XV-3垂直起降飛機

XV-3是貝爾直升機公司為美國陸軍研製的垂直起降試驗機，該機採用普·惠公司450軸馬力的R985-AN-1渦軸發動機，1995年8月首飛，第二架XV-3於1958年12月首飛，隨後完成了狀態轉換試驗。XV-3可以在10秒內完成90°飛行狀態轉換。XV-3共進行了110次狀態轉換飛行，超過250架次飛行試驗。

基本介紹

• 中文名稱：XV-3垂直起降飛機
• 國家：美國
• 研製單位：貝爾直升機公司
• 首飛時間：1955年8月

發展沿革

XV-3是貝爾直升機公司的傾轉旋翼機原理驗證機，如圖2所示，其主要用途是驗證傾轉旋翼機的原理，設計比較簡單，採用了當時現有的技術和部件，只生產了兩架。使用一台安裝在座艙後面的活塞式發動機作為動力，驅動裝在機翼翼尖的兩副旋翼。旋翼槳葉與直升機槳葉類似，扭轉較小，旋翼直徑相對較大，不適宜作為固定翼飛機平飛的螺旋槳。起落架為滑橇式。XV-3性能指標不高，最大速度與直升機接近，為291km/h。

從1955年8月第1架XV-3首飛到1966年5月第2架XV-3墜毀的11年裡，用XV-3進行了大量的風洞試驗、地面與飛行試驗，證實了傾轉旋翼原理能套用於垂直起落運輸機，並驗證了其技術優點，為後來的XV-15和V-22計畫提供了數據基礎。

首架XV-3

在XV-3研製期間，1951年7-11月用帶動力的動力學縮比模型在賴特機場6米風洞中進行吹風試驗，以確定XV-3在所有飛行方式中的穩定性、操縱特性和性能。在1952年-1954年製造了第1架XV-3(尾號4147)。1955年2月10日出廠後，進行了機體與操縱系統載荷驗證試驗、振動試驗和系統功能試驗。然後，XV-3安裝在系留台上，試驗了直升機方式與定翼機方式的飛行和這兩種飛行方式之間的完全轉換。

1955年8月11日，由貝爾直升機公司試飛員做了首次懸停飛行，但在以後的3年中由於在飛行中不斷出現機翼/旋翼塔柱/旋翼耦合不穩定性問題，飛行試驗只取得了有限的進展。首飛1周並只飛行了1.2小時之後，在做空中“滑行”試驗過程中出現了第1次不穩定性問題，造成飛機硬著陸，旋翼和機體受到損壞。雖然損壞不嚴重，但引起了人們對不穩定性問題的關注。後來對可能消除彈性耦合問題的幾個地方進行了修改，這些修改包括增加旋翼操縱系統剛度和給機翼加裝外支撐使機翼更剛硬，並進行了一系列飛行試驗。

第二架XV-3

第2架XV-3(尾號4148)在4147號機墜毀後進行了修改以消除不穩定性問題。原來與機身頂部表面齊平的發動機冷卻空氣進氣口被斗式進氣口代替，斗的寬度從一個機翼翼根到另一個機翼翼根。如同對4147號機進行的修改那樣，又提高了旋翼操縱裝置的剛度和用外支撐桿支持機翼底部。第2架XV-3被運到NASA艾姆斯研究中心，1957年9-10月間在12×24米的風洞中進行吹風飛行試驗。試驗進一步證實了是3片槳葉旋翼引起的嚴重顫振問題，於是貝爾直升機公司決定用2片槳葉直徑為7.3米的半剛性旋翼更換它，並採用了較短的旋翼主軸。與全鉸接式旋翼比較，半剛性旋翼本身剛度較高，這減少了氣動彈性耦合的幾率。

4148號機於1958年在貝爾直升機公司開始飛行試驗。旋翼傾轉角達到30°，空速達到205公里/時。飛行員也做了在模擬一台發動機故障條件下的自轉著陸。到5月6日，在飛行中又遇到了旋翼振動，這時旋翼傾轉角為40°。XV-3又被迫停飛了。

1958年10月，XV-3進入了NASA艾姆斯研究中心12×24米風洞試驗並進行了許多修改。操縱系統的剛度比原來提高了3倍，旋翼總距操縱機構加裝了配重，增加了槳尖後掠角。同年12月恢復飛行，XV-3旋翼傾轉角達到70°。做了幾項小的飛行操縱系統調整後再次進行飛行，最後傾轉角達到全轉換的90°。這使XV-3成為世界上第一種實現直升機與定翼機飛行方式完全轉換的傾轉旋翼機。1959年4月13日，在起落滑橇上加裝了輪式起落架，僅用2/3發動機功率在60米的跑道上進行了短距滑跑起飛。發現滑跑起飛的最佳旋翼傾轉角為向前傾轉10°。

1959年5月，美國空軍和陸軍的聯合評定小組飛行了38個起落和29.6個飛行小時。做了40次飛行方式的轉換，並在定翼機飛行方式做了20次降低旋翼轉速的減速換檔。又演示了從固定翼機飛行方式向直升機飛行方式無功率轉換，然後安全自轉著陸。飛行高度達到3660米。

為了更好地了解XV-3的不穩定性，1966年5月XV-3被運到NASA艾姆斯研究中心，第4次(也是最後一次)進入12x24米風洞進行試驗。這次，XV-3的試驗進行到該風洞的極限速度365公里l時沒有遇到一直存在的振動問題。但在5月20日，風洞以最大風速運轉，進行到計畫的最後一個數據測試點時，由於機翼翼尖勞損導致兩副旋翼鬆脫而損壞了XV-3，最終永久地結束了XV-3的試驗。

基本結構

XV-3的基本構型是金屬機身,細長的上單翼機翼安裝在中機身上,機翼後緣有副翼。兩副大直徑、類似直升機用的旋翼安裝在兩機翼的翼尖。在像直升機一樣起飛、降落和懸停時旋翼軸成垂直位置,像常規定翼機一樣前飛時旋翼軸轉到水平位置。採用一台普惠R-985-AN-1活塞式發動機,飛行時的功率為294千瓦,起飛時的功率為330千瓦,它安裝在機翼後的機身內。在機身頂部有發動機冷卻空氣進氣口。容量為380升的燃油箱位於機翼下的機身內。機身長9.25米、機翼翼展9.53米、機高4.14米。最大速度為291公里/時。

最初採用全鉸接式3槳葉旋冀,直徑7.63米,由兩速減速器驅動。為了有較高的巡航效率,減速器調到低檔,旋翼低速旋轉而發動機仍保持高轉速。旋翼傾轉由在兩機翼翼尖整流罩內的電動機控制，能在10-15秒鐘之內從垂直位置轉到水平位置。飛行員能使旋翼停在任何傾轉位里或使旋翼反向傾轉。旋翼處於任何中間傾轉位置時飛機都能保持平穩飛行。飛機尾部有常規定翼機的垂直尾翼、水平尾翼、方向舵以及升降舵。起落架為滑撬式。

雖然XV-3的目的是用作研究，以評估傾轉旋翼方案和提供設計與試驗數據，但那時的美國軍用契約規則要求它被設計成具有執行軍用任務的能力。所以，XV-3的軍用任務是觀察、偵察和醫療後送任務。機艙內可乘坐4名乘客，為了完成醫療後送任務，機艙內有兩副擔架的安裝點。駕駛艙和機艙有大面積玻璃窗，駕駛員有向下彈射的救生座椅。乘坐1名飛行員、2名乘客和帶30公斤貨物的最大航程是890公里.作戰半徑185公里/時，它能乘坐1名飛行員、3名乘客和帶100公斤貨物。

主要參數

研究目的：換向旋翼式垂直起降研究機

動力裝置：一台普拉特·惠特尼R985-AN-1渦軸發動機，功率450馬力

機翼直徑：10.08米

固定機翼翼展：9.53米

機身長度：9.25米

機身高度：4.14米

有效翼面積：11.15米²

正常起飛重量：2117公斤

最大平飛速度：約291千米/小時

座艙：四個坐席

總體評價

雖然XV-3本身沒有達到所希望的高前飛速度，但它確實證明了旋翼是能傾轉的，所以消除了旋翼在水平面內對直升機性能的固有限制。XV-3證實傾轉旋具原理用於垂直起落運輸飛機是基本可行的，並證實了其技術優點。它為後來的XV-15和V-22傾轉旋翼機計畫提供了非常寶貴的堅實的數據基礎。