起源——為什麼需要複合式直升機

自從上世紀三十年開始登場之後，直升機逐漸成為航空領域舉足輕重的飛行器之一。事實上，在懸停和低速飛行狀態下，直升機是所有航空器中最優雅和最高效的。不過，從另一個方面來說，直升機本身的阻力（包括旋翼阻力和機身氣動部件的廢阻）、旋翼的後行側失速和前行側氣動壓縮性效應從本質上限制了直升機的前飛速度和前飛行能。為此，從很早之前開始，發明家和直升機設計師們就開始探索各種各樣的方法，希望藉此來拓展直升機的飛行包線範圍，從而縮短其與高速飛行的航空器之間的鴻溝。

▲作為一種優雅的飛行器，直升機已經成為現代航空界不可或缺的一員，但是它確實飛不快

在直升機設計師們的最初構想中，複合式直升機能夠像固定翼飛機一樣高速飛行，同時也能保有常規直升機出色的垂直起降能力和懸停效能。憑藉這種飛行器，軍隊能夠以更快的速度執行更復雜的任務，企業則能以更為經濟實惠的方式執行各種貨運、探測、救援工作。

▲傾轉旋翼機就是轉換式飛行器中現在最引人注目的一員，貝爾-波音公司在這方面獨樹一幟

對於美國航空業界來說，在過去的50年來，直升機已經逐步發展為一種無處不在的“獨一無二的”飛行器，而傾轉旋翼機也算是度過了問題頻發且孱弱的嬰兒期，正式走向成熟階段。但是除了近年來所爆發的幾縷希望之光外，複合式直升機的自從上世紀60年代即將觸控到成功之時，卻突然沉寂無聲，美國陸軍航空發展理事會的專家將這一次複合直升機事業的挫折稱之為“複合式斷代”（Compound Gap）。那為什麼會出現這樣的情況？

最早的探索——試驗性質的改裝

關於複合式直升機的早期探索可以追溯到傳統構型直升機密集登場的早些年，但是直到上世紀五十年代，發明家和工程師才開始從本質上考慮複合式直升機的實用價值。

▲麥克唐納的XV-1複合式直升機

▲英國費爾雷公司的羅託達因複合式自轉旋翼機

兩者之中，麥克唐納XV-1型直升機，誕生自1951年美國陸軍和空軍出資啟動的“轉換式飛機專案”（ConvertiPlane Program），在1956年其飛行速度達到了203 mph（約326.70千米/時）；費爾雷的羅託達因則是一種城市間短距離商業客運解決方案，嚴格分類的話， 都不能算直升機，只能說是複合式自轉旋翼機，在1959年，其飛行速度達到了191 mph（約307.39千米/時）。

除了上述兩者之外，在上世紀六十年代，很多在役的直升機也被改裝成了複合式構型來進行相應的研究，下面是一些典型的例子：

①卡曼YUH-2A就是一架改裝版本的海妖直升機，加裝了輔助機翼和一臺渦輪噴氣式發動機。該機在1965年達成了224 mph（約360.49千米/時）的前飛速度。

②西科斯基S-61F則是從S-61海王直升機改裝過來的，同樣加裝了輔助機翼和渦輪噴氣發動機，該機在1965年達到了264 mph（約424.87千米/時）的速度。

③洛克希德則把一架4片槳葉的XH-51A剛性旋翼直升機加裝了短機翼和單臺渦輪噴氣發動機，該機的飛行速度在1967年達到了302 mph（約486.02千米/時）。

④貝爾在這方面的探索就更多了，赫赫有名的UH-1休伊直升機就被改裝成了各種版本的複合式直升機，改裝機一般被稱為高效能直升機（HPH；High Performance Helicopter），它們基本都加裝了輔助機翼和輔助推進裝置（比如說渦輪噴氣發動機）。貝爾的這種兩槳葉高效能直升機在1969年達到了316 mph（約508.55千米/時）的前飛速度。

⑤皮亞賽基的16H-1A試驗型複合式直升機，採用了涵道螺旋槳來進行偏航控制和輔助推進，在1966年達到了225 mph（362.10千米/時）。

這一系列的改裝型複合式直升機的飛行研究主要目的還是用來驗證複合式直升機最基本的可行性——直升機設計師們那時候尚且還不確定常規直升機的主旋翼是否可以在高速飛行和高前進比（前進比=前飛速度/旋翼槳尖速度）的情況下穩定提供升力，並且保持較好的操縱性。然而，儘管美國直升機業界和軍方合作展開了一系列的研究工作，但是對於複合式構型的研究來說，這些例子實在還不夠多，所以複合式直升機其實際可用性並沒有得到充分的驗證。

除了載荷、動力學和操縱穩定性等老生常談的技術瓶頸之外，複合式直升機的氣動效率的測試結果也令人非常失望——儘管這是意料之中的——因為這些改裝機在設計過程中並沒有按照氣動效能、動力系統、傳動系統和飛行控制系統的最優化來進行恰當的工程設計。

“先進空中火力支援系統”——夏延的誕生

上世紀六十年代，出於越南戰爭的需要，再加上受到六十年代初期那些複合式構型的研究所取得的成功和其所展現出來的潛力鼓舞，美國陸軍在1966年提出了一項關於攻擊直升機的方案徵詢書，也就是大名鼎鼎的“先進空中火力支援系統”（AAFSS：Advanced Aerial Fire Support System）專案。該專案對於直升機的飛行速度指標要求達到了252 mph（220節；405.55千米/時），這個速度要求可謂是直升機歷史上的一個里程碑。

在專案競標中，洛克希德公司提出的方案正是基於前文所述的XH-51A進行改裝的，改裝內容包括添加了一副輔助機翼、一副輔助推進螺旋槳以及用於反扭矩控制的尾槳。西科斯基提出的方案則是一種加裝了輔助機翼的複合式直升機，其尾槳是可以實現90°轉向的，所以在高速飛行的時候，尾槳化作尾部推進螺旋槳，為全機提供推進動力；而在低速飛行的時候，尾槳則承擔常規直升機的反扭矩控制作用。

▲作戰測試中的AH-56A夏延直升機

經過多輪競爭，洛克希德公司成為了最後的勝利者，他們出色的作品AH-56A夏延直升機在1967年實現了首次飛行，並在次年（1968）收到了一份總數375架的生產合同。然而，AH-56A的研發過程中碰上了剛性旋翼動力學問題，這一問題一直都在困擾洛克希德公司的設計師們並最終導致了兩架夏延原型機的損毀，並最終促使關於該機的所有合同都在1969年被取消。儘管該機取消原因有部分算是來自美國各軍種之間任務和角色的競爭，但是技術困境始終是導致該專案取消的重要原因之一。

儘管專案取消了，但是相關的研究工作並沒有停止，美國軍方持續了相當長一段時間為該機的提供經費支援，而洛克希德的直升機專家們也不負眾望地設計出了“先進機械控制系統”（AMCS；Advanced Mechanical Control System）來解決的該機的所面臨的技術問題。

在1972年，AH-56A最終實現了最初專案的指標要求——也就是飛行速度220節情況下1063海里（約1968.68公里）的不加油航程、最大平飛速度253 mph（約407.16千米/時）/俯衝速度278 mph（約447.398千米/時）。

▲展覽中的AH-56A夏延直升機

AH-56A直升機專案的取消從根本上來說並不是複合式直升機構型存在缺陷。與直升機發展早期的那些試驗性質的改裝機的飛行測試相比，配備了“先進機械控制系統”的夏延直升機可以說是取得了相當大的成功，此外，該機完全是按照美國軍方提出的指標要求來設計的，這一點尤為可貴。

儘管該機獲得了“遲來的成功”，但是技術困境、經費超支和專案取消對整個美國直升機業界對複合式直升機的觀點產生了深遠的影響。在之後的四十年內，除了個別的例外情況之外，整個直升機業界幾乎全部放棄了對複合式直升機構型的研究，從而在美國航空史上形成了一段如本文開頭所言的“複合式斷代”（Compound Gap）。

困境中的堅持者與努力的後來者

上文提到的在“複合式斷代”的這幾十年中所存在的少數例外中，最值得一提的就是西科斯基公司的XH-59A和S-72旋翼系統研究飛行器（RSRA；Rotor System Research Aircraft）。XH-59A——前行槳葉概念（ABC；Advanced Blade Concept）飛行器——採用了共軸、無鉸式、升力偏置旋翼來克服高速飛行的時候直升機旋翼後行側固有的失速問題，該機自1973年到1980年之間進行了大量的飛行測試工作。基準型的XH-59A能夠達到的最大速度為184 mph（約296.119千米/時），而加裝了渦輪噴氣發動機之後，該機前飛速度達到了303 mph（487.63千米/時）。

▲西科斯基的XH-59A共軸複合式直升機

該機的飛行特點令人印象深刻，但是XH-59A也存在著重量、振動和高燃油消耗的問題。“旋翼系統研究飛行器”則是一種研究性質的飛行器，該機主要被西科斯基設計用來進行各種試驗性質的旋翼的飛行測試工作當然不僅僅是複合式概念。1978年的時候，S-72加裝了輔助機翼和推進渦輪風扇發動機，進行了某種複合式構型的首飛測試。

▲複合式構型的S-72試驗機

在“複合式斷代”期間，很少有致力於複合式技術的認真的探索。然而，最終業界對於複合式構型的興趣又逐步地“死灰復燃”了。皮亞賽基的X-49A複合式直升機（也就是眾所周知的“速度鷹”），就是一架複合式改型的SH-60海鷹直升機，在SH-60的基礎上，該機加裝了輔助機翼和向量推力涵道螺旋槳（VTDP；Variable Thrust Ducted Propeller），這種螺旋槳既可以充當輔助推進裝置，同時也能提供反扭矩操縱，如上圖所示。在2007年的時候，X-49A達到了160節（約296.32千米/時）的平飛速度，並在小角度俯衝的情況下達到了177節（約327.80千米/時）的速度。卡特旋翼機（CarterCopter）公司則打造了一種複合式的自轉旋翼機來驗證“降速旋翼”（Slowed-Rotor）的技術可行性和在巡航氣動效率提升方面的潛力。

▲X-49A速度鷹複合式直升機

▲西科斯基公司的X2複合式直升機

幾乎與此同時，空客直升機公司也自籌資金研製了X3驗證機，該機是在一架AS365 N3直升機機體的基礎上進行改裝的，採用了EC-155直升機的旋翼系統和EC-175的主減速器系統。兩副輔助螺旋槳安裝在機身兩側的輔助機翼上，這兩副螺旋槳能在懸停時侯提供主旋翼反扭距，同時也能在巡航飛行的時候提供推進力。目前，X3的試飛工作已經告一段落，空客直升機公司正在考慮繼續推進該方案，打造下一代高速型複合式直升機，該機被稱為RACER（競速者）。

▲空客直升機的X3複合式直升機

​有些諷刺的是，從1964年的“先進空中火力支援系統”的220節飛行速度要求到2014年的JMR專案提出的230節飛行速度要求，橫跨半個世紀之後，美國軍方對再次回到了複合式直升機，速度指標要求卻只提升了10節。

但是，毋庸置疑的是，複合式直升機的時代，已經來了。