融合了旋翼機、直升機和固定翼飛機的黑科技 Fairey Rotodyne飛機

英國費爾雷航空公司一戰(zhàn)以來一直是英國艦載機的主要生產商，二戰(zhàn)結束時準備重新發(fā)明一種復合式的飛行器并徹底改變短途航空業(yè)，它就是Fairey Rotodyne【飛而雷-駱駝大音 】，該飛行器身上融合了旋翼機、直升機和固定翼飛機的特點，是一款結構復雜但已經初具實用價值的飛機，經過 15 年的努力，其獨特的項目 Rotodyne【駱駝大音】 離實現(xiàn)這一目標僅一步之遙。

對短途航空業(yè)來說，不僅要求安全性，垂直起降的能力也是很重要的因素。早在動力飛行真正實現(xiàn)之前，發(fā)明家和飛機設計師就試圖將水平飛行的速度與垂直起降的能力結合起來。旋翼飛機的發(fā)展是該問題的第一個實際解決方案。第一個成功的飛行器是旋翼飛行器，由胡安·德拉謝爾瓦于 1923 年在西班牙首次開發(fā)。

20世紀，飛機升降時常因故障而失速，導致多人喪生。謝巴于是發(fā)明了自轉旋翼機試圖解決這一問題。旋翼靠飛機運動時產生的氣流而轉動，產生升力，使飛機失速時不會下墜，旋翼可以不需要動力驅動，當時，他的這個發(fā)明被新聞界稱之為“風車飛機”，與后來的直升機不同，旋翼飛行器前進推進力靠傳統(tǒng)方式來自螺旋槳，旋翼靠螺旋槳的氣流產生旋轉時提供了升力。控制是通過升降舵、方向舵和副翼來實現(xiàn)的，當然也可以通過改變旋翼頭的角度來保持一定程度的側傾控制。旋翼飛行器可以實現(xiàn)短距起飛和著陸。

直升機螺旋槳也是一類旋翼，只是旋翼是有動力驅動，而不是旋翼飛行器無動力自轉，“旋翼機”這一名稱，在直升機之前，已經特指了無動力的自轉旋翼機。所以有動力旋翼飛行器不叫旋翼機，只能叫直升機。直升機的動力旋翼同時生成向前推進和向上升力，融合了固定翼螺旋槳的向前推進大和旋翼產生向上升力大的優(yōu)點。到二戰(zhàn)末期，直升飛機顯示出相當大的發(fā)展?jié)摿?，而無動力旋翼飛行器則成了既生瑜何生亮。

然而，直升機概念本身遠非完美。其內在缺點中最重要的一點是其最大速度有限。這是因為直升機隨著空速的增加有失速的趨勢，導致過度振動。由于旋翼前傾，直升機在速度增加時也增加了阻力。

費爾雷航空公司于 1946 年開始研制新型旋翼飛機，旨在結合旋翼機、直升機和飛機的優(yōu)點。該公司為這樣一個雄心勃勃的項目做好了準備。領導開發(fā)團隊的 是JAJ Bennett 博士，二戰(zhàn)期間，Bennett 博士還曾在HSD特區(qū)的英國空軍委員會擔任首席技術官，研究美國旋翼飛機的開發(fā)。設計團隊還包括首批獲得旋翼飛機資格的英國飛行員。

費爾雷公司復合飛行器開始構造設想是，飛機將使用電動旋翼垂直起飛和降落，就像直升機一樣，使用可控螺旋槳進行偏航控制。一旦升空，所有的推進力都將傳遞給螺旋槳，升力由當時的自轉旋翼和一對小型傳統(tǒng)機翼產生。從理論上講，機翼升力和自轉旋翼減少阻力的結合將生產出比傳統(tǒng)直升機效率更高的飛機。

復合型飛行器的飛行控制，控制升力的旋翼總俯仰角隨著油門的開閉而自動改變。通過傾斜旋翼頭來控制橫滾和俯仰。右舷翼尖中螺旋槳控制方向，提供向前推力。雙舵的傳統(tǒng)尾翼，保持飛機水平飛行中的姿態(tài)，并在發(fā)動機發(fā)生故障時控制飛機。

Gyrodyne【基羅大音】

原型中的第一架，稱為 Gyrodyne【基羅大音】

【基羅大音】的特征是右側短翼翼尖處安裝了一副拉進式螺旋槳，由520馬力的“利奧尼達斯”活塞發(fā)動機驅動，用以平衡旋翼扭矩并提供前進推力。除這幅螺旋槳外，“利奧尼達斯”發(fā)動機還要驅動主旋翼。所以該機的傳動結構很復雜，有多套變速箱和減速齒輪，與發(fā)動機一起占了直升機一半的重量。

但【基羅大音】的速度比普通直升機快，于 1947 年 12 月 7 日首飛。1948 年 6 月 28 日公司首席直升機試飛員巴茲爾·阿克爾少校駕駛原型機創(chuàng)造了新的直升機速度世界紀錄——200公里/時。不幸的是，它在 10 個月后因致命事故墜毀，當時它的旋翼頭在半空中解體，事后發(fā)現(xiàn)是金屬疲勞所致。

由于這場悲慘的事故，費爾雷公司修改了其復合飛行器的設計。研究團隊找到了奧格斯特·斯捷潘工程碩士。他曾在1943年研制出世界上第一架噴氣動力直升機。

Jet Gyrodyne【皆特-基羅大音】

四年后，第二個原型機，即 Jet Gyrodyne【皆特-基羅大音】 出現(xiàn)了。

那架飛機的特點是一個全新的傳動系統(tǒng)，旋翼采用槳尖噴氣在升降時產生旋轉。單螺旋槳改成了兩個安裝在短翼翼尖處的對稱推進式螺旋槳，螺旋槳由“利奧尼達斯”發(fā)動機驅動。但旋翼不再用螺旋槳發(fā)動機機械連接驅動，結構就簡單了。旋翼由往復式發(fā)動機加壓空氣和燃料，泵入位于轉子葉片尖端的微型噴嘴燃燒器，讓旋翼旋轉。利奧尼達斯”發(fā)動機驅動兩臺壓氣機，用于向安裝在兩片旋翼葉片尖端的噴嘴供氣。在噴嘴中，高壓空氣和通過旋翼葉片油路輸送來的煤油混合后點燃，推動旋翼旋轉。整套系統(tǒng)是開創(chuàng)性發(fā)明，被當時的人們稱為“奇葩的活塞噴氣式直升機”。

【皆特-基羅大音】不容易駕馭，從直升機模式的垂直起降到旋翼機模式的平飛之間的轉換涉及棘手的給接通/切斷旋翼動力操作，飛行員稍有不慎就會大幅損失高度。1954 年 1 月首次飛行，事實證明它的動力有些不足，只能攜帶足夠的燃料進行 15 分鐘的飛行。試飛員約翰·丹尼斯終于在1955年3月掌握了轉換飛行的技巧，在當年的范堡羅航展上進行首次完整飛行循環(huán)表演。這屆航展的一個大趨勢就是禁止飛機產生超音速音爆，結果【皆特-基羅大音】的噪音如同超音速音爆?！窘蕴?基羅大音】生不逢時，觀眾們稱它發(fā)出的噪音很是反感。不過【皆特-基羅大音】的成功為正處于研制后期的【駱駝大音】打下了堅實基礎。【皆特-基羅大音】最終完成了190次轉換飛行，使設計團隊充分了解其中的奧妙。使團隊對【駱駝大音】項目建立起足夠的信心，認為該機的設計性能安全水平可以接受?！?/p>

費爾雷航空公司同時在開發(fā)的一個更大、更雄心勃勃的項目—— Fairey Rotodyne 【飛而雷-駱駝大音 】

從表面上看，【駱駝大音】看起來像是直升機和客機的混合體——這架飛機機長18米，翼展14米，高7米。空重10噸，最大飛行速度每小時307公里，巡航速度每小時298公里，升限4000米，機組2人，乘客容量最高57名乘客。

【駱駝大音】擁有方形的機體，小展弦比上單翼，兩側機翼下有發(fā)動機吊艙，由一對 2.8千馬力的渦輪螺旋槳發(fā)動機提供動力，發(fā)動機懸掛在機翼下方吊艙中。發(fā)動機驅動一對四葉?？煽芈菪龢?，它還兼作偏航穩(wěn)定器。機背的錐狀結構支撐起一副巨大的四槳葉旋翼，一個 90英尺直徑的旋翼安裝在一個高大的機身掛架上。起降時旋翼由安裝在其四個葉片尖端的噴氣機提供動力。每個發(fā)動機為轉子相對兩側的一對尖端噴射提供壓縮空氣。機尾上方安裝水平尾翼，翼尖安裝雙垂尾。由于頂部旋翼槳葉太長，當旋轉速度慢時槳尖下垂可能擊中垂尾，所以垂尾的上半段則可以向內折疊到水平角度。

【駱駝大音】起降時渦輪螺旋槳發(fā)動機帶動九級軸流壓縮機，用于垂直起飛。產生的壓縮空氣然后被輸送到轉子尖端的噴嘴，在那里它與燃料結合并被點燃。少量剩余動力可用于螺旋槳進行偏航控制。一旦飛機獲得足夠的高度和速度，壓縮機就會通過液壓離合器斷開，然后所有發(fā)動機動力都轉移到螺旋槳上。這套系統(tǒng)設計冗余度較高，單發(fā)故障，仍然能保持驅動力維持螺旋槳的旋轉，維持飛機基本飛行。

一旦 【駱駝大音】向前飛行，其升力的一半左右由自轉旋翼產生，其余由機翼產生。著陸可以在自轉中完成，或者通過接合壓縮機的離合器并重新點燃尖端噴氣機以進行傳統(tǒng)的直升機著陸。通過練習，機組人員可以在大約 30 秒內完成直升機模式和自動轉轉模式之間的轉換。飛機采用前三點式起落架，前起落架位于駕駛室下方，后起落架在機體兩側，它們均可向前折疊。

在 1950年，【駱駝大音】的未來似乎很美好，航空商業(yè)運營商紛紛表現(xiàn)出興趣。然而卻發(fā)展緩慢。直到 1957 年 11 月 6 日，原型機進行了首飛，創(chuàng)造了307公里/小時的世界飛行紀錄，當時只是以直升機模式飛行。直到 1958 年 4 月 10 日，直升機和旋翼自轉飛行之間的過渡才得以實現(xiàn)?！抉橊劥笠簟窟€曾多次在飛行模式之間切換且無一事故發(fā)生，飛機在關閉一側發(fā)動機的情況下仍然具備懸停的能力，還能和旋翼機一樣自旋著陸?！抉橊劥笠簟?960 年 6 月的巴黎航展上公開展示，憑借其充足的載客量，可以將航空公司每座位/英里的運營成本比直升機降低至少 50%。

【駱駝大音】就是噪音太大達到了120分貝，難以滿足噪音水平要求，協(xié)和式超音速噴氣式客機上遇到的是同一個問題。它的噪音主要來自于起降階段的槳尖燃燒室，這噪音自然小不了，但持續(xù)時間也就起降的幾分鐘。盡管設計部門設計了多種噪音抑制設備，飛機的噪音仍不達標，公司也向官方一再保證只要再投入資金就能解決噪音的問題，英國相關部門還是在1962年停止了資金供應。

盡管剩余技術問題似乎沒有一個是無法解決的，但時間和金錢慢慢耗盡了。1960 年 2 月，當英國直升機工業(yè)合并為一個單一實體時，費爾雷Fairey 的飛機部門與布里斯托爾Bristol合并為韋斯特蘭公司Westland 。公司重組后，韋斯特蘭公司對【駱駝大音】的熱情減弱，興趣開始動搖?！抉橊劥笠簟?的開發(fā)一直斷斷續(xù)續(xù)地持續(xù)到 1962 年 2 月，在經過四年的飛行測試和 1100 萬英鎊的支出之后，整個項目被取消了。唯一的一架原型機因為是英國出資，被當成國家財產遭到拆解，只有部分零部件保留在博物館。

【駱駝大音】可能比任何那些有趣的飛機都更接近商業(yè)成功。已經擁有了較為成熟的飛行控制技術，它的飛行能力和運輸能力是當時其他大部分直升機所不能比的，但內外交困，巧婦難為無米之炊，最終倒在終點線前。