和美国陆军在巴黎航展上展出，并连续11天进行了飞行表演。XV-15飞机在该航展上的卓越和具有创造性的表演促使了后来V-22计划的诞生。1982年夏季，一架XV-15进行了易损性评估和海上舰载试验。1983年上半年，另一架XV-15进行了搜索、救援和吊挂货物的评估，同年9月完成了空中模拟加油、武器发射、地形跟踪和其他机动飞行试验。1983年9月至1984年10月进行了贴地飞行评估。经过一系列飞行测试后，两架原型机分别被用于进一步研究和改进。1983年4月26日，贝尔和波音公司与美国海军航空系统司令部签署了一份为期24个月的初步设计合同，开始对V-22进行初步设计，并于1984年7月提交了全尺寸发展提案。为了减小项目全尺寸原型阶段研发的风险，这一为期24个月的合同进行了任务分工，贝尔直升机公司负责机翼、发动机短舱、螺桨-旋翼装置、传动系统以及发动机一体化设计，而波音公司负责机身、尾部装置、起落架装置、整流罩以及综合航空电子设备的初步设计阶段。在初步设计阶段，共完成了超过8600小时的风洞模型吹风试验。在1984年1月，贝尔直升机公司开始进行基于风洞试验和分析数据的模拟飞行试验。同年3月，军方飞行员使用NASA艾姆斯试验中心的模拟器进行了正式的鉴定。此外，还制造了一个1:1比例的机身复合结构段和机翼模型用于静力试验，以及一个2:3比例的旋翼/机翼模型，用于验证预计的悬停性能。1985年1月，这种旋翼机正式被命名为V-22 "鱼鹰"。针对美国V-22直升机日益凸显的优势，俄罗斯已经在重新研究倾转式横列双旋翼直升机，很快就会有更新的同类直升机问世。中国也针对世界未来直升机新技术的变化，设立倾转式横列双旋翼直升机的装备序列。中国的设计不局限于V-22直升机现在的结构布局，还利用苏联时期已经有很多的复合式直升机科研实物。2015年国际直升机博览会（Heli-Expo2015）于3月2日至5日在美国的加利福尼亚州西南部城市阿纳海姆举行。展会开幕当天，意大利阿古斯塔·韦斯特兰公司展出了最新研制的AW609倾转旋翼机。AW609目前已获得约60架订单，2003年首飞，预计于2016年获得机型认证。该机型的最大起飞全重可达到16800磅甚至18000磅。所有九个乘客座位满座的情况下，旋翼机仍能以足够的燃油飞行350海里。为使飞机可以在海上石油钻井平台上垂直起飞和着陆，可能要减少一定的重量。2021年5月，聚焦于倾转旋翼eVTOL研发的时的科技成立。eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing，即电动垂直起降飞行器），比较通俗的理解就是电动化且不需要跑道就可垂直起降的飞机。2023年8月，时的科技E20 eVTOL框架机完成了从系统联调到试验试飞的所有科目。这也意味着时的科技E20 eVTOL跨入了整机测试及验证阶段。2021年成立至今，短短2年，时的科技已经先后完成了从分析论证到产品设计，从功能开发到系统集成，从零件生产到整机装配，从系统联调到试验试飞。2023年0月26日，位于闵行莘庄工业区的企业上海时的科技有限公司发布重磅消息，其自主研发的中国首个倾旋旋翼电动飞机E20 eVTOL成功进行首轮飞行测试，这意味着E20 eVTOL的设计、研发、制造、飞行的全面贯通。2022年7月1日，中国航发动研所、南方公司与航天科技彩虹公司在京举行了AES100民用涡轴发动机首家用户签约仪式。AES100涡轴发动机将作为彩虹公司最新研制的大型倾转旋翼无人机的动力装置，而大型倾转旋翼无人机的研制表明国内在该技术领域已经进入新的发展阶段。在2018年的珠海航展期间，国内著名无人机研发单位航天科技彩虹公司公开展示了该单位设计的“彩虹”-10小型倾转旋翼无人机。2024年3月1日国产倾转旋翼飞机枝术验证机完成倾转过渡全模态试飞。eVTOL（electric Vertical Take-off and Landing）即电动垂直起降飞行器。2021年5月，聚焦于倾转旋翼eVTOL研发的时的科技成立。2023年3月，时的科技荣获国家高新技术企业认证，6月，时的科技原型机亮相，备受业内关注。8月，时的科技E20 eVTOL框架机完成了从系统联调到试验试飞的所有科目。10月，时的科技完成航前试验，获取特许飞行证，并成功完成首轮飞行试验。2023年10月26日，位于闵行莘庄工业区的企业上海时的科技有限公司发布重磅消息，其自主研发的中国首个倾旋旋翼电动飞机E20 eVTOL成功进行首轮飞行测试，这意味着E20 eVTOL的设计、研发、制造、飞行的全面贯通。

倾转旋翼机构型融合了直升机和固定翼飞机特点：可垂直起降、悬停、前后侧飞，也能进行高速、远航程飞行。其设计包括可倾转的旋翼螺旋桨。旋翼在垂直状态时，这一构型表现为双旋翼直升机，水平时表现为固定翼飞机。倾转旋翼机的飞行速度远高于直升机，填补了直升机、固定翼飞机二者之间速度包线的空白。

倾转旋翼机是一种将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器，有人形象地称其为空中“混血儿”，倾转旋翼机既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行能力。倾转旋翼机是一种性能独特的旋翼飞行器。它在类似固定翼飞机机翼的两翼尖处，各装了一套可在水平位置与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件，当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列式直升机飞行状态，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞。

倾转旋翼机拥有速度快、大航程、装得多和技术门槛高等特点，美军的V-22携带两个大油箱转场航程可接近4000公里，完全可以从关岛直飞上海，运载能力强，150米高度悬停时噪声可控制在80分贝左右，其最大时速可达到每小时650公里，平飞状态时机翼可产生升力，油耗率相对较低。倾转旋翼机的研制技术难度大，弹性机翼和两个巨大的旋翼之间有着复杂的气动和惯性耦合，体积和质量较大的倾转短舱放置在机翼远端，可导致机翼出现弯曲变形，耦合变形明显。目前较为成熟的V-22倾转旋翼机更是贝尔直升机公司等经过半个多世纪的技术积累结果，在研发过程中七架原型机摔了一半，总投资在500亿美元以上。

在军事领域中，固定翼飞机巡航速度快，却需要较长的机场跑道。若机场跑道遭敌人破坏，性能再优异的固定翼飞机也无法显现其优越性。在这种情况下，倾转旋翼机应运而生。倾转旋翼机具有诸多优点，其技术特性十分全面，能同时适应海陆空三军不同的作战需求。而且倾转旋翼机生存力强，速度与航程远优于常规构型直升机，油耗是同吨位直升机的50%，噪声水平远低于同吨位直升机，综合运输效率远高于共轴刚性旋翼高速直升机和常规构型直升机，特别适合执行兵员/装备突击运输、战斗搜索和救援、特种作战、后勤支援、医疗后撤等方面的任务。倾转旋翼机兼具直升机和普通飞机的优点，飞行包线很宽，有很大的发展潜力。倾转旋翼机是海军两栖作战之利器，也是近海快速投送的理想工具，同时还能成为舰载运输反潜搜救的重要组成部分。此外，倾转旋翼机还可以对关键航道进行护航，对海盗等武装分子进行快速打击; 也可执行武装侦察任务，携带侦察设备在中低威胁区域对水面舰艇等进行监视，在海上维权、海上反恐等方面发挥独特的作用，军事领域需求极大。

民用倾转旋翼机是一型中型多用途民用高速旋翼机，具有任务执行效率高、任务覆盖范围广、任务适应性强的优势。可广泛用于通用航空领域，执行人员运输、医疗救护、搜索救援、海上石油服务、公务飞行等任务。2022年7月，中国航发动研所、南方公司与航天科技彩虹公司签订发动机采购合同，AES100发动机将为“彩虹”大型倾转无人机提供动力。此次配装的“彩虹”无人机是国内首款倾转旋翼机，融合直升机和固定翼飞机技术，在直升机模式中垂直起降，在固定翼飞机模式中快速巡航。

AW-609是波音和贝尔公司经过25年努力、推向全球市场的V-22民用版本。部分美国议员相信，倾转旋翼技术可能会引领民航业的下一次转型。在1996年的609项目发布会上，贝尔公司董事长韦伯·乔伊纳将其描绘为“与最早的载人飞行器一样具有革命性价值”的重大突破。但是，这一项目出现长时间的拖延。目前具体负责该项目的是莱昂纳多公司，这是一家庞大的航空航天和国防公司，2018年销售额达140亿美元。该公司已经在费城工厂开始组装首批两架批量生产版本。莱昂纳多公司将其交付给客户的时间，取决于何时获得美国联邦航空局的安全认证，该公司此前表示预计将在2019年底获得认证，但随后这一进程出现了长时间的延误。目前，AW609的销售前景并不明朗。在过去的十年初期，该公司多次表示获得了70个订单，但目前只确认了唯一一个客户的两架飞机订单。该客户是伊拉集团（Era Group），这是一家位于休斯顿地区的医疗急救和海上石油平台直升机运营商，他们订购了一架九座客运AW-609、一架医疗运输改进型AW609。

AW-609民用倾转旋翼机

V-280倾转旋翼机

2023年4月，在经过试飞竞争演示之后，美国政府、美国陆军选择了贝尔公司的V-280“勇士”倾转旋翼机作为下一代陆军中型运输部队直升机。贝尔公司这一类似V-22的设计，在演示过程中击败了竞争对手洛克希德·马丁公司及其子公司西科斯基的复合推进高速直升机方案。美国陆军V-280项目的价值可能高达800亿美元，最终计划取代现有的2300架UH-60“黑鹰”直升机。第一架V-280的交付时间定于2030年。V-22的旋翼、变速器与发动机安排在一个整体的短舱内，倾转时这些部分必须一道移动。与V-22相比，V-280将其发动机舱移动到旋翼/传动系统的外侧，而旋翼角度调整则由旋翼/传动系统的伺服驱动系统负责，这使得发动机等部分在旋翼倾转时无需移动，节省了重量，简化了设计，也使得主翼的高度不再需要迁就发动机舱和地面保持安全距离的需求。

在2005年，美国陆军授予贝尔直升机、波音团队一份价值345万美元的18个月合同，实施“联合重型起重”项目。该项目旨在进行对四旋翼倾转旋翼飞机的概念设计和分析。这一四旋翼倾旋翼机是V-22的改进版本。它可能作为战术或战略货运平台，用于执行C-130J和C-17运输机无法完成的任务。它有两个机翼，每个机翼上都安装有两副发动机和螺旋桨。它比V-22更大，可以容纳90多名乘客。该机被称为“四轴倾转旋翼机”（QTR），大小与C-130运输机相当。贝尔公司为了降低建造QTR全尺寸验证机的风险，与美国政府签订了三份合同，战政府提供了赞助，并分担了悬停模型和风洞模型测试的成本。这一飞机将能够以垂直方式运送20吨有效载荷。这一飞机未能进入下一步的研究阶段。

四旋翼倾转旋翼机风洞模型

除美国外，加拿大、以色列、韩国、意大利等国家均已有倾转旋翼机实现了军事应用或商业化发展，包含有人和无人多种构型。随着技术的成熟，其安全性的优势也逐渐彰显。美国海军陆战队45万小时的飞行数据表明，其事故率仅为常规直升机的一半。通过科研探索，实现原理样机的飞行，对具有直升机工业基础的国家和地区，难度也不大。但倾转旋翼机技术发展至今，其意义已远非一种型号，而演变为一种与直升机并列或替代的机种平台。在此基础上，为了进一步拓展倾转旋翼机适用范围和提升其发展潜力，应当把倾转旋翼机作为下一代直升机发展方向之一进行大力推进。需要在与倾转旋翼构型相匹配的机体结构、动力系统、传动系统、旋翼系统、飞控系统、航电系统、传感器、武器系统等诸方面开展针对性的研究，并逐步实现跨代技术的工程实用化。此外，应结合目前人工智能等新兴技术的发展，针对性地在智能多旋翼倾转构型、变转速变直径技术、涵道倾转自主控制、油电混合及特殊动力等方面进行突破，以研发出飞行效率更高的倾转旋翼机。

现阶段除美国外，加拿大、以色列、韩国、意大利等国家均已有倾转旋翼机实现了军事应用或商业化发展，包含有人和无人多种构型。随着技术的成熟，其安全性的也得到了提升。倾转旋翼机虽然存在着技术复杂度大，精密制造要求严，单机成本高，执行高速突击任务时着弹面广等局限性。但是，倾转旋翼机融合了直升机与固定翼飞机的优点，是一种军民两用的高技术产品，在未来高技术战争和国民经济建设中必将发挥巨大和广泛的作用。