| 這款 “便攜直升機” 設計大膽卻問題不少 |
| 送交者: 嵐少爺 2025年09月29日15:43:02 於 [軍事天地] 發送悄悄話 |
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9月27日,四川劍閣縣網紅“唐飛機”駕駛超輕型單人單座共軸雙槳飛機直播時,由於飛機失控不幸墜機身亡。55歲的“唐飛機”曾在節目中介紹,他所購買的飛機屬於超輕型單人單座共軸雙槳飛機,淨重僅115公斤,起飛最大高度在600米左右,最快飛行速度達每小時約100公里。這讓筆者想起了外國的另一種“便攜直升機”。 歷史背景1.早期“便攜直升機”探索第二次世界大戰結束後,眾多美國工程師開始研發所謂的“便攜直升機”(pocket helicopter)。霍勒斯・T・彭泰科斯特(HoraceT.Pentecost)是早期探索者之一,他創立了“霍皮直升機”(Hoppi-Copter)公司。1951年,他將首架原型機捐贈給美國國家航空航天博物館(現借調至皮馬航空航天博物館),這款原型機設計極具突破性:搭載一台20馬力發動機,為兩組反向旋轉的旋翼提供動力,整體固定在飛行員背部。但該設計存在致命缺陷——將飛行員的雙腿作為起落架,這種設計被普遍認為存在極大安全隱患,相關研發很快被擱置。 2.軍方需求與項目啟動數年後,同樣對“便攜直升機”興趣濃厚的美軍發布招標需求,尋求一種可摺疊的小型直升機,用於執行偵察、聯絡、架線、空投、輕型補給、通信傳遞、自救、突圍及滲透等任務。最終有30家企業提交了方案。 3.希勒XROE-1“旋翼摩托”的研發歷程1954年末,希勒直升機公司(Hiller Helicopters)啟動新型直升機研發工作。經過初步研究,公司技術團隊決定採用常規直升機設計(配備主旋翼與尾旋翼)。 儘管並非嚴格意義上“綁在背上”的旋翼裝置,但希勒公司提出的原型機設計已十分接近這一理念:飛行員坐在類似自行車座椅的位置上,發動機恰好位於其背部後方。 在為XROE-1選擇動力裝置時,重量、尺寸、功率及供貨穩定性是核心考量因素。基於這些標準,最終選定了由加利福尼亞州聖萊安德羅市巴莫蒂夫產品公司(Barmotive Products Inc.)生產的尼爾森H-59發動機(NelsonH-59)。這款排量為0.975升的二衝程發動機(後被功率更強的型號取代)在4000轉/分鐘時,最大持續功率可達29.8千瓦(40馬力)。 “可完全摺疊”是“旋翼摩托”設計的核心要求,這一特性也成為其整體設計中極具挑戰性的獨特難題,最終導致部分設計做出妥協。在最終方案中,除整個尾梁組件外,其餘所有部件均可在不拆卸的情況下摺疊;而尾梁的拆卸操作十分簡便,並未構成實際使用障礙。 未組裝的直升機可收納進一個尺寸為0.70米×4.25米×0.50米的流線型容器中。必要時,該容器可通過戰術飛機機翼下的炸彈掛架空投,且在野外無需專用工具即可完成組裝。希勒公司還專門設計了一款運輸架,可將直升機翻轉至垂直狀態以便搬運。 藉助快速釋放“插銷”,一名飛行員可根據自身操作熟練度,在約10-15分鐘內完成整機組裝。組裝完成後,尼爾森H-59發動機可通過類似割草機的拉繩啟動,隨後直升機即可準備起飛。 希勒公司共製造了一架用於試飛的原型機和一架用於結構測試的非飛行模型。1956年11月,試飛員理查德・“迪克”・L・派克(Richard“Dick”L.Peck)駕駛試飛原型機完成首飛。幾乎同一時間,國際媒體開始公開報道這款小型直升機的相關信息。數月後,美國海軍正式公布了這款單人直升機,並於1957年7月完成全部飛行測試。 初步評估後,研發團隊對直升機進行了部分改進,例如將尼爾森H-59發動機替換為功率更強的H-63型號——其功率可達32-33.5千瓦(43-45馬力)。儘管該直升機最初是為滿足美國海軍需求而研發,但仍於1958年1月24日獲得了美國民用航空局(CAA)頒發的實驗性適航證書。 事實上,希勒公司還計劃將這款常被宣傳為“空中摩托”的機型推向民用市場,用於執行空中偵察(警方、海關、林業、電力線路、輸油管道巡查)、偏遠地區郵政或醫療運輸等任務。為此,1958年,其中一架“旋翼摩托”被送往歐洲作為演示機,以拓展海外市場。試飛員迪克・派克在意大利、瑞士、法國、德國、英國及荷蘭等地完成了飛行演示。 4.特許生產與項目終止由於希勒公司的生產能力需優先保障其他機型的研發與生產,無法兼顧這款單人直升機的量產。因此,英國伊斯特利特的桑德斯-羅有限公司(Saunders-RoeLtd)獲得特許生產權,為美國海軍陸戰隊製造了5架“旋翼摩托”,並額外生產了5架用於歐洲市場。 1960年春季,首批5架被命名為YROE-1的機型完成生產,並送往美國接受評估;1961年12月,另外5架被命名為1033型的機型製造完成,交由希勒公司駐巴黎的歐洲經銷商“直升機航空”(Helicop-Air),用於向歐洲軍方機構進行演示與評估。 然而,這款“便攜直升機”並未如預期般進入軍方服役。當時,美國海軍有個設想是將其用於被擊落的飛行員自救,該機可以投放給敵後飛行員。主要原因包括:操控靈敏度過高、性能與有效載荷有限,以及生存能力較弱。即便不存在這些問題,20世紀50年代末渦輪動力直升機的出現與搜救技術的進步,也使得“旋翼摩托”的功能逐漸過時,最終導致項目終止。 但從技術角度而言,“旋翼摩托”無疑是成功的。與同期的XRON-1“旋翼摩托”、旋翼飛行器RH-1“風車”(Rotor-CraftRH-1Pinwheel)、固特異GA-400R“小玩意兒”(GoodyearGA-400RGizmo)、本森B-9“小拉鏈”(BensenB-9LittleZipster)等機型一樣,它持續為後續機型提供設計靈感,尤其在自製航空器領域影響深遠。 多年來,眾多發明者嘗試模仿“旋翼摩托”研發運動型航空器,但在XROE-1研發階段遇到的問題依然存在,導致這一設計理念始終未能普及。如今,已生產的少量“旋翼摩托”幾乎全部被博物館收藏,僅有1架已知由私人持有,且據報道仍可飛行(但已更換發動機)。 技術說明1.整體設計與組裝特性希勒XROE-1“旋翼摩托”是一款採用標準布局的單人直升機,其核心設計特點是可摺疊收納至容器中,便於運輸、空投及快速組裝。整機通過13個快速釋放“插銷”固定,一名人員可在約10-15分鐘內完成組裝,但需嚴格遵循操作流程。 希勒公司製造的首架原型機與後續機型存在細微差異:例如最初的圓柱形油箱被重新布置並改造;直升機最初配備水平安定面,後被拆除。 機身基本結構包括:半硬殼式pylone(發動機艙)(內置發動機、油箱)、錐形三腳架式起落架,以及簡易管狀尾梁。飛行員通過肩帶固定在完全開放式的玻璃纖維鞍形座椅上(座椅可根據背包調整)。若飛行員體重低於81.5千克,需在前方滑撬上添加配重,以確保重心在安全範圍內。 2.操控系統XROE-1配備了經典的希勒“旋翼自動控制系統”,該系統由位於主旋翼上方的兩個小型翼型部件組成,作為氣動伺服旋翼控制主旋翼槳葉的周期變距。這一系統的優勢在於,周期變距操縱杆的反饋載荷極低;同時,採用該設計可避免採用地板式操縱杆所需的複雜連杆結構——這對於需摺疊的“旋翼摩托”而言至關重要。 周期變距控制系統中的反向連杆使直升機保持常規操控邏輯:操縱杆向前推,直升機向前飛行;其他操控方式則與常規直升機一致。 3.傳動系統傳動系統由希勒公司自主設計,通過離心式離合器驅動,在發動機轉速達到約1800轉/分鐘時可自動平穩接合。該系統能將發動機轉速(4000轉/分鐘)降至旋翼轉速(540轉/分鐘)。 尾旋翼、機油泵及轉速表傳動裝置由第一級齒輪驅動,該齒輪可將轉速從4000轉/分鐘降至1625轉/分鐘。尾旋翼轉速為3250轉/分鐘,由尾旋翼減速器通過2:1的增速比驅動。主傳動系統與尾旋翼傳動軸通過花鍵接頭連接,便於尾梁組件拆卸;傳動軸完全包裹在尾梁內部,以防搬運時受損。傳動系統從動端的盤式制動器可快速制動主旋翼與尾旋翼(均採用常規全金屬設計)。 4.燃油與儀表 燃油箱容量為9.5升,採用油汽混合燃料(機油與汽油比例為1:8),安裝在發動機上方及後方,通過重力供油。小型儀錶盤安裝在起落架前腿上,XROE-1原型機的儀錶盤包含以下儀表:旋翼/發動機轉速表、空速表、氣缸頭溫度表及電壓表。 5.發動機(尼爾森H-63B)如前所述,希勒XROE-1最初搭載的是常用於動力滑翔機的尼爾森H-59發動機。這是一款水平對置四缸二衝程單點火風冷發動機,在4000轉/分鐘時額定功率為29.8千瓦(40馬力)。後續該發動機被性能更強的H-63B型號取代——H-63B排量為1.030升,在4000轉/分鐘時額定功率可達32-33.5千瓦(43-45馬力)。換裝新發動機後,直升機的飛行性能略有提升,且配備了輕便的電池啟動裝置。 全套尼爾森H-63B發動機(含排氣管、化油器、啟動器及12伏電池)僅重26千克。全功率運行時,燃油消耗量約為17-18升/小時,續航時間約45分鐘,對應航程約60公里。 6.性能參數(國際標準大氣條件下,搭載尼爾森H-63B發動機)性能指標 參數1 參數2 起飛重量 225千克 251千克 巡航速度 84公里/小時 79公里/小時 有地效懸停高度 2800米 1680米 無地效懸停高度 1950米 795米 實用升限 4010米 3650米 海平面初始爬升率 207米/分鐘 100米/分鐘 海平面最大爬升率 354米/分鐘 280米/分鐘 7.尺寸與重量海平面最大速度(不可超越速度):104公里/小時(56節) 主旋翼直徑:5.61米 主旋翼槳盤面積:24.8平方米 尾旋翼直徑:0.91米 尾旋翼槳盤面積:0.79平方米 整機長度:4.01米 旋翼軸高度:2.10米 起落架輪距:2.54米 空重:136千克 最大起飛重量:255千克 8.飛行特性當XROE-1向公眾展示時,希勒公司宣稱其穩定性極佳且操作簡便——無飛行經驗的普通人只需在標準訓練直升機上接受約8小時雙人帶飛訓練和2小時單飛訓練,即可安全駕駛該直升機完成常規機動。不過,公司仍建議額外接受專項訓練,以應對常規飛行中可能遇到的各類情況。 然而,試飛員迪克・派克曾私下透露,這款直升機的操控靈敏度極高。“旋翼摩托”面臨的最嚴重問題(或許也是20世紀50年代多數開放式座艙輕型垂直起降項目的通病)是:在無地效飛行狀態下,缺乏可靠的地平線參考基準。與大型飛機不同,“旋翼摩托”沒有可與地平線進行視覺對齊的突出結構,這使得直升機極易發生意外失控。 9.可選設備“旋翼摩托”並未專門研發可選設備,但一份小型宣傳冊顯示,該直升機可在飛行員座椅下方直接掛載或吊運小型包裹、線軸(及其他輕型貨物),且可配備浮筒式起落架。 |
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