發動機吸沙致墜機事故不斷 「魚鷹」安全性飽受質疑

在F-35「閃電II」戰鬥機之前，MV-22「魚鷹」直升機是美國近年來最受爭議的作戰飛機，是拖延、超支的壞榜樣，被前國防部長切尼命令下馬，如果不是美國國會死保，本來已經壽終正寢了。但MV-22是很獨特的飛機，幾經磨難之後，現在大批裝備美國海軍陸戰隊，成為兩棲作戰中垂直登陸的主力。

《逃離德黑蘭》講的便是美國解救被困伊朗人質事件

在1980年的伊朗人質救援行動中，美國直升機速度與航程不足的問題充分暴露出來。人質營救本來就是十分複雜的作戰，如果當年使用的是MV-22，從阿拉伯海的航母到德黑蘭的美國大使館來回飛行就不需要落地加油，至少減少了行動中的最大變數。

1981年，美國國防部指令啟動JVX計劃，研究遠程、高速直升機技術，美國海軍陸戰隊對JVX的熱情最高。直升機一出現，美國海軍陸戰隊就是熱情的追隨者，這是因為二戰式的密集船隊集群搶灘在核戰爭條件下已經不可行，擁擠在灘頭的密集船隊和車輛、人員是戰術核打擊的最好目標。直升機的垂直登陸不僅速度快，不受水際灘頭障礙和灘岸條件影響，而且容許在寬廣戰線上從地平線以外的遠海直接到淺近內陸進行快速輸送，是兩棲作戰的理想運輸工具。

MV-22在早期受到渦流環問題的嚴重影響，接連發生機毀人亡的惡性事故

在JVX計劃期間，貝爾聯合波音伏托爾，以貝爾XV-15研究機的技術投標。貝爾是直升機世界的老字號，越戰期間大名鼎鼎的UH-1「休伊」就是貝爾的產品。伏托爾是波音的直升機分部（購入麥道直升機後，現在合并稱為波音直升機），擅長大中型直升機，美國陸軍的CH-47和海軍陸戰隊的CH-46都是波音伏托爾的產品，拉進來有助於借用波音伏托爾熟悉海軍陸戰隊使用要求的優勢。貝爾-波音是JVX唯一應標者，自然入選。1985年，JVX正式定名為V-22，計劃包括海軍陸戰隊運輸型MV-22、空軍戰鬥搜救型CV-22、海軍反潛型SV-22和海上搜救型HV-22、陸軍運輸型UV-22和電子戰型EV-22。陸軍和海軍相繼退出，最後只有MV-22和CV-22成為現實。

第一架MV-22在1988年裝配完成下線，1989年3月19日首飛，但要到18年後的2007年6月13日才正式投入使用，嚴重的超支、拖延部分由於MV-22的獨特技術。

MV-22採用獨特的傾轉旋翼技術，可以在螺旋槳狀態和旋翼狀態平滑過渡。在螺旋槳狀態時，相當於螺旋槳推進的固定翼飛機，可以獲得較高的速度和較低的油耗；在旋翼狀態，相當於直升機，可以垂直起落和懸停，並有前飛、後飛、側飛等非常規飛行能力。應該說，傾轉旋翼的概念很精妙，但惡魔總是在細節之中。

很難說這架飛機是好還是壞，MV-22固然有先進之處，但也有許多廣為詬病的缺陷

前飛狀態下，槳盤（槳葉圓周運動構成的虛擬圓盤）應該較小，用較高的槳盤載荷（推力與槳盤面積之比，相當於固定翼飛機的翼載）產生足夠推力，這樣阻力較小；垂直起落狀態下，槳盤應該較大，用較低的槳盤載荷產生升力，這樣產生的升力大而且穩定。傾轉旋翼需要適應兩者情況，槳盤只能折中。這對螺旋槳狀態只是油耗和速度的問題，對旋翼狀態就有槳盤載荷過高的問題，在正常情況下還好，但遇到問題就容易發生升力不足或者其他異常現象，首當其衝的就是渦流環問題。也就是說，猛然加大升力（不管是增加轉速還是增加槳葉彎度）時，氣流不是平順地向下流動，而是繞過葉尖迴流上來，形成氣流「短路」，造成升力損失，好像汽車輪胎陷在泥漿里打滑一樣，越增加馬力打滑越嚴重。渦流環問題對所有旋翼都可能產生，但槳盤載荷較高的情況下更加容易發生。

在海軍陸戰隊的垂直登陸戰術中，直升機應該快速進入戰鬥地域上空，然後速停速降，放下陸戰隊員後，快速升空撤離。原則是盡量縮短在敵人火力下的暴露時間。但渦流環問題在垂直速降階段特別容易發生，直接影響飛行安全，只能改用需要時間較長的帶短滑跑的傾斜速降（簡稱RVL），增加敵人火力下的暴露時間總比直接墜毀要強。嚴格執行RVL可以大大減少渦流環的危險，這已經成為海軍陸戰隊的標準做法了。但在2015年5月17日的一次訓練飛行中，夏威夷的海軍陸戰隊MV-22發現了新的問題，這一次是發動機吸砂。

千里之提，潰於蟻穴！沙子反倒成了這款直升機屢次墜毀的禍因

直升機在起飛、著陸、懸停中離地很近的時候，強大的下洗氣流捲起地面雜物，容易被吸入發動機，造成故障。直升機發動機都有異物保護裝置，一般是紗網式，和口罩一樣的原理。MV-22的羅爾斯·羅伊斯T406發動機是有異物保護的，但顯然效果不夠好。

在2015年5月17日的一次訓練飛行中，一架第15遠征隊的MV-22滿載22名士兵在瓦胡島上的貝婁空軍基地做第二次RVL著陸，在離地約45米的低空，突然發生左發動機壓縮機喘振，緊接著左發動機失去推力。左右發動機之間的聯動軸正確工作，飛行員試圖保持高度，但飛機依然不可控制地下墜。在事故中，兩名飛行員受傷，兩名海軍陸戰隊人員喪生，另有18人受傷。緊跟著事故飛機的第二架飛機也差點墜毀。

事故初步調查報告指出，發動機吸入沙土是肇事原因，含鈣、錳、鋁、硅的沙土（沙的主要成分是二氧化硅）在燃燒室內的高溫下融化，導致玻璃狀物體在渦輪葉片和導流片結構上沉積，造成嚴重氣流堵塞，最後導致左發動機喘振。喘振是危險的工作狀態，在渦輪壓縮機進氣受阻時，已經壓縮的空氣可以逆向流動，造成劇烈的壓力波動，嚴重時可導致完全喪失壓縮能力甚至機械損壞。

MV-22雖然有兩台發動機，但只要一發失效就極有可能導致飛機失事

MV-22採用兩台發動機，分別安裝在兩側翼尖。在垂直起落過程中，一旦一台發動機損壞，不對稱的升力將導致立刻失控翻轉，所以左右旋翼在任何時候都由交聯的聯動軸機械連接，即使有一台發動機失效也確保同步轉動。在夏威夷事故中，聯動軸正常工作，所以沒有發生翻轉失控的問題。但在快速下降的過程中喪失了左發動機的推力，飛行員只有大大增加右發動機的推力來控制下滑速度，但發動機控制的一個功能使得飛行員的意圖實現不了。

MV-22的發動機在兩側翼尖位置，這是對飛機橫滾穩定性最糟糕的位置，好比扁擔兩頭挑著兩桶水。為此，發動機既要功率大，又要體積小、重量輕，結果是相對於發動機的體積、重量而言，發動機出力高於尋常，熱工參數特別高。材料和技術過關的話，這其實是技術過硬的表現，問題是熱工參數太高導致喘振餘量減小，操作不能太潑辣。在發動機數字控制律中，大幅度增加功率要求的時候，首先保證發動機不會喘振，其次才保證旋翼扭力。換句話說，在接近喘振極限的時候，不惜降低槳葉彎度以降低扭力，也要保證發動機轉速。對於飛行員來說，這就是在猛然加油門的時候，發動機出力要有一個過程才能升上來，在特定組合的情況下還可能在瞬間略有下降然後再上升。可以想像，飛行員在千鈞一髮的時候，最痛恨的就是功率要有一個過程才能升上來，瞬時的短暫下降更是要命的。但這不是工程師不切實際的拍腦袋，而是兩難中的艱難選擇。不這麼做，發動機很可能進入喘振，那就徹底完了。在夏威夷事故中，發動機最後還是進入了喘振，倒霉的機組已經不可能挽救了。

某種程度上說，MV-22頻頻墜毀反而是由它的優點所致

這也不是貝爾-波音脫離實際，憑空設計。MV-22在設計中是考慮到沙塵分離問題的，但效果顯然沒有達到要求。MV-22的優點在很大程度上造就了問題，渦流環問題是由於旋翼的槳盤載荷過高，沙塵分離問題則是由於發動機和旋翼的相互位置。常規直升機的發動機和旋翼是分開布置的，發動機固定在機身結構某處，通常在機身頂部，然後通過傘齒輪和減速箱與旋翼連接。由於發動機和旋翼在物理上分離，發動機進氣口安裝紗網過濾裝置很容易，必要的時候可以加大和使用多層紗網，安裝空間一般不是問題。

MV-22不一樣，發動機和旋翼是緊耦合的，兩者之間沒有安裝傳統紗網的位置。更大的問題在於MV-22的速度。紗網的壓力損失較大，但常規直升機的速度不高，紗網壓力損失的問題不嚴重。MV-22的速度接近兩倍於常規直升機，使用紗網好比迫使運動員帶著口罩賽跑，動力損失很大。貝爾-波音提出用浸油的棉紗作為空氣濾清器的填料，提高吸附沙塵的效率，但在高空乾淨空氣高速飛行時，打開旁通空氣迴路，增加空氣流量。這個方案已經驗證性試飛50小時，但要到2017年才可能完成正式設計和開始測試有效性。貝爾聲稱，可以提高發動機壽命8倍。

即使沙塵不至於造成發動機喘振，沙塵對發動機壽命的影響依然很大，玻璃狀沉積物必須定時在發動機大修中清除。CH-47F的霍尼韋爾T55發動機大修間隔是3000小時，但2011年時MV-22的羅爾斯·羅伊斯T406在阿富汗戰區「翼上」時間平均為100-200小時，也就是說，每100-200小時就需要把發動機從翼尖位置拆下來大修。算上在其他更乾淨、更輕鬆的使用環境，如在海上的兩棲攻擊艦上或者在鋪裝良好而且乾淨的機場，全機隊的「翼上」時間平均為560小時。幾年下來，發動機可靠性有了進一步提高，但依然只有861小時。早在2007年，陸戰隊就有換髮動機的想法，但2014年8月，美國海軍（代管海軍陸戰隊的裝備採購和飛行安全）終於向工業界發出徵詢，了解適用產品的情況。通用電氣是唯一有資格應徵的公司，通用電氣T408（用於CH-53K）是唯一達到羅爾斯·羅伊斯T406同等功率級的渦軸發動機，但真正的換髮還遙遙無期。

沙塵對MV-22發動機壽命的影響依然很大

夏威夷事故不是與發動機吸砂有關的唯一事故。美國海軍飛行安全當局在調查中，還發現3起與發動機吸砂有關的事故，其中一起事故在飛機墜地後起火燒毀。2010年4月，美國空軍一架CV-22在戰鬥搜救作業中，也發生了類似問題，飛機在約60米高度突然發生超過600米/分的急劇下降，飛行員被迫試圖短滑跑著陸，但撞入一條溝渠後前起落架折斷，飛機毀壞，4人喪生，其中包括飛行員、飛行機械師、另一美軍機上人員和一名文職人員，16人受傷，其中包括副駕駛，受傷後失憶。救援隊未能取回黑盒子，飛機墜毀在塔利班控制地區，美國空軍隨後出動飛機轟炸，銷毀殘骸，所以事故調查完全憑當時在場的另一架飛機上拍攝的視頻。美國空軍開始時結論是飛行員錯誤，現在傾向於認為也是由於發動機吸砂而造成喘振而失去升力，最後墜毀。

在沒有更正式的解決辦法之前，美國海軍飛行安全當局決定，在高沙塵環境進行RVL時，從降落到離去（包括在地面發動機保持運轉的時間）的總時間不得超過60秒，夏威夷事故是在高沙塵環境110秒後發生問題的，減半得到安全工作時間。高沙塵狀態從45米低空和20節一下速度開始計算。在地面時，可以發動機前傾75度以減少吸入沙塵。另外，在高沙塵環境使用後，應該對發動機熱端用高壓水清洗。

經常在高沙塵環境下作戰，這對MV-22的發動機來說是個不小的「負擔」

本來RVL已經是為了渦流環問題而做出的犧牲，帶一點前進速度的傾斜降落需要更大的著陸場，也增加敵人火力下的暴露時間。但在地面時發動機還要前傾75度，對士兵的影響更大。MV-22隻有尾門可以進出，本來高槳盤載荷就是的下洗氣流集中、強烈，向後吹拂在減少發動機吸入的同時，吹向士兵進出飛機的方向，除了有天然的煙幕作用，對在匆忙中登機、離機的士兵不是好消息。MV-22在紐約中央公園向公眾展示時，強烈下洗氣流吹起的樹枝、碎石曾打傷若干觀眾。航空展示中觀眾都被隔離到一定距離之外，登機、離機的士兵就近在眼前了。

60秒時間限制也可能造成戰術使用上的問題。直升機在敵前降落、起飛都是時間越短越好，但地形、敵情有時候要求在最後一秒鐘改主意，高沙塵環境看不清地面和敵情的時候尤其如此。拉起後重新進入不一定有這個時間，但要搶在敵人前面又需要冒發動機吸入過量沙塵而喘振的危險。最糟糕的是，海軍陸戰隊經常需要在高沙塵的環境下作戰，除了芳草茵茵或者有瀝青或者混凝土鋪裝的地方，大部分適合直升機起落的平地都是砂土地，MV-22發動機吸砂問題不解決，將嚴重影響戰鬥力。高壓水清洗是一個奇怪的規定，浮灰可以衝掉，但一般來說，玻璃化的沉積物用水是清洗不掉的。美國海軍用打碎的核桃殼混在高壓水裡，沖洗艦載飛機發動機的熱端，但那能衝掉積鹽，對於更加堅硬、吸附更加牢固的玻璃狀沉積物就不一定有用了。T406的壓氣機和渦輪葉片也有不耐腐蝕的問題，美國海軍使用新型塗層，有望解決這個問題，但玻璃化沉積物不是塗層能解決的問題。

這款特殊的傾轉旋翼有別於一般直升機的是，不能自旋著陸

MV-22因為採用了革命性的新技術，也遇到了前所未有的新問題，為此做出很多設計上的折中除了上面提到的，MV-22還不能做自旋著陸。自旋著陸是直升機特有的飛行模式，在發動機停車後，可在重力和氣動作用下，旋翼像風車一樣旋轉，提供一定的升力，降低墜落的速度，在很多時候可以挽救乘員的生命。但MV-22的槳盤載荷高，無法做有效的自旋著陸，所以在設計要求中就取消了這一要求。事實上，如果MV-22有自旋著陸能力的話，夏威夷事故中的飛機或許不一定會墜毀，在阿富汗的CV-22也或許可以保全。

MV-22是可貴的嘗試，有些基本設計導致的本質問題很難解決，但這不等於傾轉旋翼的概念就是不可取的。在美國下一代直升機JMR計劃中，貝爾提出的V-280「勇敢」在保留傾轉旋翼的基礎上，大膽改動了很多基本設計。首先，翼尖發動機不再傾轉，而是固定在翼尖位置。不再需要整個沉重的發動機短艙和旋翼一起傾轉大大簡化了機械設計，但神來之筆是旋翼的傾轉和傳動方式。

在美國下一代直升機JMR計劃中，貝爾提出的V-280「勇敢」在保留傾轉旋翼的基礎上，大膽改動了很多基本設計

一般的螺旋槳飛機的動力傳動路線是一直線的，發動機在軸線延長線上直接驅動螺旋槳；一般直升機的動力傳動路線是L形的，發動機軸線是水平的，但通過傘齒輪轉彎90度，把動力傳遞到頂上的旋翼。在MV-22上，發動機短艙帶動旋翼一起傾轉，這避免了動力軸與旋翼之間無級改變傾轉角度的機械設計困難，但V-280一改思路，動力傳動路線是獨特的Z形。發動機的動力水平首先向內橫向傳遞，這只是把通常直升機的L形動力傳遞路線「倒」到水平，沒有技術難度。巧妙之處在第二步，水平向內的轉軸用傘齒輪再把動力轉彎90度傳遞到水平向前的旋翼轉軸，這是Z形的第二拐，這也沒有技術難度；但這第二拐的關節是活動的，旋翼轉軸可以圍繞轉動支點向上傾轉90度（實際上可以超過90度，傾轉到後仰的角度），而對與傘齒輪來說，動力傳遞關係不變，只是主動輪和被動輪的傳動平面隨之傾轉。這是大大簡化的傾轉設計，轉動部分的重量大大降低，可靠性提高，還有很多使用上的好處。

在MV-22的使用中，一個問題是發動機熾熱噴氣對地面的燒蝕。T406發動機的噴氣溫度本來就較高，在起飛和著陸狀態下，噴口接近地面垂直往下吹拂，噴流的熱量非常集中。V-280的發動機是固定的，噴流水平向後，離地較高，就沒有這個問題。MV-22起飛、著陸時發動機傾轉的另一個問題是遮擋側向射界，MV-22不可能像常規直升機一樣，通過側門機槍為登機和離機的士兵提供火力掩護。V-280沒有這個問題，不僅可以安裝側門機槍，士兵還可以從側門進出，大大加快登機、離機。V-280兩側都開側門，不僅增加戰術靈活性，也使得尾門根本沒有必要，除非用於裝卸車輛、貨物。

由於發動機與旋翼分離，V-280也容易在發動機進氣口安裝沙塵分離裝置，多層紗網或者進氣旁通都有空間可以安裝。但V-280沒有解決MV-22的所有問題，旋翼直徑有所加大，但槳盤載荷依然較高。現在還不清楚V-280是否徹底解決了渦流環問題，但應該有更多的考慮，至少放寬使用容限。

傾轉旋翼是很有吸引力的概念，但MV-22也證明了傾轉旋翼概念的成熟應用難度很大。MV-22之後沒有別的軍用傾轉旋翼直升機，充分說明了這條路的艱難和前景不明。V-280把傾轉旋翼的概念大大推進了一步，可能喚起傾轉旋翼的第二春，只是這一步對已經大量服役的MV-22來得有點晚了。

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