西科斯基公司作为世界著名的直升机制造商之一，一直以来以其技术实力和创新能力著称。近日，该公司决定接下X翼复合式直升机项目，引起广泛关注。迎难而上，正是西科斯基一直秉持的精神，他们愿意挑战自我，突破技术难关，为整个航空领域带来更多创新和进步。而X翼复合式直升机项目的开展，也将为西科斯基公司带来更多商业机会和技术突破，进一步巩固其在航空领域的领先地位。不负众望，西科斯基将为航空业带来更多惊喜和发展机遇。
为了打造一种同时具备直升机悬停性能和固定翼飞机高速飞行性能的先进飞行器，多年以来，世界各国的航空公司提出了各种各样的脑洞大开的概念设计方案，其中就包括直升机行业的执牛耳者——西科斯基——曾参与的新颖概念设计方案：X-Wing（国内一般读作“叉翼”）。
X翼飞行器的显著特点就是配备了一副直径很大的刚性旋翼系统，该系统能够在飞行过程中“锁死”，从而使得旋翼变成“X”型机翼。在当时的直升机理论界，常规想法就是：直升机若要获得更高的前飞速度，其旋翼必须能提供更大得拉力，而旋翼的尺寸不可能无限制扩大，相比之下，直升机的桨盘载荷就必须要增大（所谓桨盘载荷也就是旋翼拉力与旋翼桨盘面积的比值，单位为“牛/平方米”），但是大桨盘载荷的直升机悬停性能又会较差，X翼的提出，首先就解决了这一让设计师难以抉择的重大难题。
除此之外，一般复合式直升机若要实现高速前飞，势必要加装独立的机翼使其在高速飞行时侯能够分担主旋翼所需提供的升力，这样一来，空机重量势必要增大，空重比（空机重量与起飞总重的比值）显然就要增大，负载能力势必降低，X翼则不需要加装额外的机翼，因此可以获得更优的空重比。兼具低桨盘载荷和高亚音速飞行能力，一架双发的X翼飞行器仅凭单发就能够执行覆盖大部分飞行包线的飞行任务。
图——不同类型飞行器悬停桨盘载荷vs最大飞行速度对比图，黑色条带中左起：常规直升机、倾转旋翼机、Direct Lift是指具备垂直起降能力的固定翼飞机
早期概念的形成——从学术派到实用派
X翼的概念最早并非是西科斯基提出来的，而是由英国南安普顿大学的伊恩·奇斯曼教授在进行其“冲压发动机”试验时候提出的。奇斯曼教授将科恩达效应（又称射流附壁效应）应用到柱形旋翼桨叶的升力控制上。科恩达效应的原理就是当气流沿着物体表面切线运动的时候，它将倾向于黏附在物体表面流动，直到物面曲率极大之时，才会分离出去。
图——科恩达效应示意图
这种流动效应就像是为旋翼增加了一段“虚拟襟翼”，奇斯曼教授确信可以在固定翼飞行器上加装一副这种设计的旋翼，该旋翼仅需在起飞和着陆时转动，且能够在飞行中实现停转/启动等操纵。也就是说一旦该飞行器意图加速飞行，将可停转旋翼并将其折叠收起以增大巡航效率；若要垂直下降，只需展开旋翼，并启动旋转即可。
奇斯曼教授作为学术派科研大家，虽然提出了一系列构想，但是并未落到工程实际上去，其所采用的“柱形桨叶”也并不适用于常规飞行器。在此基础上，美国海军舰船研究和发展中心（Naval Ship Research and Development Center；DTNSRDC）的工程师大卫·泰勒进行了进一步的研究和修正，使其更贴合工程实际。大卫将常见翼型的尖锐后缘改为钝头后缘（又称椭圆后缘），并成功应用了这一原理。
图——双钝头翼型和常规翼型的对比，上方为常规翼型，下方为双钝头翼型
大卫的工作最后演变成了X翼的初始概念，通过对翼型绕流环量的控制来实现“任意方向”升力的控制，以此使得旋翼能够在空中实现“停转”和“启动转动”。1976年，美国国防部先进项目研究局（Defense Advanced Research Projects Agency；DARPA）也参与到了海军的X翼项目中。
从概念到实际——洛克希德/美国海军/DARPA/NASA的鼎力合作
随后，来自当时的洛克希德的一小队精英工程师接受了这一概念飞行器的论证工作。他们按照美国海军和DARPA的设想，完成了首型X翼飞行器的初步设计方案，制造出一架重约1吨、旋翼长度25英尺的缩比样机并进行了飞行测试。该部分工作的主要目的是为了对旋翼/桨毂/控制系统的设计、布局进行正确评估。如果配备一台适当的小型涡轴发动机的话，该机能够轻易实现0.7马赫数的前飞速度和2万英尺的飞行高度。
图——洛克希德研制团队打造的25英尺风洞试验模型
在完成可行性评估之后，研制团队的工程师在1977年中完成了一副完整旋翼系统的设计并于1978年末在旋翼试验塔上完成了测试。在1979年春，测试模型被运送到NASA的埃姆斯风洞中进行了为期7周的吹风试验。这期间，旋翼系统完成了直升机模式、固定翼模式、转换模式的试验，并针对开环和闭环的控制模式进行了对比测试。在测试中，该系统完成了30多次的自动停转和启转指令，测试对应的前飞速度大都数都在180节（333千米/时左右）。
测试成功之后，DARPA和美国海军在NASA的支持下决定进一步推进这一概念走向实际——他们要打造一副尺寸更大的旋翼系统。1982年，西科斯基正式加入该项目，并被要求在近期交付的NASA/美国陆军/西科斯基联合推动的旋翼系统研究飞行器（Rotor Systems Research Aircraft；RSRA）上测试X翼的概念。
西科斯基的加入——有史以来最大的技术挑战
旋翼系统研究飞行器，即“西科斯基S-72试验机”，是专门制造出来测试先进直升机旋翼系统的一架旋翼飞行器。它加装了两副可变迎角的机翼，以便在恰当的时候能够为主旋翼卸载升力或者加载升力。它还加装了辅助推进装置和气动刹车装置来为主旋翼卸载前飞拉力或者加载前飞拉力。正是因为该飞行器具备如此“神奇”的能力，才被选中来进行X翼的测试——毕竟这样一来，即便X翼在“停转”或者“启转”中碰上什么问题，还可以通过辅助推进装置和两侧机翼来脱离险境。
图——西科斯基的杰作，贡献卓著的S-72旋翼系统研究飞行器
X翼的研制大概是西科斯基公司自创办以来碰上的最具挑战性的技术难题。对于常规直升机而言，高速旋转的旋翼会产生巨大的离心力，巨大的离心力会拉直桨叶，为其产生升力提供足够的刚度。然而X翼则不一样，当它停转后，它根本没有任何离心力，因而必须依靠自身的刚度来承担所产生的升力。尤其是X翼停转，靠前的两片桨叶将会变成“前掠翼”，这对刚度要求更高。
除此之外，X翼的桨叶翼型必须是所谓的“双头”桨叶，因为旋翼停转之后，势必有两片桨叶是前缘朝前，两片桨叶是后缘朝前的，如果还按照常规翼型来设计，从尖锐后缘吹向前缘的气流势必产生不利的气动影响。由于X翼是通过科恩达效应来控制桨叶升力的，所以它的操纵系统也没有采用常规直升机必用的自动倾斜器，而是配备了给旋翼桨叶吹气的管控阀门系统。飞行中“启转”和“停转”要求管控阀门系统进行复杂的高频率操纵以保证转换过渡期间为主旋翼提供可控制的力和力矩。这就需要当时最先进、最尖端的计算机技术来完成之一自动控制的过程。
其他的技术挑战还包括：
用于提供环量控制气流的超大型气动压缩机的研制；用于实现启转/停转旋翼的高能离合器和空气动力刹车装置；为了在转换过渡阶段能够完全控制旋翼系统，还必须研制桨毂力矩反馈装置；即便对于西科斯基/洛克希德马丁/DARPA/NASA 这种堪称史诗级的豪华阵容而言，X翼计划仍然是一个标准的“高风险/高收益”项目，在项目推进之前，没有谁知道这事儿能不能成。其技术难题的解决及飞行器全包线能力的实现都可算是触及当时尖端技术的巅峰了。在下一篇我将继续介绍西科斯基如何推进项目发展，并对该机的设计特点进行细说，欢迎持续关注。
