费尔雷“罗托达因”,英国高速旋翼机黑科技汇总

随着西科斯基X-2和欧直X3高速复合直升机的成功试飞，近年来，高速旋翼机概念又重新受到了人们的关注。但大多数人并不知道，早在半个世纪前，英国费尔雷公司就成功研制出了一种桨尖喷气的高速旋翼机——“罗托达因”（Rotodyne）。

“罗托达因”客机想象图 西科斯基X-2 欧直X3 载客100人的飞机以两倍音速飞越北大西洋？没问题，我们在40年前就做到了。 把人类送到月球，然后再让他们安全回家？我们在47年前就做到了。 制造一架结合了直升机和固定翼飞机能力的梦幻客机？ 呃，我们正在努力。 你可能会认为，航空工业经过100多年的惊人发展后，应该能研制出完全不需要跑道的客机了，从而省下建造机场的昂贵费用。但谁知，事与愿违。

21世纪初，美国航空航天局曾研究过无须跑道的商用飞机概念，要求能装载可观的载荷垂直起降，而且时速高达644公里/时。不过这项研究最终停留在纸上，研究的三个方案中有两个是倾转旋翼设计，而且比美国海军陆战队的贝尔-波音V-22“鱼鹰”更加复杂。

研究的三个方案中有两个是倾转旋翼设计，而且比美国海军陆战队的贝尔-波音V-22“鱼鹰”更加复杂 然而早在半个世纪前，一家英国制造商似乎已经提出了解决方案，这就是费尔雷公司的“罗托达因”。该机是世界上第一种垂直起降客机，可载客42人，一度吸引了英国欧洲航空公司的浓厚兴趣。但不幸的是，“罗托达因”最终因英国政府预算不足而被迫取消，像英国的其他许多飞机项目一样，在身后留下一片唏嘘。

“基罗达因” 尽管费尔雷飞机公司在二战中的主业是制造海军飞机，但到20世纪50年代中期，该公司已经在旋翼机研制方面积累了相当丰富的经验。战后不久，费尔雷公司就成立了以詹姆斯·贝内特博士领导的设计团队，设计出FB-1（费尔雷-贝内特-1）直升机，后被命名为“基罗达因”（Gyrodyne）。“基罗达因”在设计上显示出了一些独到的创新，特别是在处理旋翼扭矩方面。

“基罗达因”在设计上显示出了一些独到的创新，特别是在处理旋翼扭矩方面 “基罗达因”的右侧短翼翼尖处安装了一副拉进式螺旋桨，由520马力的阿尔维斯“利奥尼达斯”活塞发动机驱动，用以平衡旋翼扭矩并提供前进推力

“基罗达因”的右侧短翼翼尖处安装了一副拉进式螺旋桨，由520马力的阿尔维斯“利奥尼达斯”活塞发动机驱动，用以平衡旋翼扭矩并提供前进推力。除这幅螺旋桨外，“利奥尼达斯”发动机还要驱动主旋翼。该机的传动结构很复杂，有三个变速箱和多套减速齿轮，与发动机加在一起占了直升机一半的重量。“基罗达因”的速度比普通直升机快，1948年公司首席直升机试飞员巴兹尔·阿克尔少校驾驶原型机创造了新的直升机速度世界纪录——108节（200公里/时）。不幸的是该机在第二年因致命事故坠毁，事后发现是金属疲劳所致。

第一架“基罗达因”结构图 费尔雷公司并未放弃“基罗达因”，研究团队得到了奥格斯特·斯捷潘工程硕士的加盟。他曾与奥地利工程师弗里德里希·冯·多布尔霍夫合作在1943年研制出世界上第一架喷气动力直升机。斯捷潘加盟后，贝内特改任首席直升机工程师，阿奇·福赛上校和乔治·希斯洛普博士担任开发主管。

第二架“基罗达因”在外观上看起来和第一架很像，但使用了完全不同的技术。单副拉进式螺旋桨被两副安装在短翼翼尖处的推进式螺旋桨取代，同样由“利奥尼达斯”发动机驱动。此外，利奥尼达斯”发动机还驱动两台压气机，用于向安装在两片旋翼叶片尖端的喷嘴供气。在喷嘴中，高压空气和通过旋翼叶片油路输送来的煤油混合后点燃，推动旋翼旋转。整套系统的原理就是基于冯·多布尔霍夫的开创性发明，被当时的人们称为“奇葩的活塞喷气式直升机”。

第二架“基罗达因”在外观上看起来和第一架很像，但使用了完全不同的技术 第二架“基罗达因”不容易驾驭，从直升机模式的垂直起降到旋翼机模式的平飞之间的转换涉及棘手的给接通/切断旋翼动力操作，飞行员稍有不慎就会大幅损失高度。试飞员约翰·丹尼斯终于在1955年3月掌握了转换飞行的技巧，在当年的范堡罗航展上进行首次完整飞行循环表演。这届航展的一个大事记就是禁止飞机产生超音速音爆，结果“基罗达因”的噪音堪比音爆，观众们称它发出的噪音“难以忍受”。

这届航展的一个大事记就是禁止飞机产生超音速音爆，结果“基罗达因”的噪音堪比音爆，观众们称它发出的噪音“难以忍受” “基罗达因”的成功为正处于研制后期的“罗托达因”打下了坚实基础。事实上，旋翼机权威大卫·吉宾斯曾表示，喷气式“基罗达因”对“罗托达因”项目的重要性“怎么强调也不过分”。“基罗达因”最终完成了190次转换飞行，使设计团队充分了解其中的奥妙。吉宾斯说：“最直接的结果，是使团队对‘罗托达因’项目建立起足够信心，认为该机的设计目标是能够达到的，且安全水平可以接受。”

第二架“基罗达因”三面图 “罗托达因”的早期设计模型 “罗托达因”的设计 “罗托达因”的桨尖喷气系统是在白沃尔瑟姆机场的费尔雷工厂研制的，这里有个特别小组隐藏在工厂的一个偏僻角落，在正常工作时间以外对该系统进行测试。“罗托达因”发动机和旋翼系统也同时在下博斯库姆的英国皇家空军飞机和军械实验中心进行测试，这里有一个安装了“罗托达因”所有关键部件的测试台架，所有部件的安装方式都参照实机。

这里有一个安装了“罗托达因”所有关键部件的测试台架，所有部件的安装方式都参照实机 正在制造中的原型机 “罗托达因”原型机在海耶斯组装完毕后被运输到白沃尔瑟姆机场，于1957年11月6日进行了首飞。原型机裸露着金属表面并标着XE521的军用序列号，表示是英国军队的财产。尽管该机是一架客机原型机，但从未获得过民用注册号。原型机在首飞中没有收回起落架，而且主起落架被支架撑住以避免共振，发动机整流罩也被拆掉以保证足够的冷却。

“罗托达因”原型机在1957年11月6日首飞 “罗托达因”原型机的首飞机组 “罗托达因”原型机在首飞中进行了桨尖喷气直升机模式飞行，不过持续时间很短暂，仅一个循环。费尔雷首席直升机试飞员罗恩·盖里特利少校和副驾驶约翰·莫顿少校均未报告首飞出现任何异常情况。

原型机的正式名称是“罗托达因”Y，名义上是一种40座客机，但实际上仅是一架技术验证机，该机客舱的大部分空间都被测试仪器占据，座椅数量从未超过20个。“罗托达因”Y是全金属半硬壳式盒形结构，从前方人员舱门到后方蛤壳式货舱门的机身截面都已一模一样的方形。该机的上单翼有两根平行主翼梁，机翼厚度和弦长从内到外保持不变，平尾也是如此设计的。该机具有双垂尾和双方向舵，垂尾上半部后来改成可向外折叠以避免在地面停放时碰到旋翼叶片。

该机具有双垂尾和双方向舵，垂尾上半部后来改成可向外折叠以避免在地面停放时碰到旋翼叶片。 “罗托达因”的主旋翼塔是一个独立部件，基本上是个由钢管构成的空间框架，通过4个螺栓固定在翼梁上。该机的双轮主起落架向后收入发动机舱，双轮前起落架向前收入机头。设计团队尽量做到简化飞机结构，在保持强度的同时方便维护。 “罗托达因”的主旋翼塔是一个独立部件，基本上是个由钢管构成的空间框架，通过4个螺栓固定在翼梁上 “罗托达因”的动力由两台“纳皮尔”NEI7涡桨发动机提供，单台额定功率3250轴马力。每台发动机驱动一副4叶拉进式螺旋桨，后方伸出一根轴驱动一台轴流压气机，最多可以向旋翼桨尖的喷嘴提供每秒20千克的空气流量，流量可以通过总距杆以及压气机进气口内的伞状叶片共同调节。

“纳皮尔”NEI7涡桨发动机

每台发动机驱动一副4叶拉进式螺旋桨，后方伸出一根轴驱动一台轴流压气机 虽然“罗托达因”Y没有传统直升机的旋翼和尾桨传动机构，但该机的旋翼头仍然很复杂，因为内部有向旋翼桨尖喷嘴输送空气和燃油的复杂管道以及点火系统。从两台压气机出来的高压空气先汇总后再通过两根管道输送给径向相对的两片旋翼叶片（一共4片叶片），确保单发失效时旋翼能获得稳定气流供给。“罗托达因”Y的桨尖喷气系统有效而可靠，大卫·吉宾斯评价这个系统是“整个项目的伟大成就之一”。 虽然“罗托达因”Y没有传统直升机的旋翼和尾桨传动机构，但该机的旋翼头仍然很复杂 旋翼变距机构 试飞 “罗托达因”的起飞和传统直升机一样，由桨尖喷气旋翼提供升力。一旦升空后，该机既可以直升机模式飞行，也可以旋翼机模式飞行。在后一种模式中，旋翼处于自由旋转的卸载状态，大部分升力由机翼产生，推进力由螺旋桨提供。从直升机模式向旋翼机模式的转换是通过逐渐降低旋翼喷嘴推力，最终脱开压气机离合器并停止向喷嘴供油实现的，重回直升机模式基本上就是反过来。涉及的座舱操作相对简单，乘客几乎觉察不出转换过程。

“罗托达因”Y的座舱 试飞进展顺利，只是试飞团队在5个月后才有积累足够信心尝试首次转换飞行，这是1958年4月10日在1219米高度进行的。1959年1月5日，盖里特利和莫顿驾驶“罗托达因”创造了平均速度165节（306公里）的100公里闭合航线直升机速度纪录，比传统直升机纪录快了43节（80公里/时）。吉宾斯说这次破纪录飞行是“在正常起飞后使用旋翼机模式实现的，展示出该机可以像普通飞机那样飞行。”半年后，试飞进入新阶段，“罗托达因”开始首次海外之旅——途径布鲁塞尔参加巴黎航展。费尔雷在一段特别宣传片中声称“罗托达因”的巡航速度已经达到了174节（322公里/时），“几乎是其他任何能在城市中心之间运营的直升机速度的两倍”。

这部影片现在可以在YouTube上观看，影片声称“罗托达因”从布鲁塞尔飞到巴黎仅需58分钟：“去这些城市的候机楼乘坐固定翼航班的预定行程时间是3小时15分钟，足足是‘罗托达因’的三倍。‘罗托达因’作为飞行吊车使用时可精确吊装一座仅长30米的桥梁。”

“罗托达因”Y吊装桥梁 大卫·吉宾斯作为一名测试工程师曾参加过大约50架次“罗托达因”试飞，此前他一直效力于费尔雷的导弹项目，结束后就来到白沃尔瑟姆参加桨尖喷气旋翼机的研制。他在多年后接受采访时回忆道：“我很清楚自己渴望回到试飞工作，奥格斯特·斯捷潘马上让我参加‘罗托达因’的试飞项目。我从他和他的团队身上学到东西使我受益终身。”

吉宾斯一直干到“罗托达因”项目结束，他回忆道：“我们都是一人多用，不仅要操作测试仪器，还要关注飞机本身的状况——发动机和应力。我负责监测仪器，并在膝板上做记录。”

“罗托达因”Y机舱内部的测试仪器 噪音控制 尽管“罗托达因”取得了令人瞩目的成就，但该机的噪音遭到了人们的抱怨。费尔雷前学徒及后来克兰菲尔德大学名誉教授丹尼斯·豪说：“‘罗托达因’的确存在一个致命的弱点，那就是桨尖喷气噪音。否则我认为这是一个极好的概念，甚至在噪音问题被重视起来之前该机的前景可以说是一片光明。虽然桨尖喷嘴只在起降时工作，但如果你从一个市中心飞向另一个市中心，公众就会对此抱怨，这个工作时机可真不是时候。”