貝爾-609傾轉旋翼機

貝爾-609傾轉旋翼機

貝爾-609是美國貝爾直升機公司和波音直升機公司研製的雙發9座民用傾轉旋翼機,是在貝爾直升機公司和波音直升機公司在合作研製軍用型V-22傾轉旋翼機的基礎上研製。後來波音直升機公司從合伙人中退出,由貝爾直升機公司與義大利阿古斯塔公司繼續研發。 旋翼系統類似於V-22“魚鷹”,兩副逆時針旋轉的貝爾直升機公司研製的3片槳葉螺槳旋翼系統。尾部裝置用T型尾翼取代了V-22上的端板式尾翼。T型尾翼使水平安定面位於旋翼尾流之上,從而在旋翼機進行飛行轉換時產生的俯仰力矩減小。機身為鋁機身結構外加複合材料蒙皮,複合材料機翼。

研製歷程

早在1996年2月,貝爾公司和波音公司在合夥研製軍民型V-22傾轉旋翼機基礎上,提出了研製一種9座型、起飛重量為6350 kg級的民用傾轉旋翼機,最初命名為D-600。同年11月18日,兩家公司正式簽訂了共同研製、生產、取證和銷售6~9座民用型傾轉旋翼機的契約,並將這種傾轉旋翼機改名為貝爾-波音609。

最初幾年的進展還是很快的:1997年5月,完成初始設計審查;6月在巴黎航展上展出了全尺寸模型;8月開始製造原型機零件;1998年4月完成臨界設計審查。當時預計,貝爾-波音609於1999年中首飛,生產4架原型機,主要用於飛行試驗和取證,預計2001年初開始交付使用。後來一系列變化使研製計畫的進度大大推遲。

首先是1998年3月波音直升機公司從合作計畫中退出,波音公司以集中力量研製生產大型飛機、把小型飛機的市場留給貝爾公司為理由,宣布退出609合作項目。合作中止後,貝爾公司努力尋找新的合作夥伴,它把目標瞄準了義大利的阿古斯塔公司。阿古斯塔公司近幾年來在軍民用直升機研製生產和銷售等方面形勢甚好,儲備了技術,積累了經驗,同時具備一定的資金實力,貝爾公司認為阿古斯塔公司是一個理想的合作夥伴。

1998年9月在范保羅舉辦的航展上,貝爾公司正式宣布了與阿古斯塔公司共同投資、研製開發民用型傾轉旋翼機的訊息,並重新將它命名為BA609。阿古斯塔公司主要負責裝配在歐洲和周邊地區銷售的BA609。晚些時候,日本富士重工也參加了BA609的合作,負責生產機身部件。

1999年5月,BA609完成了與美國海岸警衛隊艦艇的相容性試驗。2002年12月6日,在貝爾公司的飛行研究中心,一架身著迷彩色的BA609被推出機庫,登上臨時搭建的系留試驗甲板,開始做地面系留試驗。駕駛員登上駕駛艙,發動機點火。駕駛員首先檢查發動機的所有功率範圍,然後完成了直流電源系統、導航系統、液壓系統(包括飛行控制、泵、起落架、發動機艙等)各項試驗以及機身密封試驗。試驗進展非常順利,為此,貝爾公司總裁約翰·墨菲先生把12月6日稱為BA609研製史上的關鍵日子。

2003年3月7日,BA609終於完成了首飛,儘管首飛時間比原計畫推遲了2年多,但這對貝爾/阿古斯塔公司來說還是值得慶賀的一件大事。前一陣子,因軍用型傾轉旋翼機V-22接二連三地發生事故,使BA609的研製工作受到了一定影響,人們對傾轉旋翼機的技術表示了懷疑,對它的命運甚為擔擾。此次首飛時間為30分鐘,BA609一開始爬到50英尺高度,朝各個方向作機動飛行,接著完成了4次起飛和著陸,然後完成了穩定性飛行和改變旋翼螺旋槳位置的飛行。首飛結束後,飛行員羅伊·霍普金評論說:" BA609的飛行情況與我們預想的完全一致”。

2007年巴黎航展上的BA609 2007年巴黎航展上的BA609

貝爾/阿古斯塔公司目前制訂了3 000 h的試飛計畫,大約需要46個月完成試飛科目。為執行試飛計畫,貝爾/阿古斯塔公司計畫生產4架試驗機,第1架試驗機在2003年完成裝配,其餘3架試驗機在2005~2006年完成裝配。2003年的試飛科目主要是懸停性能試飛,飛機模式(旋翼螺旋槳在水平位置工作)的性能試飛和過渡階段性能試飛。從2004年起進行評估性試飛,最後進行儀表飛行規則試飛和防冰/除冰試飛,2006年底完成全部試飛科目。

到2008年,貝爾公司估計極輕型噴氣飛機和類似西科斯基公司S-92之類的大型沿岸直升機的發展減小了傾轉旋翼飛機的潛在市場,同時貝爾和AW 兩家公司資金不足也導致BA609試飛放緩。
2009年9月21日,AW公司總裁表示,自己的母公司——義大利芬梅卡尼卡集團批准收購BA609項目中的貝爾股份,以加速計畫的實施,因為貝爾公司對BA609的商業前景感到不滿,想把資金轉到其他項目上。2011年,雙方談判的焦點集中於與V-22軍用傾轉旋翼飛機共享的技術的完整轉讓方面。2011年巴黎航展期間,AW公司宣布,它將擁有BA609計畫的全部所有權,並把計畫的名稱改為AW609,而貝爾直升機公司以顧問身份繼續負責部件設計和取證。2011年11月,在獲得美、意兩國主管當局的批准後,所有權轉讓完成。至此,一度由美國、義大利、英國三方參與的項目,英、美公司先後推出後,變成義大利一家公司的計畫。2013年,AW公司估計,AW609在今後20年的市場規模將達到700架。

取證試飛之路

為取得BA609的FAA適航證,貝爾/阿古斯塔公司安排了18個月的適航鑑定試飛計畫,按照聯邦航空條例(FAR)25章(固定翼飛機),29章(直升機)和21.17(b)章(特種飛機)的適航條例逐項進行驗證。但貝爾/阿古斯塔公司希望以後的生產型BA609按照即將出台的動力升力類飛機適航條例來驗證,新條例是在原來的FAR25章和29章基礎上發展編制的,並增加了一些關於傾轉旋翼機操縱和飛行方面的內容,它要求駕駛員具備駕駛傾轉旋翼機的專門資格。

2002年12月6日,BA609原型機開始第一次地面試驗,2003年3月6日在美國德克薩斯州阿靈頓完成首次試飛,試飛員是羅伊·霍普金斯(Roy Hopkins)和德維恩·威廉士(Dwayne Williams)。在完成14小時的直升機模式試飛之後,原型機被運到地面試驗台上研究轉換模式的操作效果。完成地面試驗之後,2005年3月原型機恢復飛行試驗,集中於擴展飛行包線。2005年7月22日,在空中飛行中第一次完成從直升機模式向飛機模式的轉換。
到2008年10月,在兩架原型機上總共累計試飛365小時。2009年5月15日。AW609驗證了在正常巡航飛行中兩台發動機失效時仍能保持安全飛行。2012年2月,試飛時間達到650小時,覆蓋了AW609飛行包線的85%。
2011年,AW公司開始製造第三架原型機,到2015年2月還未完成總裝。公司準備2015年夏天開始試飛,然後將它拆卸後運往美國賓夕法尼亞州費城,準備在明尼蘇達進行防冰系統的試驗。第四架用於開發和試驗新型航空電子設備和控制系統的原型機也在製造中。
到2015年3月,兩架原型機已經累計試飛1200小時,到完成取證約需要飛2000小時。試飛中最大重量達到18000磅(8165千克),速度達到543千米/時,飛行高度達9100米。
2002年,當時為飛機確定的取證時間是2007年。到2007年,取證時間推遲為2011年。2012年8月,預計2016年初獲得美國聯邦航空局(FAA)和歐洲航空安全局(EASA)頒發的適航證。現在,公司又預計2017年獲得FAA的適航證。據透露,多次推遲取證時間(長達10年)的原因是給美國聯邦航空局(FAA)的錢不夠,也由於V-22使用初期的困擾,而AW公司則想花些時間進一步提高性能和降低成本。
2012年,FAA表示,AW609的取證要滿足直升機和固定翼飛機兩套標準,此外還要開發一套涵蓋兩種模式之間轉換階段的新規範。在217項飛行員培訓任務中,有10項是專門針對傾轉旋翼飛機的。FAA根據為“特別類飛機”準備的21.17(b)部條款以及適用於固定翼飛機的FAR 25部、適用於直升機和新的傾轉旋翼飛機特殊部件的FAR 29部條款制定出AW609《取證基礎》,成為一個稱之為“動力-升力”的新類別。2013年1月,FAA明確美國傾轉旋翼飛機的噪聲必須符合國際民航組織(ICAO)的規定,預計AW609在10年之內可以適用。噪聲取證的費用為58.8萬美元,和大型直升機一樣。
2014年2月,AW609進行第一次為客戶完成表演飛行,飛機和直升機兩種模式都飛了,開始進入取證飛行階段。
2014年初夏,AW609完成了由FAA監控的自動轉換測試,在10多個小時裡完成了79次從飛機模式向直升機模式的關閉電源的轉換(power-off conversions)。測試中,最低自動轉換高度為910米,系統能保持旋翼轉速在穩定恢復所需的最低70%以上。執行這次測試任務的試飛員獲得了為傑出試飛員設立的“埃文·C·金奇洛獎”(Iven C. Kincheloe Award)。
據稱,AW609給FAR 25部取證帶來了很大的挑戰,如其單發停車(OEI)和所有發動機停車(AEI)性能表就無法適用於AW609,如何判斷在這些情況下是否能夠進行自轉下滑也是一個問題。此外,試飛員還需要檢查其渦環狀態(VRS)改出操作是否可靠。

不久前,又傳來訊息:義大利阿古斯塔·韋斯特蘭公司(以下簡稱AW公司)正在研製中的AW609民用傾轉旋翼機計畫正在按部就班推進中,預計2017年取證,2018年交付,雖然比最初構想的推遲十多年,但是畢竟迎來了勝利的曙光。

設計特點

BA609既能像直升機一樣起降,又能像固定翼飛機一樣飛行,它把直升機的優點和飛機的特點綜合於一體。當它的旋翼螺旋槳處於垂直位置工作時,它以直升機方式起飛著陸和懸停,當旋翼螺旋槳處於水平位置工作時,它以飛機方式飛行,發動機產生推力使它具有較大的前飛速度和航程,飛行速度達到550 km/h,航程達到1 380 km,比傳統的直升機速度和航程增加了1倍。而旋翼螺旋槳從垂直位置傾轉到水平位置僅需要20秒鐘時間。鑒於以上特點,貝爾/阿古斯塔公司聲稱,作為一種交通工具,在相距800 km的兩座城市中心之間飛行,再沒有比BAb09更方便快捷的其它交通工具。例如在倫敦-法蘭克福之間旅行只需要1小時,這對旅客和商務人員具有極大的吸引力。

機身結構

BA609有一個鋁合金機身結構,機身上部有一副機翼,機翼兩端安裝有可傾轉的旋翼螺旋槳,尾部有一個T型尾翼。它的T形尾翼不同於XV-15和V-22傾轉旋翼機的尾翼,後者的平尾兩端都帶側垂尾。BA609的T形尾翼的平尾位置高於旋翼旋轉面,這種布局對減小過渡飛行階段的縱向俯仰運動有好處。

機翼尺寸是依據燃油重心和安全性等因素而考慮設計的。當一台發動機有故障時,一根複合材料橫軸仍能使兩個旋翼螺旋槳保持轉動。如果橫軸斷裂,手動螺桿螺旋槳裝置使旋翼螺旋槳改變到直升機工作方式(垂直位置)。在BA609設計中採用了先進的CATIA三維數字計算機設計系統進行設計。

機身由機頭、中機身和後機身三部分組成,機身蒙皮、析條、機翼以及整流罩都採用複合材料。機身是由風險共擔的合作者——日本富士重工生產,艙門和尾梁由日本川崎重工生產,機翼和整流罩由貝爾公司在沃思堡的工廠生產。

駕駛艙 駕駛艙

駕駛艙內並排布置了2個駕駛員座椅,配有雙套操縱系統。標準型BA609座艙布置有9把乘客座椅。駕駛員艙門和乘客艙門都設在機身右側、機翼的前部。座艙內有增壓和空調系統,增壓差為0.38巴(5.50磅/平方英寸),風擋玻璃由法國絮利(Sully)特種產品公司提供。

起落架

採用可收放前三點式起落架,前起落架為雙輪,主起落架為單輪。起落架系統、包括起落架支柱、機輪、輪胎、剎車、剎車控制裝置以及起落架控制系統等都由梅西爾·道蒂(Messier-Dowty)公司設計生產。

飛行控制

飛控系統採用英國航空航天公司(BAE)3餘度數字電傳飛行控制系統和道蒂(Dowty)航宇公司的作動器。T形尾翼只有傳統的升降舵而無方向舵,後緣有2塊襟副翼。

動力裝置

BA609安裝2台加拿大普惠公司生產的PT6C-67A渦軸發動機,單台功率1447 kW (1940軸馬力),2台發動機安裝在機翼兩端可傾轉的發動機舵內,每台發動機驅動1個帶有3片槳葉的旋翼螺旋槳。發動機艙接口設備由AMETEK航宇系統公司和羅克韋爾柯林斯EICAS公司提供。

燃油系統經過更改後採用了複式增壓泵,在以直升機方式飛行時能提供足夠的燃油壓力,減速器也經過了改進,取消了部分行星齒輪,直接輸出達到了30000 r/min。在機翼中的燃油箱油量為1401 L,另外還配備有輔助油箱,以滿足增加航程之需要。

電氣系統

電氣系統有能在結冰氣象條件下飛行所需的全套防冰/除冰設備。另外還有盧卡斯(Lucas)航宇公司生產的直流電源系統,有英特技術公司(Intertech-nique)生產的無刷電動泵和發動機起動和停車裝置。

航空電子

BA609選用羅克韋爾柯林斯生產的Line 21設備包作為標準設備。通信設備有雙套甚高頻電台,S方式地面應答機,座艙聲音記錄儀等。雷達選用羅克韋爾柯林斯生產的WXR-800固態雷達。

飛行控制設備有雙套伏爾/信標著陸系統、測距儀、無線電羅盤等,這些設備都配有羅克韋爾柯林斯RTU-4200雙套無線電調諧裝置。雷達高度表為選裝設備,可採用羅克韋爾柯林斯ALT-4000雷達高度表。此外,還有全球定位系統、空中交通告警和防撞系統、飛行數據記錄儀等標準設備。

駕駛艙內還有3台250 mm x 200 mm (10 x 8英寸)有源矩陣彩色液晶顯示器,其中2台用於預飛行顯示,1台用於多功能顯示。備用儀表設備由古德里奇(Goodrich )航宇公司提供。

技術參數

三視圖 三視圖

貝爾609

尺寸數據旋翼直徑7.9米
旋翼槳盤面積(每副)49平方米
49平方米13.4米
機寬(旋翼旋轉)18.3米
機高(至尾翼頂部)4.6米
重量數據空重4725千克
最大起飛重量7200千克
有效載重2475千克
運輸能力標準座艙採用2名駕駛員和9名乘客
動力系統發動機普·惠PT6C-67A渦輪軸發動機×2
標準油箱容積1401 L
飛行性能巡航速度509千米/時
實用升限7500米
航程1390千米

市場與用戶

根據貝爾/阿古斯塔公司預算,1架BA609的售價大約在800-1 000萬美元(不同型號價格有所不同)。自1997年2月在直升機博覽會上開始定貨以來,至1999年10月已收到18個國家42個用戶的77架機的訂單。主要買主有:澳大利亞直升機技術學會、巴西利德公司、加拿大直升機協會和加拿大北方山地直升機有限公司、阿聯國際石油傾轉旋翼機公司、德國Dienst航空股份有限公司、日本三菱重工業公司、南韓聯合工業公司、挪威直升機服務公司、波蘭勞埃德投資公司、英國里斯托公司、美國麻薩諸塞州共同人壽保險公司、美國奧斯丁煤玉和石油直升機公司,以及美國維京群島航空中心直升機公司等。

貝爾公司總裁約翰·墨菲認為,BA609的誕生是航空運輸業的一場革命,在未來20年內BA609的訂貨數量有望突破1 000架。同時,他指出,一旦BA609投人批量生產,那么在美國德克薩斯州阿馬里洛新建的貝爾工廠和在義大利的阿古斯塔公司將同時裝配BA609。如果日本政府有後續補充訂單,有可能在日本設立BA609的第3條裝配線。為滿足用戶需要,設在德克薩斯州沃思堡阿萊恩斯機場的貝爾/阿古斯塔總部將負責培訓BA609駕駛員。

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