進化——美國陸軍航空裝備現代化計劃與西科斯基的新構型飛行器
從上世紀六十年代末期開始，西科斯基公司就啟動了「前行槳葉概念旋翼」（簡稱：ABC旋翼）技術的研究，當然，在科普文中，這項技術有個更廣為人知的名字「剛性共軸雙旋翼」。在該技術的基礎上，西科斯基公司先後打造了XH-59A試驗機、X2技術驗證機和S-97演示驗證機。
▲機身兩側裝有噴氣發動機的XH-59A試驗機
這一系列基於「ABC旋翼」技術的飛行器不僅驗證了「ABC旋翼」技術的可行性和應用價值，並且也將基於該技術的新構型飛行器逐步推向了成熟。而隨著美國陸航對於旋翼類飛行器速度和航程的要求逐步提升，尤其是美國陸軍航空裝備現代化關鍵計劃「未來垂直升力」（FVL；Future Vertical LIft）計劃的推進，促使西科斯基聯手波音公司開始進行「ABC旋翼」複合式飛行器的「放大」計劃，從而促成了本文的主角SB>1驗證機的誕生。
▲SB>1是FVL計劃的先導計劃的一部分，其競爭對手是貝爾公司的V-280傾轉旋翼機
從噸位上來說，X2試驗機是3噸級別的，S-97驗證機則是5.2噸級別的，而脫胎於美國陸軍「聯合多任務-技術驗證」（JMR-TD；Joint Multi-Technology）項目的SB>1「挑釁者」複合式直升機則定位在14噸級別（潛在的黑鷹直升機接任者）。
▲從X2到SB>1，西科斯基新構型複合式直升機尺寸「放大」示意圖
從項目層面上來講，SB>1複合式直升機主要還是面向FVL計劃中的」中型垂直升力「（FVL-Medium，或者簡稱FVL-M）計劃來打造的，為此，美國陸軍也針對性地提出了一系列的」中型任務性能指標「（MPS-Medium）。這些任務指標主要可以歸結為下述幾個方面：
- 巡航速度要超過230節（約為426千米/時，1節約等於1.852千米/時，下同）；
- 在1800米海拔高度和35攝氏度的環境條件下實現垂直起降；
- 在搭載4名機組成員和12名全副武裝的士兵情況下，作戰半徑要達到424公里；
為了實現這些任務性能指標，SB>1複合式直升機採用了」ABC旋翼「技術、集成的尾部推進螺旋槳、優化的複合材料結構、電傳操縱飛行控制系統和主動振動控制系統。其中，在旋翼系統中，主要突破了高升阻比的旋翼槳葉幾何外形優化設計和低阻力的主旋翼槳轂整流罩系統設計。
這所有的種種優化設計聯合起來促成了這種新構型高速直升機的誕生，採用上述一系列技術的X2（單座）驗證機就在平飛測試中達到了250節的飛行速度，之後在S-97的飛行測試中，西科斯基公司也一直在推進著這一飛行速度上限。儘管S-97和SB>1在噸位上有著巨大的差異，但是，從X2到S-97，其飛行測試的成功無疑也大大降低了SB>1複合式直升機誕生的風險。
▲在飛行測試中的西科斯基X2演示驗證機
當然，作為」放大版本「的X2，SB>1複合式直升機更多的也只是一架」驗證機「，而並不是美國陸軍航空裝備現代化的某種原型機——或者說黑鷹接任者的原型機。這主要是因為，對於」黑鷹接任者「，美國陸軍還有很多其他的要求，比如要求配備改進的新型發動機等一系列部件，這些部件並非SB>1在研製之初就能接觸到的。但是，相同的是，SB>1雖然不會是最終的原型機，但是，該機的發展毫無疑問會大大降低後續機型的研製風險——如果美國陸軍選擇它作為」黑鷹接任者「的話。
▲黑鷹直升機幾乎就是美國陸軍的象徵，更是美國陸軍在役的主力直升機，所以其對其接任者的挑選也必須慎重
從X2到S-97再到SB>1，延續下來的不僅僅有典型的」剛性共軸旋翼「+」輔助推進螺旋槳「的獨特構型布局，同樣還有那些分析模型和方法。事實上，從XH-59A開始，西科斯基就已經著手建立這樣一套用於」剛性共軸雙旋翼飛行器「的優化設計模型，這套模型被用於X2和S-97的優化設計的分析計算，並通過其飛行測試數據進行優化，並最終被用到了SB>1之上。
▲今年2月份，正在進行飛行演示的SB>1複合式直升機
儘管SB>1有著西科斯基在「ABC旋翼」技術方面數十年的努力和經驗技術積累，但是噸位和尺寸的「放大」顯然並不是簡單的幾何變化關係，其中涉及到諸多關鍵技術難題，阻擋了SB>1複合式直升機前進的腳步，直接導致其在飛行測試進度上全面落後於JMR-TD項目中的競爭對手——來自貝爾公司的V-280「勇氣」傾轉旋翼機。即便如此，西科斯基的這種新構型複合式直升機仍然牢牢吸引著美國陸軍的目光。
」剛性共軸旋翼「技術的延續與發展
或許和你想像中的有些不同，但在JMR-TD項目中，「重量性能」一直都是美國陸軍和西科斯基最關心的重要參數之一。
正如本文開頭所說，在上世紀六十年代末、七十年代初，西科斯基公司就已經啟動了「ABC旋翼」技術的研究工作，並在美國陸軍的支持之下打造出了XH-59A試驗機。一開始的XH-59A並不像後來的X-2那樣加裝了尾部螺旋槳，而是在機身兩側加裝了輔助推進噴氣發動機，並以這種構型達成了256節的高速飛行，可謂在速度方面已經達到甚至超過了美國陸軍的要求。除此之外，無論在低速貼地飛行或者高速巡航飛行中，XH-59A的機動性能、操縱品質等都非常令人滿意。
▲上世紀七十年代到八十年代之間，西科斯基公司打造了XH-59A試驗機，圖為該機飛行測試照片
但是XH-59A存在著致命的缺陷：空重比非常高、燃油消耗非常大並且振動水平特彆強。而上述幾個問題中，第一個問題尤其引人關注。這一點我在之前的文章中也介紹過，XH-59A在兩側配裝噴氣式發動機之後，竟然由於空重比超標而無法實現垂直起飛，最後只能通過「滑跑」的方式來實現起飛，這對於直升機來說，可以算是個「笑話」，當然也成了西科斯基公司的設計師和美國陸軍專家心中的一根刺。
▲1981年，停靠在跑道上的XH-59A試驗機
後來，在上世紀八十年代初，美國陸軍提出「輕型直升機試驗」（LHX）項目的時候，西科斯基公司不是沒考慮過XH-59A這種構型，但是該機空重比太大的問題在當時並沒有得到妥善的解決，再加上美國陸軍對於LHX項目型號並沒有特別高的飛行速度要求，反而是非常強調隱蔽性能，這就最終促使西科斯基放棄了XH-59A的設計思路，最終形成了大名鼎鼎的RAH-66「科曼奇」隱身直升機的設計方案，當然，這是題外話了。
▲西科斯基公司基於「ABC旋翼」技術的LHX直升機構想概念藝術圖
言歸正傳，為什麼XH-59A這種設計空重比會這麼大呢？我們從一個小的角度來說，西科斯基最早負責「ABC旋翼」技術的總設計師曾指出，由於「ABC旋翼」採用了無鉸式設計，並且槳葉的剛度非常之大，這就導致其等效揮舞偏置量超過了50%，這就意味著旋翼傳遞到槳轂上的力矩是相當巨大的，而由於上下旋翼共軸反轉，等於是把這個力矩翻倍。
▲XH-59A複合式直升機旋翼系統細節圖，可以看出其與常規直升機鉸接式旋翼的顯著差異
而能夠承受住這樣巨大的力矩的槳轂其種重量勢必會遠大於普通直升機的槳轂，更別說共軸雙旋翼還需要更為複雜的操縱系統、再加上尾部推進螺旋槳的傳動系統和操縱系統部件、為了降低這種新構型直升機存在的巨大振動而採用的主動振動控制系統，這些都增大了該機的空重比。儘管隨著技術的發展和突破，西科斯基設計師們不再面臨XH-59A那種無法「垂直起飛」的問題，但是「重量性能」始終是S-97和SB>1必須面對的重要問題之一。
雖然提到SB>1的時候，很多人的第一印象就是——「黑鷹直升機的替代者」。但是如果仔細來看這個問題的話，就可以發現美國陸軍要的並不是「另一種黑鷹直升機」，而是一種比黑鷹直升機要強得多的旋翼飛行器。
▲停靠在機庫中的SB>1複合式直升機
儘管目前美國陸軍並沒有透露過很具體的下一代通用直升機的指標要求，但是從定性的角度，我們還是大概可以看到，他們要求的是一種負載能力更強、速度更快、航程更遠的直升機：有效載荷大概要比現役黑鷹直升機高出50%，飛行速度要超過230節，同時仍要保證黑鷹直升機所具備的出色的低速機動性和操縱品質。
▲高速巡航飛行測試中的SB>1複合式直升機
而事實上，從S-97的表現來說，無論是高速飛行能力還是低速飛行效率，這種新構型的複合式直升機似乎都已經滿足了美國陸軍對於下一代通用直升機平台的想像，所以，現在又回到了本小節的開頭——「重量性能」將會成為成敗的關鍵。
▲早期懸停測試的SB>1，可以看到其主旋翼槳轂還沒安裝，尾部螺旋槳也沒開機
對於S-97，西科斯基公司的工程師目前對其的要求是空重比小於等於68%，對於SB>1的期望值還要比這個更小一些。儘管該期望值仍然遠遠比不上黑鷹直升機的空重比——大概在57%左右——但是對於一架新構型複合式直升機來說，已經算是不錯了。而且，就好比當初的UH-60「黑鷹」直升機在研製過程中，就多次受到CH-53K「種馬」系列直升機經驗技術的支撐一樣；西科斯基公司的設計師們在研製SB>1的過程中，也從CH-53K「種馬王」重型直升機的研製中得到了許多啟發，尤其是在重量性能的優化設計上。
▲高速飛行的SB>1複合式直升機藝術概念圖
除此之外，SB>1在旋翼系統、尾部螺旋槳系統、垂尾和平尾等系統的優化設計方面，由於有S-97複合式直升機研製和試飛過程中積累的經驗，也得到了「進化」。其前飛性能、品質因子、低速機動性、高速操縱性和穩定性等性能指標都得到了提升。
SB>1」挑釁者「的現狀
對於西科斯基公司而言，無論是X2還是S-97或者是SB>1，他們有個共同的特點就是採用了「X2技術」，所以這一系列飛行器也被稱為「X2技術飛行器」。之所以這麼說，就是因為這一系列飛行器儘管外形上或多或少有些差別，但是其本質上都保持了X2複合式直升機發展至今的關鍵技術：電傳操縱飛行控制系統、主動振動控制技術、集成式推進螺旋槳、高升阻比的旋翼系統、更大的飛行任務包線和更低的機組成員工作負擔。當然，所有的這些技術都已經被集成到了SB>1「挑釁者」複合式直升機中，最關鍵的是，SB>1試驗機的空重比據稱確實是已經小於X2複合式直升機了。
▲西科斯基為SB>1複合式直升機打造的傳動系統測試台示意圖
而正如前文所言，在飛行測試的競賽中，SB>1複合式直升機一度落後與貝爾公司的V-280傾轉旋翼機，但是，隨著美國陸軍在去年年底和今年初一再敦促加快「未來垂直升力計劃——中型」分計劃的進度。西科斯基公司也在多方壓力之下加快了SB>1的飛行測試節奏，並在今年六月中旬正式完成了「高速巡航」的飛行測試項目，其公開最大飛行速度目前已經突破了200節（超過了黑鷹直升機的極限飛行速度），想必後面只要不出現關鍵技術問題，那麼其飛行速度突破230節已經算是指日可待了。
▲SB>1和它的競爭對手V-280傾轉旋翼機