美軍下代直升機即將出爐，各家軍工的尖端技術，完美完成美軍要求 早期航母如何彈射飛機，美軍航母如何省錢？

美軍直升機正面臨着後繼無人的難題 UH-60黑鷹 AH-64阿帕奇 CH-47支努干 這些現役直升機的服役年齡 都已經超過了40年了 而美軍爲了替換它們 開展了一系列計劃 今天大兵帶兄弟們瞭解一下 美軍下一代直升機 其實早在2009年的時候 美軍就計劃研製下一代直升機了 當時計劃呢名爲GMR 意爲聯合多用途直升機 美國陸軍對下一代直升機的要求 可謂是十分苛刻了 要求其飛行速度 必須超過430公里每小時 作戰半徑達到424公里 這個速度是AH-64阿帕奇 巡航速度的近兩倍 機動能力十分強勁 在動力系統上 美國陸軍同樣也想做出突破 要求任何一架GMR飛機 在懸停能力 速度 航程 以及有效載荷和燃油效率上 超越任何一架現役直升機 至少能在3000米處保持懸停 並在9000米的高空巡航 和空軍的六代機一樣 GMR也同樣要具有 有人駕駛和自主駕駛的能力 這對下一代直升機的航電系統 以及處理器性能 提出了很高的要求 不過目前呢該技術已經有眉目了 早在2010年 希克斯基就開始研究 如何將黑鷹無人化 在2022年匯聚工程演習中 希克斯基進行了 黑鷹無人的首次公開識飛演示 當時美陸軍計劃研發 三到五種不同類型的 擁有垂直起降能力的飛機 來取代當前現役的陸軍直升機 根據體型和重量 具體分爲四種 目前呢輕型和中型 已經具有了具體的計劃 比如用於攻擊和偵察的輕型直升機 項目代號爲FARA 在這一項目上呢 美軍着重在飛機大小上做出了限制 要求其機身和懸翼最大尺寸 不能超過12.2米 在速度方面陸軍並沒有嚴格限制 但依舊希望競選者的 巡航速度超過330公里每小時 FARA會替代現役的OH58偵察直升機 現在的FARA項目有兩名候選人 分別是來自洛馬旗下的 希克斯基公司的突襲者X 和來自貝爾德士龍的貝爾360 關於這兩架飛機的細節 大兵等一下再聊 我們事先回到GMR計劃上 中型直升機項目代號爲FLRAA 計劃替代UH60黑鷹直升機 目前該項目已經有了候選人了 就是貝爾的V280 而希克斯基的SB1則在競爭中落選了 至於用來替換CH47支弩杆的重型GMR 目前呢還沒有消息 但是美國陸軍在2035年推出的招標計劃 並在2060年之前完成首飛 目前波音公司有意參加該項目的競標 資料查到這裏 大兵心裏也不免泛起了嘀咕 美軍這要求也太多了 真有直升機能同時做到這些功能了 接下來我們就來分析一下 目前GMR計劃的參賽者的技術細節 目前GMR參賽者 在懸疑模式上大致分爲四種 第一類就是傳統的單懸翼直升機 UH-60黑鷹和AH-64阿帕奇 都屬於這種類型 由一個大的螺旋槳提供升力 由於角動量守恆的原因 當螺旋槳旋轉時 直升機整體也會受到一個使其旋轉的扭矩 因此在單懸翼直升機的尾部 都有一個小的螺旋槳 來平衡大螺旋槳的扭矩 以阿帕奇爲例 由於其螺旋槳是右懸 俯視以逆時針旋轉 所以其小螺旋槳在尾翼右側 向左產生推力來平衡扭矩 那麼有兄弟可能會問 那小的螺旋槳的扭矩怎麼辦呢 由於小螺旋槳是垂直的 因此它產生的扭矩 會讓直升機產生縱向翻轉的扭矩 但該扭矩會被大螺旋槳產生的升力所平衡 所以我們發現 所謂的單懸翼螺旋槳 其實也有兩個螺旋槳 只不過是一大一小 一橫一豎 這種直升機的優點 自然是技術較爲成熟 生產成本較低 維修起來比較容易 但缺點是機動力不足 一個螺旋槳既要提供向上的升力 又要提供向前的推力 所以一般單懸翼直升機 都會採用俯衝的方式來增加速度 但是在這種加速方式 會極大的增加飛行的危險性 因爲向前俯衝 會加大直升機的傾斜角度 當其傾斜角度過大的時候 大螺旋槳產生的扭矩 就會小於小螺旋槳產生的推力 整架直升機就會向側面翻轉 最終導致機毀人亡 因此單懸翼螺旋槳直升機的速度 都被嚴格的限制 最高飛行速度 一般在300公里每小時左右 難以達到美軍對GMR的要求 因此我們能夠看到 GMR的參賽作品 很少出現單懸翼直升機 爲什麼大兵用了很少這個詞呢 因爲貝爾在對輕型GMR項目的 FARA中選擇了一架單懸翼 作爲競標項目 該直升機名爲貝爾360 以貝爾525爲基礎進行開發 採用貝爾525的 相同的絞接式懸翼系統 成員最多爲兩人 據防務新聞所稱 該飛機的巡航速度 達到了330公里每小時 這對於一架單懸翼直升機來說 可謂是有些赫人聽聞了 因爲目前單懸翼直升機的 最高速度爲400公里每小時 該記錄由韋斯蘭特山貓直升機 在1986年創下 但其巡航速度 也只敢維持在244公里每小時 而根據貝爾官網的信息 其並沒有透露 關於該飛機的具體數據 但從渲染圖判斷 貝爾360就是一架 普通的單懸翼直升機 所以大兵猜測 貝爾360極有可能是在飛機材料 或者是飛控系統上 產生了革命性的突破 如果貝爾360有更多細節放出 大兵也會在第一時間 爲兄弟們分析其中的技術細節 除了貝爾360以外 競選FARA項目的 還有另一款直升機 是來自希克斯基的突襲者X 這架飛機看似和貝爾360一樣 屬於單懸翼直升機 但我們仔細觀察 就會發現 突襲者其實是在一個軸上 串了兩個螺旋槳 這種直升機 被稱爲共軸雙懸翼直升機 而希克斯基稱這種技術爲 X2技術 共軸雙懸翼螺旋槳的起源非常之早 在1754年7月 俄羅斯科學家米哈伊爾 就用木頭製造了一個小型的 共軸雙翼飛行器 共軸雙懸翼直升機的兩個懸翼 葉片方向相反 這樣在旋轉時 兩個懸翼會朝相反的方向旋轉 其產生的扭矩會相互抵消 從而保證直升機的穩定 同時這樣的設計還有一個好處 就是無論飛行器向哪個方向傾斜 其扭矩的方向都會保持相同 依然會相互抵消 不會和單懸翼直升機那樣 一旦俯衝角度過大就會側翻 這會使得共軸雙懸翼直升機的機動性 來到了一個新的臺階 當然這種直升機並不是沒有缺點 由於直升機控制方向 是通過控制特定方法的 葉片旋轉達成的 一般控制葉片方向的機械 被稱爲斜盤 斜盤通過連接杆控制葉片的角度 在單懸翼直升機上 只需要一個斜盤就能控制 而在共軸雙懸翼直升機上 斜盤的控制結構更加複雜 機械故障率直線提升 同時由於兩架懸翼距離太近 當機翼旋轉時 旋轉方向又相反 當葉片旋轉時 產生的氣流會相互干擾 導致葉片發生一定程度的變形 同時在斜盤變動方向時 懸翼也會產生一定幅度的傾斜 一旦駕駛員用力過猛 上下兩個螺旋槳的槳葉 就會撞在一起 爲了避免這種情況 大部分雙懸翼直升機 都會將兩架螺旋槳之間的距離拉大 比如說俄羅斯的卡50黑鯊直升機 其高聳入雲的螺旋槳 給人留下了深刻的印象 而我們反觀 希克斯基公司的突襲者X 卻絲毫感受不到這種情況 難道這是希克斯基爲了產品賣相 而做出的藝術性加工嗎 這個問題的答案 我們還要從突襲者X的原型 S97突襲者身上去找 通過剛性的螺旋槳葉片 以及增加槳葉數量 降低螺旋槳的轉速 強行壓低了槳葉 因外界因素而產生的形變 使其擺動幅度限制在很小的距離 這樣就能減小兩個槳葉之間的距離 同時在直升機的尾部 希克斯基將單懸翼直升機側向的尾槳 掰向了後方 希克斯基早就發現 當單懸翼直升機進入高速平飛狀態時 其尾翼和空氣摩擦產生的氣動力 就足以均衡扭矩 此時用於平衡扭矩的尾部懸翼 就成了擺設 於是希克斯基在1972年 將一架直升機的尾槳設置爲 能夠在一定速度下自動旋轉90度向後 並且成功地將該直升機的速度 提升了30% 這種尾槳被稱爲推力尾槳 通過共軸雙懸翼以及推力尾槳的搭配 使得S97的速度來到了410公里每小時 最高速度更是達到了440公里 而突襲者X比原型機大了20% 根據希克斯基的預測 未來突襲者X的最高速度 將超過460公里每小時 在擁有了強勁動力的同時 突襲者的靈活性 同樣也和單懸翼直升機一樣 可以在空中自由地朝向各個方向傾斜 11米的最大寬度 也能讓它在較爲侷限的空間內 實現垂直降落 這可以說是突襲者最大的優點 爲什麼大賓要這樣說呢 因爲下一架直升機就沒有這麼靈活了 它就是用於替代黑鷹的 下一代遠程攻擊機 貝爾V280勇氣直升機 乍看之下 勇氣直升機和海軍的魚鷹直升機 在長相上十分類似 都屬於輕轉懸翼直升機 關於勇氣直升機的裝備和性能 感興趣的兄弟 可以去看大賓這期視頻 本期視頻呢 我們就來着重聊聊其技術世界 這種直升機同時保留了 固定翼飛機的高速度 以及直升機垂直起降的優點 我們以魚鷹爲例 在兩側的機翼上 有兩個可縱向旋轉的懸翼 在起飛時 懸翼垂直向上 產生向上的推力 同時和其他雙懸翼直升機一樣 兩個懸翼的旋轉方向是相反的 以此來抵消扭矩 隨着魚鷹的高度上升 懸翼的傾斜角度也越來越大 整架飛機向前運動的速度增加 機翼與空氣摩擦產生的氣動力 開始取代懸翼產生的升力 拖起魚鷹在空中飛行 最終兩架懸翼完全放平 魚鷹也達到了最高速度 在空中 魚鷹最快能在12秒之內 完成機翼90度旋轉 然而在降落時 事情就沒有這麼簡單了 由於魚鷹的兩個懸翼轉速較快 在下落時會在機翼上方形成渦流 如果垂直下落 那麼這些渦流就會持續累積 最終影響飛機的穩定運行 爲了避免渦流 我們能看到魚鷹駕駛員 都是向一邊緩緩向前 一邊下降 以此來躲避渦流 這就導致了 旋轉翼直升機的降落路線 是一條緩緩下降的斜線 無法和單懸翼和共軸雙懸翼直升機一樣 實現真正意義上的垂直降落 同時渦流問題 也使得其操作難度直線上升 這使得魚鷹的事故率一直居高不下 而這次貝爾公司設計的勇氣直升機 不僅優化了飛控系統 還需要4名駕駛員一同駕駛飛機 以此來保證飛行的穩定性 同時對於陸軍來說 在陸地機場上降落 也遠比在航母甲板上降落簡單 勇氣直升機的駕駛員 只需要在空域安全之後 帶着4500公斤的武器 對地面進行飽和打擊就行了 關於美軍下一代垂直起降戰機 兄弟們還有什麼想法 歡迎在評論區留言討論 本期視頻到此結束 我是大兵 我們下期再見 最近大兵在查找資料時 看到了這樣的一張圖 相信對美國海軍 有一定了解的兄弟們已經看出來了 這是世界上第一艘核動力航空母艦 代號CVN65 美國海軍企業號 就是這艘超級航母上的一個小部件 彈射索回收角 關於這個小部件的到底是什麼 在航母運作中起到什麼作用 今天我們就來聊一聊這個突出的角 航母呢從二戰開始崛起 直到現在仍然是海軍力量的絕對核心 而航母的核心戰鬥力 便是其上搭載的艦載飛機 包括戰鬥機、預警機、運輸機、直升機 等等各類型艦載航空機 將航母的控制打擊範圍 擴展到了其他軍艦遙不可及的地步 那麼除了直升機以外的固定翼飛機 要如何在比陸地機場 跑到短得多的航母甲板上起降呢 這就不得不提到 現代航母艦載機的兩種主要起飛方式 一種呢便是華越式 例如英國的伊麗莎白女王級航母 以及前蘇聯俄羅斯的 庫茲涅佐夫級航母 華越式起飛呢 就是通過在飛行甲板前段設置一個跳臺 給滑跑中的艦載機一個垂直向上的助力 來幫助艦載機起飛 這種方式的優勢呢 在於沒有什麼技術難度 也不需要什麼成本 所以一些追求性價比的國家 在建造航母時就會採用這種方式 而它的缺陷呢也是顯而易見的 那就是跳臺能給飛機起飛帶來的助力 是有限的 這就導致艦載機的起飛重量受到限制 戰鬥機無法滿載起飛 而艦載的預警機運輸機 更是乾脆無法使用華越式起飛 那航母的整體戰鬥力就會大打折扣了 正是因爲華越式起飛缺陷明顯 其省錢的優點 對於財大氣粗的美軍來說呢 也並沒有什麼實際意義 所以二戰後美軍建造的現代航母 無一例外的採用了另一種 也就是相對更加主流的彈射起飛方式 相比華越式彈射式的起飛重量更大 使得艦載的戰鬥機可以滿載起飛 而且還可以彈射無法以華越式起飛的 各種大型艦載機 比如固定翼預警機和運輸機等等 航母彈射起飛飛機的畫面呢 我想各位兄弟應該都不陌生 飛機會先被牽引到彈射軌道上 隨後甲板人員呢 會把飛機的前起落架固定在軌道上 在各項檢查通過後 伴隨着飛行員的手勢 嗖的一聲 一架幾十噸重的飛機 就會被這股巨大的力 加速至接近300公里每小時 從而脫離甲板飛向天空 可是各位知道嗎 在上世紀60年代以前 航母彈射的畫面啊 可並非如此 那時候的艦載機呢 還在使用一種被稱爲 託索式彈射的彈射方式 簡單來說呢 就是在彈射時 用一根固定在彈射器滑軌上的鋼索 勾住機身前部 而機身後部呢 還需要另一根鋼索 將飛機固定在甲板上 在彈射時後部的鋼索會先被拉斷 而前部的鋼索會在彈射器的作用下 拖曳飛機在甲板上滑行 在飛機脫離彈射器以後 鋼索脫落飛機起飛 在飛機脫離甲板起飛之後呢 從飛機上脫落的彈射索 會順着彈射器滑軌 落在一片鋼網之中 這片鋼網以及支撐它的結構 就是咱們開頭所說的 彈射索回收角了 採用這種結構呢 是因爲能彈射飛機起飛的鋼索 本身重量就不低 在脫離飛機之後呢 並不會飛出去很遠 因此只要在艦體前段架起一片鋼網 就能順利的接住掉落的鋼索 兄弟們可能會問呢 不就是一根鋼索嗎 掉海里又能怎麼樣呢 但是能承受得住航母彈射的鋼索 它本身就不便宜啊 以美軍航母的出動架次爲例 可能一天就要消耗掉上百根這樣的鋼索 就算是美軍也是消耗不起的 而且其實彈射過程 並不會對鋼索本身產生什麼破壞 完全是可以回收再利用的 於是航母上便出現了這樣一個回收裝置 前面的鋼索回收了 那麼後面的鋼索雖然掉在航母甲板上 但是都被拉斷了 還怎麼用呢 各位不要着急 連接機身後部的鋼索並不是真正的被拉斷了 因爲在這根鋼索連接甲板的位置 有一個可消耗的可拉斷金屬接頭 飛機在彈射起飛時 拉斷的呢只是這塊金屬接頭 而鋼索本身依然是毫髮無損的 可以回收並且進行重複使用 託索式彈射相比後來的起落架 拖曳式彈射有着很多的缺點 最終呢導致它被後者所淘汰 首先是安全餘度低 託索彈射因爲是一根鋼索對摺連接飛機上的兩個點 因此就要求這個對摺必須十分精準 否則在起飛時極易發生危險 爲此經常有飛機在彈射前 因鋼索掛不準 反覆的進出起飛位 非常影響出動效率 另一個問題呢是自動化程度低 託索彈射一前一後 兩根鋼索必須要人工掛載 那個消耗式的拉斷塊 也需要根據飛機的型號選擇 這樣彈射一架飛機光兩根鋼索 要前前後後十幾個地勤圍着飛機轉 極大的消耗了航母上寶貴的人力 那麼既然託索彈射有這麼多問題 爲什麼在一開始還要使用這種方式呢 這主要是由蒸汽彈射的特性 以及當時的艦載機所決定的 蒸汽彈射簡單來說呢 就是將航母鍋爐產生的高壓蒸汽儲存在汽缸中 然後瞬間釋放 利用這股強大的力帶動艦載機飛速向前滑動 從而將飛機彈射出去 由於這股力呢是瞬間爆發的 這就對飛機的結構強度提出了很高的要求 而上世紀60年代使用的艦載機的機身強度普遍偏弱 很容易在彈射時受到損傷 尤其是起落架位置根本無法承受彈射時的巨大力道 因此託索式彈射才必須用兩根鋼索 直到上世紀60年代初 隨着艦載機的機身結構強度優化 普遍加強了前起落架結構 託索式彈射迅速被更方便效率更高的 前輪拖曳式彈射所取代了 前輪拖曳式彈射雖然已經是當今技術水平下的彈射方式的最優解了 但是蒸汽彈射本身的固有缺陷 比如結構複雜 維護成本高 體積巨大 詐量佔用艦上空間 彈射過程要消耗大量彈水 連續彈射後的空擋期等等 依然在困擾着航母 於是在21世紀的頭十年裏 美國海軍開始了新一代航母彈射裝置 電磁彈射器的研製 2010年底由美國通用原子公司開發的 世界上第一套電磁彈射裝置測試成功 並被美國海軍選中 安裝在了美海軍最新的次世代超級航母 電磁彈射系統是一種使用電動機作爲動力來源 通過電磁感應效應產生強大的磁場 來彈射艦載機的新型彈射系統 電磁彈射系統的核心是一臺大功率直線感應電機 由航母的動力源驅動發電 發出的電能會被暫時儲存 在能量儲存系統中 彈射時在控制系統的調整下 以最合適的力度將艦載機彈射出去 跟蒸汽彈射相比 電磁彈射的優勢體現在多個方面 首先是體積和重量 電磁彈射系統體積更小 重量更輕 因此可以爲航母騰出來大量的多餘空間 用來安裝電子設備或者改善艦員的居住環境 隨着體積變小以及機械結構的減小 維持電磁彈射系統運行和進行相關維護所需要的人力也進一步減少 如果說這些優勢還只是優化了航母的運行和維護 來間接提升了航母戰鬥力 那麼接下來幾項關於艦載機相關的優勢 就是直接提升了航母的核心戰力 過去由蒸汽彈射系統的原理所限 在連續彈射多架艦載機後就必須停止作業 直到爲彈射器補充足夠的蒸汽 而電磁彈射裝置的能量儲存系統充能速度極快 大約45秒左右就能重新充能完畢 這就使得采用電磁彈射系統的航母的應急起飛能力 遠超使用蒸汽彈射的航母 而且電磁彈射系統的加速度可以通過控制系統靈活調整 可以針對不同重量大小的飛機調節不同的能量輸出功率 極大豐富了航母可以攜帶的艦載機種類 同時電磁彈射系統的最大功率也要高於蒸汽彈射系統 不僅可以彈射更大更重的艦載機 更高的功率也帶來了更大的安全冗餘 正是由於電磁彈射相比蒸汽彈射的巨大優勢 採用電磁彈射的福特級航母 將會逐步取代使用蒸汽彈射的尼米茲級航母 如果現役的尼米茲級航母全部被福特級取代 那麼本就強大的美國海軍的戰鬥力還會更上一層樓 縱觀航母的發展史 從滑躍式到彈射式 從勾索彈射到前輪拖曳式彈射 再從蒸汽彈射到電磁彈射 航空母艦的不斷進化都伴隨着不同時代的艦載機的升級 畢竟對於航母來說 艦載機就是其戰鬥力的核心 航母上的一切都可以說是爲艦載機服務的 在可以預見的未來 使用電磁彈射器搭載F35隱身戰機 和X-47B隱身無人機的福特級核動力航母 將會成爲美軍最爲依賴的海上力量 而隨着技術的不斷發展 更先進的艦載機和與之匹配的更先進的航母 又需要多久才能出現在我們的視野之中呢 我是大斌 我們下期視頻再見