鸭式布局、停转旋翼、桨尖喷气，黑科技满满的波音X-50A试验机

波音公司的X-50A“蜻蜓”（BoeingX-50ADragonfly），在项目早期被称为“鸭式旋翼/机翼验证机”（CRW；CanardRotor/WingDemonstrator），是一种垂直起降旋翼/机翼复合式无人航行器。该机由波音公司和美国国防进步研究项目局（DARPA）结合打造，其研制目的就是为了演示验证一种稀奇打造的直升机旋翼可以在航行中实现“停转”并实现与固定翼飞机的机翼沟通的感化，从而确保这种航行器可以实现固定翼飞机模式和直升机模式之间的转换。也恰是因为该机旋翼所具备的这种奇特的特点，“蜻蜓”也被称为“停转旋翼机”（Stopped-RotorAircraft）。

追根溯源的话，X-50A“蜻蜓”其素质能够说是陆续了西科斯基公司在上世纪八十年月启动的S-72“X-Wing”项目，该项目初步索求了“停转旋翼”这种多模式航行器的潜在可行性。后来，美国国防进步研究项目局帮助了两项被称为“Heliplane”（可译作直升飞机，注重和‘直升机’的区别），X-50A恰是个中一项。 （原创文章久久自媒体）

△西科斯基公司的“X-翼”试验机艺术概念图

可惜的是，两架“直升飞机”原型机最终都没能杀青“全速前飞”的航行测试，为此，在最后的评估中，美国国防进步研究项目局的评估专家认为“蜻蜓”停转旋翼机存在固有的设计缺陷，所以在2006年岁尾，DARPA撤销了对X-50的项目帮助。

谁来为“鱼鹰”保驾护航？——需求催生的X-50A

△为“鱼鹰”倾转旋翼机寻找合适的护航航行器至今仍是令美国水师陆战队头痛的问题之一

自从V-22鱼鹰倾转旋翼机进入服役之后，美国军方一向都在追求一种可以为该机实现“保驾护航”的航行器，比拟鱼鹰，常规直升机速度太慢，固定翼飞机又欠缺低速伴飞和悬停鉴戒能力，所以采用一种雷同于倾转旋翼机的复合式旋翼航行器就成了美国军方的首选方针。

恰是在这种大配景下，波音公司“鬼魅工场”（其时鬼魅工场照样麦道公司的一个研发机构）的设计师提出了“鸭式旋翼/机翼复合结构”CRW构型的概念构想，进展可以借此打造一种能为鱼鹰倾转旋翼机执行武装护航义务的航行器。鬼魅工场的设计师们拥有雄厚的设计、试验和生产经验，他们针对西科斯基公司的“X-Wing”航行器所存在的缺陷，并吸取倾转旋翼机成长中的经验，经由多轮设计迭代和改善，最终敲定了“停转旋翼机”的方案，进展可以经由这种新颖的概念设计方案实现垂直起降航行器的手艺冲破。按照鬼魅工场设计师们的构想，这种停转旋翼机可以在舰艇的直升机..上垂直起降，也具备喷气式飞机的速度和航程，不光可以圆满完成“鱼鹰”倾转旋翼机的护航义务，同时也非常适用于快速布置和作战使用。

△CRW构型航行器的概念构想

对于这种概念过于前卫和新颖的设计，美国军方当然不会直接签研发合同，这种预先研究项目一样都是丢给美国国防进步研究项目局去折腾。顺水推舟，1998年6月份，DARPA和波音公司签署了一份一个关于“CRW构型”的结合项目，项目被称为“进步旋翼系统”（AdvancedRotorSystem），其预估总研发经费2400万美元，双方各自承担一半。

当然，项目的首要负责人照样波音公司的鬼魅工场，他们需要负责设计、制造并试飞两架“CRW构型”的这种新型停转旋翼机。项目的首要目的是经由试飞验证验证新构型的可行性，尤其是能够实现空中停转和旋翼重启，从而打造兼具垂直起降和高速前飞两种能力的新型航行器。波音公司还声称，该机潜力非常伟大，其潜在用途包罗武装伺探、正确搜刮、通信联络等，还能够凭据分歧的需求离别设计出无人驾驶机和有人驾驶机，足可知足美国军方的多种实际使用需求。

△X-50A停转旋翼试验机原型机

2002年4月9日，这种新构型停转旋翼机正式被定型为“X-50A”，注重，这里的50并不是按照DARPA一贯的X系列概念验证机的顺序来的，而是直接考虑到这种航行器是由50%的直升机和50%的固定翼飞机综合而成，故而将其定名为“X-50A”，从而凸显其在设计上的立异性和奇特性。

停转旋翼、桨尖喷气——黑科技满满的X-50A新颖设计

△CRW构型无人试验机模型衬着图及其三视设计草图

从总体而言，X-50A停转旋翼机采用了“前后三组升力面”的奇特设计，其动力系统由一台常规的涡扇动员机供应动力，在直升机模式，动员机的排气被导向位于旋翼桨叶尖端的喷嘴，从而实现“桨尖驱动”旋翼扭转，实现垂直起降、悬停和低速等航行操作；当该机转为全速前飞状况时，动员机排气则经由该机尾部的喷嘴清扫，与此同时，X-50A的旋翼系统锁死在一个固定的位置，从而作为一种常规的固定翼机翼来供应前飞升力。作为项目的一部门，波音公司制造了两架X-50A概念验证机。2003年11月24日，X-50A停转旋翼机完成了其首次航行测试。

①整体结构特点

△X-50A停转旋翼原型试验机

“蜻蜓”停转旋翼机冲破了原有复合式旋翼航行器的设计思路，采用了奇特的前后三组升力面立异设计，其第一组升力面就是位于该机头部的鸭式前翼，第二组升力面就是机身中部的既是旋翼又是机翼的“停转旋翼”，第三组升力面就是该机尾部的水平尾翼。鬼魅工场的设计师们认为这种奇特的设计能够适应分歧航行状况下，航行器所需要的升力和操作力矩的需求，而停转旋翼手艺的到场也使得该机可以非常平稳地从直升机模式转换到固定翼飞机模式。

△X-50A三维衬着模型图

X-50A停转旋翼机的鸭翼和平尾的翼面面积都对照大，跟着前飞速度的增加，两者所能供应的升力就会逐渐增加，慢慢卸载旋翼负载，比及该机的前飞速度达到时速110公里，这两个升力面就可以发生较大的升力，旋翼转速就能够起头慢慢降低。随后跟着航行速度的增加，喷气旋翼转速逐渐减小，最后锁定在于机身成90°角的位置（也就是旋翼90°-270°方位角位置），于是，旋翼系统也顺利化作一套“附加机翼”为全机供应升力。

②桨尖喷气手艺

△X-50A对地袭击衍生型号的艺术概念和结构示意图

“蜻蜓”停转旋翼验证机在起飞和着陆、悬停和低速航行阶段会采用直升机模式，其升力首要经由对机身中部上方的大型“喷气旋翼”直接发生。所谓“喷气旋翼”其实就是这副旋翼采用了“桨尖喷气驱动”手艺，亦即动员机排出的燃气沿着两侧旋翼桨尖切向喷出，驱动旋翼扭转。

△X-50A停转旋翼风洞试验图及其三视尺寸示意图

为实现高效的桨尖喷气驱动旋翼设计，X-50A停转旋翼机的设计与常规直升机有较大区别。首先在旋翼构造方面，该机设计有翼型较厚的一对复合材料旋翼桨叶，其构造强度足以在贫乏离心力支撑的固定翼状况下确保桨叶具有充沛的刚度来承受较大的气动载荷。

同时，得益于桨尖喷气驱动这种驱动体式，X-50A停转旋翼机在直升机模式下，旋翼并不会发生扭矩，故而也无须第二副旋翼（如尾桨）等系统来均衡反扭矩，从而不需要安装复杂的尾桨传念头构，至于该机的航向操作则经由安装在机尾的两个小型喷气舵面来掌握。

③停转旋翼设计

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△X-50A停转旋翼试验机缩比模型

与80年月中期西科斯基公司所研制的“X-Wing”验证机分歧，X-50A停转旋翼机并没有采用雷同的较为负载的减速器传动系统来使得旋翼系统住手迁移，它们是经由“回响式驱动系统”来改变两片喷气旋翼的喷气量，来实现垂直起飞、空中悬停和高速航行过度的需求，比拟西科斯基的方案，从理论上来说，这是一种对照轻易进行模式转换的航行体式。

在停转旋翼的设计中，还有一个需要正视的问题就是桨叶的翼型。对于停转旋翼来说，它自己固有两种航行模式——直升机模式和固定翼飞机模式——这两种模式的区别在哪呢？从下面我绘制的桨叶四周空气举止示意图中能够看出个也许，在直升机模式状况下，前行侧桨叶和后行侧桨叶的来流偏向是相反的，这也就意味着，桨叶翼型的前缘和后缘偏向需要相反的设计，然则一旦过渡到固定翼飞机模式，锁定后的两片桨叶其前缘和后缘朝向就酿成朝向沟通了，这也就意味着，，若是采用常规的翼型设计的话，有一侧的桨叶就会是后缘朝向前飞来流，从而导致极低的气动效率。

△直升机模式和固定翼模式桨叶气流示意图

为认识决这一问题，研究人员最早提出了用卵形双钝头翼型（Double-EndedAirfoil）来取代常规尖利后缘的翼型来均衡停转旋翼在直升机模式和固定翼模式下对于翼型前后缘的需求改变。在此之上，近年来针对停转旋翼的研究中，还有研究人员提出了一种构造可变形的翼型，这种翼型能够经由构造变形，实现前后缘的互相转换，可谓是专门为“停转旋翼”量身定制，若是这种新的翼型变形手艺成熟的话，停转旋翼就可以实现同时兼顾直升机模式和固定翼模式的气动效率最大化了。

△近年来研究人员提出的可变形翼型概念，采用节点式构造外部包覆蒙皮

项目告吹——是不是停转旋翼手艺真的难以冲破？

△航行测试中的X-50A原型机

2004年3月23日，在X-50A原型机第三次航行测试时代，因为该机掌握系统中固有的交叉耦合问题导致该机飞控系统杂乱，最终致使航行器坠毁。

△工作人员在对X-50A原型试验机进行调整

之后，波音公司很快打造了第二架改善版本的原型机，该机被称为“Ship2”，设计师们一向认为这架原型机已经解决了第一代原型机中所碰着的所有问题，所以对其等候很高，为此，波音公司和DARPA最初规划基于这个二代原型机，开展一系列的航行测试，总计次数为11次。2006年4月12日，该机在美国军方台甫鼎鼎的尤马试验场（YumaProvingGrounds）进行了第六次航行测试，但不幸的是，二代原型机同样显现了操作故障，立即坠毁，该机也被“完全破坏”。

△工作人员正在为X-50A试验机进行航行测试之前的调整

事变查询小组在随后的查询中发现，该机的航行测试过程中，其机身受到了极端敏感的气动俯仰力矩的影响。无论是航行来流照样旋翼尾迹都邑使得机身发生一个昂首力矩，其量级完全跨越了该机的航行掌握系统所可以赔偿的水平，最终致使其操作失效而坠毁。

△停靠在跑道上的X-50A试验机

从两架原型机的事变角度剖析，都能够发现，最终导致事变的素质上并不是“停转旋翼”这项进步手艺的原因，而是“蜻蜓”停转旋翼机自己在气动结构方面存在的多个气动面之间耦合干扰问题，以及该机的预编程飞控系统自己存在的缺陷，最终导致了该项目的失败。

△波音公司对于X-50A停转旋翼机将来衍生型号的构想

总的来说，因为X-50A两架原型机都存在气动和航行掌握系统方面的问题，致使其始终没能在航行测试中杀青全速前飞模型的测试。2006年9月份，美国国防进步研究项目局的评估小组最终认为该机在设计上存在临时无法解决的固出缺陷，为此撤销了对该项目的帮助。尽管鬼魅工场的“蜻蜓”项目失败了，然则停转旋翼的概念手艺却仍然激发了多方的乐趣，西工大的研究团队就曾按此打造过缩比样机索求停转旋翼的道理和潜能，当然这就是此外的故事了，感乐趣的迎接持续存眷......