傾轉旋翼機是固定翼飛機和直升機結合的飛機,與傳統直升機的結構相比,傾轉旋翼機則是采取了以傾轉式漿盤的橫列式雙旋翼的結構。
傾轉旋翼機構型融合了直升機和固定翼飛機特點:可垂直起降、懸停、前后側飛,也能進行高速、遠航程飛行。其設計包括可傾轉的旋翼螺旋槳。1930到1940年代,傾轉旋翼機的構想開始逐步顯示出顯著的實用價值。20世紀50年代開始,傾轉旋翼機一直處于探索和試驗階段。這是因為這一構型的飛行器技術難度大、研制周期長、研究成本高、以及飛行事故后果嚴重等挑戰。在20世紀60~80年代,美蘇爭霸進入了白熱化,美國選擇了能夠實現飛行速度上有更大突破的“傾轉旋翼”橫列雙旋翼的結構設計,作為新的作戰直升機的技術路線。1972年,美國航空航天局和陸軍開展了全新的XV-15傾轉旋翼機計劃,2015年國際直升機博覽會展會開幕當天,意大利阿古斯塔·韋斯特蘭公司展出了最新研制的AW609傾轉旋翼機。2021年5月,聚焦于傾轉旋翼eVTOL研發的時的科技成立。2024年3月1日國產傾轉旋翼飛機枝術驗證機完成傾轉過渡全模態試飛。2025年12月28日,由聯合飛機集團自主研制的全球首款6噸級傾轉旋翼飛行器鑭影R6000在四川圓滿完成了首次飛行,標志著中國在傾轉旋翼這一關鍵技術實現了重大突破,為全球傾轉旋翼技術產業化落地提供了首個大規模應用級解決方案。
傾轉旋翼機是海軍兩棲作戰之利器,也是近海快速投送的理想工具,同時還能成為艦載運輸反潛搜救的重要組成部分,在海上維權、海上反恐等方面發揮獨特的作用,軍事領域需求極大。民用傾轉旋翼機是一型中型多用途民用高速旋翼機,具有任務執行效率高、任務覆蓋范圍廣、任務適應性強的優勢。可廣泛用于通用航空領域,執行人員運輸、醫療救護、搜索救援、海上石油服務、公務飛行等任務。
發展沿革
發展背景
第二次世界大戰期間出現的軍用直升機,在二戰結束后迅速走向成熟,成為與固定翼飛機一道提供多樣化飛行服務的軍用飛行器。兩者各自具有獨特的優勢,但也各有顯著的缺點。直升機具備垂直起降的能力,不需要復雜的跑道,但直升機的飛行速度較低,航程較短。與之相比,固定翼飛機巡航速度較高,航程遠,但在起降時需依賴專門的跑道等設施,而且無法通過懸停實現人員進出或貨物裝卸。
出于揚長避短的目的,人們嘗試了多種全新的垂直短距起降飛機構型,如復合式直升機、前進槳葉概念、X翼方案、旋翼折疊方案和傾轉旋翼機。1930到1940年代,傾轉旋翼機的構想開始逐步顯示出顯著的實用價值。在民用運輸方面,傾轉旋翼機的飛行速度和運力可以接近支線客機,可以在沒有機場的地區執行運輸任務,特別適用于經濟不發達地區。傾轉旋翼機的運輸成本低于傳統直升機和固定翼飛機。然而,在20世紀50年代開始,傾轉旋翼機一直處于探索和試驗階段。這是因為這一構型的飛行器技術難度大、研制周期長、研究成本高、以及飛行事故后果嚴重等挑戰。
發展經歷
在20世紀60~80年代,美蘇爭霸進入了白熱化,雙方都在拼命發展新型武器裝備。在蘇聯占領阿富汗的10年戰爭中,蘇軍米-24等現代戰斗直升機在戰場上表現出來的作戰能力,給美國帶來了震撼,美國提出要研制和裝備更高速度和飛行能力的直升機,對抗蘇聯戰斗直升機已占有的優勢,他們選擇了能夠實現飛行速度上有更大突破的“傾轉旋翼”橫列雙旋翼的結構設計,作為新的作戰直升機的技術路線。
與傳統直升機的結構相比,“傾轉旋翼”采取了以傾轉式槳盤的橫列式雙旋翼的結構,使得直升機的旋翼系統可以轉90°。既能夠讓傾轉旋翼機垂直起降,又有使它具有類似飛機螺旋槳的前飛能力。當這種試驗機試飛成功時,立刻成為了全世界的焦點。而蘇聯卻不以為然,認為這種傾轉雙旋翼系統結構布局的直升機,沒有新的技術優勢,而且會有很大的飛行風險。所以,在蘇聯時期及后來的俄羅斯直升機界,很長時間對傾轉式橫列雙旋翼直升機結構。
1972年,美國航空航天局和陸軍開展了全新的XV-15傾轉旋翼機計劃,該計劃使用渦輪軸發動機驅動,解決了XV-3動力不足的問題。1977年5月3日,貝爾飛機公司生產的第一架原型機完成了首次懸停試驗。第二架原型機于1979年4月23日進行了首次懸停試驗,并在同年7月24日完成了直升機模式和飛機模式的相互轉換。1981年7月4日至14日,第一架XV-15原型機代表貝爾直升機公司和美國陸軍在巴黎航展上展出,并連續11天進行了飛行表演。XV-15飛機在該航展上的卓越和具有創造性的表演促使了后來V-22魚鷹式傾轉旋翼機計劃的誕生。
1982年夏季,一架XV-15進行了易損性評估和海上艦載試驗。1983年上半年,另一架XV-15進行了搜索、救援和吊掛貨物的評估,同年9月完成了空中模擬加油、武器發射、地形跟蹤和其他機動飛行試驗。1983年9月至1984年10月進行了貼地飛行評估。經過一系列飛行測試后,兩架原型機分別被用于進一步研究和改進。
1983年4月26日,貝爾和波音公司與美國海軍航空系統司令部簽署了一份為期24個月的初步設計合同,開始對V-22進行初步設計,并于1984年7月提交了全尺寸發展提案。為了減小項目全尺寸原型階段研發的風險,這一為期24個月的合同進行了任務分工,貝爾直升機公司負責機翼、發動機短艙、螺槳-旋翼裝置、傳動系統以及發動機一體化設計,而波音公司負責機身、尾部裝置、起落架裝置、整流罩以及綜合航空電子設備的初步設計階段。在初步設計階段,共完成了超過8600小時的風洞模型吹風試驗。在1984年1月,貝爾直升機公司開始進行基于風洞試驗和分析數據的模擬飛行試驗。同年3月,軍方飛行員使用NASA艾姆斯試驗中心的模擬器進行了正式的鑒定。此外,還制造了一個1:1比例的機身復合結構段和機翼模型用于靜力試驗,以及一個2:3比例的旋翼/機翼模型,用于驗證預計的懸停性能。1985年1月,這種旋翼機正式被命名為V-22"魚鷹"。
針對美國V-22直升機日益凸顯的優勢,俄羅斯已經在重新研究傾轉式橫列雙旋翼直升機,很快就會有更新的同類直升機問世。中國也針對世界未來直升機新技術的變化,設立傾轉式橫列雙旋翼直升機的裝備序列。中國的設計不局限于V-22直升機現在的結構布局,還利用蘇聯時期已經有很多的復合式直升機科研實物。
2015年國際直升機博覽會(Heli-Expo2015)于3月2日至5日在美國的加利福尼亞州西南部城市安納海姆舉行。展會開幕當天,意大利阿古斯塔·韋斯特蘭公司展出了最新研制的AW609傾轉旋翼機。AW609目前已獲得約60架訂單,2003年首飛,預計于2016年獲得機型認證。該機型的最大起飛全重可達到16800磅甚至18000磅。所有九個乘客座位滿座的情況下,旋翼機仍能以足夠的燃油飛行350海里。為使飛機可以在海上石油鉆井平臺上垂直起飛和著陸,可能要減少一定的重量。
2021年5月,聚焦于傾轉旋翼eVTOL研發的時的科技成立。eVTOL(electric Vertical Take-off and Landing,即電動垂直起降飛行器),比較通俗的理解就是電動化且不需要跑道就可垂直起降的飛機。2023年8月,時的科技E20 eVTOL框架機完成了從系統聯調到試驗試飛的所有科目。這也意味著時的科技E20 eVTOL跨入了整機測試及驗證階段。10月,時的科技完成航前試驗,獲取特許飛行證,并成功完成首輪飛行試驗。
2021年成立至今,短短2年,時的科技已經先后完成了從分析論證到產品設計,從功能開發到系統集成,從零件生產到整機裝配,從系統聯調到試驗試飛。2023年10月26日,位于閔行莘莊工業區的企業上海時的科技有限公司發布重磅消息,其自主研發的中國首個傾旋旋翼電動飛機E20 eVTOL成功進行首輪飛行測試,這意味著E20 eVTOL的設計、研發、制造、飛行的全面貫通。
2022年7月1日,中國航發動研所、南方公司與航天科技彩虹公司在京舉行了AES100民用渦軸發動機首家用戶簽約儀式。AES100渦軸發動機將作為彩虹公司最新研制的大型傾轉旋翼空中機器人的動力裝置,而大型傾轉旋翼無人機的研制表明國內在該技術領域已經進入新的發展階段。在2018年的珠海航展期間,國內著名無人機研發單位航天科技彩虹公司公開展示了該單位設計的“彩虹”-10小型傾轉旋翼無人機。
2024年3月1日國產傾轉旋翼飛機枝術驗證機完成傾轉過渡全模態試飛。2025年12月28日,由聯合飛機集團自主研制的全球首款6噸級傾轉旋翼飛行器鑭影R6000在四川圓滿完成了首次飛行。這標志著中國在傾轉旋翼這一關鍵技術實現了重大突破,為全球傾轉旋翼技術產業化落地提供了首個大規模應用級解決方案。
性能特點
傾轉旋翼機構型融合了直升機和固定翼飛機特點:可垂直起降、懸停、前后側飛,也能進行高速、遠航程飛行。其設計包括可傾轉的旋翼螺旋槳。旋翼在垂直狀態時,這一構型表現為雙旋翼直升機,水平時表現為固定翼飛機。傾轉旋翼機的飛行速度遠高于直升機,填補了直升機、固定翼飛機二者之間速度包線的空白。在滿載、垂直起降的情況下,航程超過2200公里,在滿載、短距起降條件下,甚至能達到約3000公里的航程。
工作原理
傾轉旋翼機是一種將固定翼飛機和直升機融為一體的新型飛行器,有人形象地稱其為空中“混血兒”,傾轉旋翼機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能力。傾轉旋翼機是一種性能獨特的旋翼機。它在類似固定翼飛機機翼的兩翼尖處,各裝了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,當飛機垂直起飛和著陸時,旋翼軸垂直于地面,呈橫列式直升機飛行狀態,并可在空中懸停、前后飛行和側飛。
研發難點
傾轉旋翼機擁有速度快、大航程、裝得多和技術門檻高等特點,美國軍隊的V-22魚鷹式傾轉旋翼機攜帶兩個大油箱轉場航程可接近4000公里,完全可以從關島直飛上海,運載能力強,150米高度懸停時噪聲可控制在80分貝左右,其最大時速可達到每小時650公里,平飛狀態時機翼可產生升力,油耗率相對較低。傾轉旋翼機的研制技術難度大,彈性機翼和兩個巨大的旋翼之間有著復雜的氣動和慣性耦合,體積和質量較大的傾轉短艙放置在機翼遠端,可導致機翼出現彎曲變形,耦合變形明顯。目前較為成熟的V-22傾轉旋翼機作為首個列入軍用航空產品發展計劃的型號,更是貝爾直升機公司等經過半個多世紀的技術積累結果,在研發過程中七架原型機摔了一半,總投資在500億美元以上。
應用領域
軍用
在軍事領域中,固定翼飛機巡航速度快,卻需要較長的機場跑道。若機場跑道遭敵人破壞,性能再優異的固定翼飛機也無法顯現其優越性。在這種情況下,傾轉旋翼機應運而生。傾轉旋翼機具有諸多優點,其技術特性十分全面,能同時適應海陸空三軍不同的作戰需求。而且傾轉旋翼機生存力強,速度與航程遠優于常規構型直升機,油耗是同噸位直升機的50%,噪聲水平遠低于同噸位直升機,且降落和起飛更迅速。綜合運輸效率遠高于共軸剛性旋翼高速直升機和常規構型直升機,特別適合執行兵員/裝備突擊運輸、戰斗搜索和救援、特種作戰、后勤支援、醫療后撤等方面的任務。傾轉旋翼機兼具直升機和普通飛機的優點,飛行包線很寬,有很大的發展潛力。
傾轉旋翼機是海軍兩棲作戰之利器,也是近海快速投送的理想工具,同時還能成為艦載運輸反潛搜救的重要組成部分。在軍事行動中,傾轉旋翼機憑借其高速性,能使行動部隊以較快速度通過危險地區,并在一個夜間將作戰人員輸送到數百公里以外的行動地點,完成任務后迅速返航。此外,傾轉旋翼機還可以對關鍵航道進行護航,對海盜等武裝分子進行快速打擊; 也可執行武裝偵察任務,攜帶偵察設備在中低威脅區域對水面艦艇等進行監視,在海上維權、海上反恐等方面發揮獨特的作用,軍事領域需求極大。
民用
民用傾轉旋翼機是一型中型多用途民用高速旋翼機,具有任務執行效率高、任務覆蓋范圍廣、任務適應性強的優勢。可廣泛用于通用航空領域,執行人員運輸、醫療救護、搜索救援、海上石油服務、公務飛行等任務。但在復雜地形環境區域從事吊運、架線等飛行作業時,由于傳統直升機具有更優的空中懸停性能,傾轉旋翼機的效用仍存在一定局限性。
2022年7月,中國航發動研所、南方公司與航天科技彩虹公司簽訂發動機采購合同,AES100發動機將為“彩虹”大型傾轉空中機器人提供動力。此次配裝的彩虹無人機是國內首款傾轉旋翼機,融合直升機和固定翼飛機技術,在直升機模式中垂直起降,在固定翼飛機模式中快速巡航。
代表型號
AW-609
AW-609是波音公司和貝爾飛機公司經過25年努力、推向全球市場的V-22魚鷹式傾轉旋翼機民用版本。部分美國議員相信,傾轉旋翼技術可能會引領民航業的下一次轉型。在1996年的609項目發布會上,貝爾公司董事長韋伯·喬伊納將其描繪為“與最早的載人飛行器一樣具有革命性價值”的重大突破。但是,這一項目出現長時間的拖延。目前具體負責該項目的是萊昂納多公司,這是一家龐大的航空航天和國防公司,2018年銷售額達140億美元。該公司已經在費城工廠開始組裝首批兩架批量生產版本。萊昂納多公司將其交付給客戶的時間,取決于何時獲得美國聯邦航空局的安全認證,該公司此前表示預計將在2019年底獲得認證,但隨后這一進程出現了長時間的延誤。目前,AW609的銷售前景并不明朗。在過去的十年初期,該公司多次表示獲得了70個訂單,但目前只確認了唯一一個客戶的兩架飛機訂單。該客戶是伊拉集團(Era Group),這是一家位于休斯敦地區的醫療急救和海上石油平臺直升機運營商,他們訂購了一架九座客運AW-609、一架醫療運輸改進型AW609。
V-280
2023年4月,在經過試飛競爭演示之后,美國聯邦政府、美國陸軍選擇了貝爾飛機公司的V-280“勇士”傾轉旋翼機作為下一代陸軍中型運輸部隊直升機。貝爾公司這一類似V-22的設計,在演示過程中擊敗了競爭對手洛克希德·馬丁公司及其子公司西科斯基飛機公司的復合推進高速直升機方案。美國陸軍V-280項目的價值可能高達800億美元,最終計劃取代現有的2300架UH-60UH-60通用直升機。第一架V-280的交付時間定于2030年。
V-22魚鷹式傾轉旋翼機的旋翼、變速器與發動機安排在一個整體的短艙內,傾轉時這些部分必須一道移動。與V-22相比,V-280將其發動機艙移動到旋翼/傳動系統的外側,而旋翼角度調整則由旋翼/傳動系統的伺服驅動系統負責,這使得發動機等部分在旋翼傾轉時無需移動,節省了重量,簡化了設計,也使得主翼的高度不再需要遷就發動機艙和地面保持安全距離的需求。
四旋翼傾轉旋翼機
在2005年,美國陸軍授予貝爾直升機公司、波音公司團隊一份價值345萬美元的18個月合同,實施“聯合重型起重”項目。該項目旨在進行對四旋翼傾轉旋翼飛機的概念設計和分析。這一四旋翼傾旋翼機是V-22的改進版本。它可能作為戰術或戰略貨運平臺,用于執行C-130J和C-17運輸機無法完成的任務。它有兩個機翼,每個機翼上都安裝有兩副發動機和螺旋槳。它比V-22更大,可以容納90多名乘客。該機被稱為“四軸傾轉旋翼機”(QTR),大小與C-130運輸機相當。貝爾公司為了降低建造QTR全尺寸驗證機的風險,與美國政府簽訂了三份合同,戰政府提供了贊助,并分擔了懸停模型和風洞模型測試的成本。這一飛機將能夠以垂直方式運送20噸有效載荷。這一飛機未能進入下一步的研究階段。
鑭影R6000
鑭影R6000傾轉旋翼飛行器在直升機模式下長約11.832m,高約5.326m,寬約17.5m,槳葉直徑7.5m,其巡航速度達到550km/h,是傳統直升機的2倍。最大商載2000 kg,遠超同噸位直升機。最大航程長達4000km,是傳統直升機的4倍。實用升限7620m,是傳統直升機的2倍。鑭影R6000采用的是中國航發自主研制的AES100發動機。其通過高集成度的機電作動系統與先進飛控系統協同,實現旋翼姿態在垂直起降與高速平飛模態之間的無縫、安全平穩切換,融合傳統直升機的垂直起降與精準懸停能力,以及固定翼飛機的長航程、大載重、高速巡航優勢。形成“雙模態飛行”的獨特性能飛行平臺。
截至2025年12月,鑭影R6000是中國成功首飛的最大傾轉旋翼機,采用先進的傾轉旋翼軸,非完全旋轉整個發動機短艙的構型,在飛控和動力系統設計方面實現了跨越。該構型設計可以避免發動機尾噴產生的高溫氣流,在起降階段對飛機機身側面的上下機活動人員造成傷害,同時不會對不具備防燒蝕層的海上動平臺表面產生高溫燒蝕,這將有利于該款飛機未來在普通海上動平臺起降。而機載智能感知測量與飛機健康管理系統可實現對機載系統全方位的實時狀態監控,以及采用光傳飛行控制系統,從而提高飛機可靠性與安全性。此外,該款飛機還采用了機翼縱列式折疊與槳葉收折技術,可大幅縮減停放占用面積,有效解決了傳統固定翼飛機在狹小空間的部署停放瓶頸,顯著提升了空間適應性和部署靈活性。
發展趨勢
除美國外,加拿大、以色列、韓國、意大利等國家均已有傾轉旋翼機實現了軍事應用或商業化發展,包含有人和無人多種構型。隨著技術的成熟,其安全性的優勢也逐漸彰顯。美國海軍陸戰隊45萬小時的飛行數據表明,其事故率僅為常規直升機的一半。通過科研探索,實現原理樣機的飛行,對具有直升機工業基礎的國家和地區,難度也不大。但傾轉旋翼機技術發展至今,其意義已遠非一種型號,而演變為一種與直升機并列或替代的機種平臺。在此基礎上,為了進一步拓展傾轉旋翼機適用范圍和提升其發展潛力,應當把傾轉旋翼機作為下一代直升機發展方向之一進行大力推進。需要在與傾轉旋翼構型相匹配的機體結構、動力系統、傳動系統、旋翼系統、飛控系統、航電系統、傳感器、航空武器系統等諸方面開展針對性的研究,并逐步實現跨代技術的工程實用化。此外,應結合目前人工智能等新興技術的發展,針對性地在智能多旋翼傾轉構型、變轉速變直徑技術、涵道傾轉自主控制、油電混合及特殊動力等方面進行突破,以研發出飛行效率更高的傾轉旋翼機。
意義與價值
現階段除美國外,加拿大、以色列、韓國、意大利等國家均已有傾轉旋翼機實現了軍事應用或商業化發展,包含有人和無人多種構型。隨著技術的成熟,其安全性的也得到了提升。傾轉旋翼機雖然存在著技術復雜度大,精密制造要求嚴,單機成本高,執行高速突擊任務時著彈面廣等局限性。但是,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,在未來高技術戰爭和國民經濟建設中必將發揮巨大和廣泛的作用。
相關事件
2023年11月29日,日本海上保安廳稱,美國軍隊一架“魚鷹”運輸機在鹿兒島縣屋久島近海墜落。事故發生時,機上有8名機組人員。11月30日,日本防衛大臣木原稔要求美軍在日本停飛“魚鷹”運輸機。12月5日,美國總統約瑟夫·拜登發表聲明稱,機上的8人已全部死亡。次日,美國軍方宣布停飛所有“V-22魚鷹”運輸機。
參考資料 >
傾轉旋翼機能否改變未來?.中國軍網.2024-03-02
NASA LARGE CIVIL TILTROTOR CONCEPT .NASA.2023-07-05
“傾轉旋翼”:美蘇爭霸的產物.中國軍網.2024-03-02
The History of the XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft.NASA.2023-06-29
美直升機博覽會傾轉旋翼機引領潮流.中國軍網.2024-03-02
未來產業 贏領明天丨傾轉旋翼電動飛機E20 eVTOL首飛,時的科技搶占未來空間賽道.今日頭條.2024-03-02
國產傾轉旋翼飛機完成試飛.央視網.2024-03-03
全球首款6噸級傾轉旋翼飛行器成功首飛.百家號.2025-12-29
多型直升機精彩亮相第十四屆珠海航展.微信公眾平臺.2024-03-03
The Advantages of ‘Tilting’ .U.S. Naval Institute.2023-07-15
我們應如何學習?.中國軍網.2024-03-02
我們應如何學習?.中國軍網.2024-03-02
傾轉旋翼機能否改變未來?.中國軍網.2024-03-02
閔行制造!中國首個傾旋旋翼電動飛機實現首飛.今日頭條.2024-03-01
閔行制造!中國首個傾旋旋翼電動飛機實現首飛.今日頭條.2024-03-02
新“心臟”來了,國產傾轉旋翼機發展步入快車道.今日頭條.2024-03-02
傾轉旋翼機是直升機和固定翼飛機的“混血兒”嗎?.搜狐網.2024-03-02
美國XV-3是傾轉旋翼機真正意義的技術原型.網易新聞.2024-03-03
國產民用渦軸發動機AES100將裝配“彩虹”無人機 .百家號.2024-03-03
After 24 Years, The Civilian Version Of The Marines’ V-22 Osprey Tiltrotor Is Finally Nearing Takeoff .Forbes.2023-06-29
美陸軍選定貝爾V-280作為其下一代攻擊直升機 .中國航空新聞網.2023-07-03
Bell-Boeing Quad Tiltrotor in the Field .波音公司.2023-07-05
Quad Tiltrotor QTR .Global Security.2023-07-04
駐日美軍墜機事故致8死 美軍宣布停飛“魚鷹”飛機.光明網-今日頭條.2023-12-07
快訊!外媒:美空軍宣布停飛“魚鷹”運輸機.環球網-今日頭條.2023-12-07