RACER初长成欧洲下一代高速复合式直升机布局露峥嵘

　　低调的欧洲下一代高速直升机计划
　　▲在西科斯基和贝尔公司的产品被选入美国陆军FARA计划最后阶段竞争的时候，大概很少会有人记得，来自欧洲的空客直升机公司也曾参与过该项目早期的竞标，但遗憾落选
　　尽管今年上半年，美国（尤其是美国陆军）在下一代高速直升机的项目推进方面赚足了眼球——在＂未来垂直升力＂计划的大框架下面，＂未来远程突击飞行器/FLRAA＂、＂未来攻击侦察飞行器/FARA＂等子项目吸引了波音、贝尔、西科斯基等一系列直升机巨头和诸多新晋航空公司的参与，诞生了一系列令人耳目一新的新构型高速直升机。
　　相比之下，欧洲在下一代高速直升机的研制方面就来的低调得多，其实纯以技术论，欧洲在中轻型直升机研制技术方面的水平比之美国虽有所不及，也是相差不远；重点还是两方的需求引领差别较大，美国在＂陆航现代化＂的大框架之下，着力推进下一代高速旋翼飞行器的研制技术发展，无论是经费投入规模还是＂潜在订单数量＂都是欧盟无法比拟的。
　　▲欧洲的＂洁净天空＂计划涉及一系列新型飞行器优化设计项目，其目的归根结底就是为了＂节能减排＂
　　话分两头，对于欧盟来说，现在其在高速型旋翼飞行器的发展方面，主要还是民用型号的研制居多，他们统筹引领全局的大框架就是所谓的＂洁净天空计划＂（Clean Sky），现在该计划已经进入到了＂洁净天空 2＂阶段，并成立了一家被称作＂洁净天空 2 合资公司＂的企业管理着欧盟范围的相关项目。总的来说，＂洁净天空＂计划对该项目下的飞行器所提出的要求主要就是两个方面： 减少燃油消耗，从而降低由此产生的二氧化碳排放量20~30%； 降低飞行器的噪音水平，其降低规模大致与碳排放量的降低水平量级保持一致； RACER初长成
　　▲RACER的概念图，完美的流线型机身搭配机身两侧的双层机翼以及推进螺旋桨意味着这就是一架为了高速飞行而诞生的复合式直升机
　　好了，啰啰嗦嗦扯这么一堆，主要就是希望把背景故事给大家讲个大概，下面就来到本文的主角上面了。
　　今年四月份的时候，欧盟＂洁净天空 2 合资公司＂宣布其在从2014年就开始启动的＂快速旋翼飞行器集成演示平台＂（Fast Rotorcraft IADP；Integrated Aircraft Demonstrator Platform）方面正在取得重大进展。按照该公司今年四月份发布的通告可以得知，在快速旋翼飞行器IADP项目的牵引下，＂高速低成本旋翼飞行器＂（RACER；Rapid And Cost-Efficient Rotorcraft）和下一代民用倾转旋翼机（NextGenCTR）都取得了显著进展，其中，前者RACER高速复合式直升机就是本文的主角了。
　　▲在X3直升机的研制过程中，为了加快研制进度，当时的欧洲直升机公司采用了大量现成的部件＂拼凑＂出了这架新型复合式直升机
　　说RACER可能很多人都没有听说过，但是它的前身——空客直升机的X3复合式直升机——其知名度就高多了，这里值得一提的是X3不是读作＂X 三＂，而是读作＂X立方＂（也就是X3）。X3本质上是一种＂正统复合式直升机＂，它摈弃了传统单旋翼直升机必须要有的尾桨，加装了辅助推力螺旋桨和辅助机翼，该机的辅助螺旋桨安装在辅助机翼的两端桨尖，既能够提供高速飞行时候的拉力，同时也能够通过桨距差动来产生偏航力矩，从而实现本该由尾桨来完成的航向操纵；辅助机翼的存在能在高速飞行的时候提供全机所需的大部分升力，从而降低旋翼产生升力的需求，使得主旋翼可以实现拉力卸载，从而能够降低主旋翼的转速，从而拓宽由于主旋翼高速旋转而带来的前飞极限速度理论限制。
　　▲这张精彩的图片完美诠释了什么叫X3速度
　　作为X3复合式直升机的升级版本，RACER在保持总体布局没有太大变化的情况下，采取了一系列的改进措施，其中主要就是集中在安全性、可靠性、经济性等方面的改善。
　　从＂肉眼可见＂的直观方面来说，RACER采用了流线型更好的机身设计、两侧的单层机翼也改成了双层机翼设计，这样改的好处有多个方面，其一就是上下两副机翼支撑着翼尖的螺旋桨及其短舱，增大了结构强度和可靠性，也降低了螺旋桨工作状态下可能传递给机身的振动水平；其二就是上下双层机翼的设计使其可以降低单层机翼的弦长，从而降低了由于主旋翼下洗流打击在机翼上而产生的＂垂直增重效应＂，提升了该机的悬停效率。
　　▲RACER直升机的内部结构示意图
　　除此之外，明显的变化还有螺旋桨位置的改变，在X3时代，该机的推进螺旋桨是前向安装的，这样的好处是螺旋桨尾流可以部分提升机翼翼尖的气动性能，但是这种安装方式对于进出机舱的机组成员和乘客而言，简直是＂噩梦＂般的体验，为了提升安全性和驾乘体验，在RACER中，螺旋桨就改成了后向安装，这种改变看起来并没有过高的技术含量，但是其中更能体现出的是该机的研发团队对于细节的把控和深入已经到了＂入微境＂。
　　▲研究人员对RACER直升机进行的CFD流场可视化分析
　　当然，上面讲的都是肉眼能直观看到的改变，在你＂肉眼看不到＂的地方，空客直升机公司以及欧盟的相关团队所付出的努力就更多的。举个例子来说吧，就仅仅只是针对该机旋翼系统桨叶根部的轴套筒外形设计，空客直升机公司就安排了一支专门的研究团队，针对不同的安装方式、气动外形和结构设计进行技术研究和优化设计工作，以期打造出一种气动阻力最小的桨叶根部件轴套筒。这背后的逻辑其实也很明确——还是在欧盟＂洁净天空＂计划的大框架之下——降低气动阻力也就意味着降低废阻功率，降低废阻功率就意味着降低全机的需用功率，从而就可以降低燃油消耗，以此来减少二氧化碳和氮化物的排放水平，从而实现＂洁净天空＂计划的指标要求。
　　▲RACER直升机桨叶根部模型图，图中虹色虚线圈就是研究人员进行桨根套筒外形优化设计的几个关键截面 RACER最新进展与规划
　　▲X3的早期改进方案概念，可以看出其螺旋桨仍然是前向安装的，机身气动外形设计也偏向于＂未来科幻＂风格
　　在X3复合式直升机获得成功之后，空客直升机公司（当时还是欧洲直升机公司）就开始有了RACER的构想。可能是由于名称和所面向的任务需求的相似性，人们经常喜欢拿X3直升机和西科斯基公司的X2直升机进行对比，广义来说，两者都属于＂复合式直升机＂的类别，相比之下，X3更像是一种正统复合式直升机的改进版本，西科斯基公司则是独辟蹊径创造了一种全新的复合式直升机，所以，尽管X2和X3在高速性能方面打了个平手（后者数据还要更好看一些），但是人们还是给西科斯基公司的X2给了更多的赞誉，毕竟那是一种新创造的东西。
　　▲X3直升机的一架模型样机，起飞重量35公斤
　　X3项目团队当然不会就此＂认输＂，为了能够＂找回场子＂，他们在X3的改进型号中投入了更大的努力，更尖端的技术和更多的微创新。从机身结构设计、外形设计到主旋翼系统（包括桨毂和整流罩）优化设计到螺旋桨优化设计，X3项目团队卯足了劲，给出了更漂亮的答卷，并将其命名为RACER，意译过来就是＂竞速者＂的意思，这也可以看出他们对这家新型复合式直升机的飞行速度给予了厚望。
　　▲正式成型的RACER复合式直升机方案，比早期的概念设计更符合实际，而且考虑了相当多的细节
　　根据空客直升机公司项目总师Brice Makinadjian的说法，RACER演示验证机的组装工作将会在今年夏天开始，在此之前，该机的一些主要子系统部件的测试工作就会启动。尽管目前该机的主减速器研制工作有所延误，但是其首次试飞的工作仍计划会在2021年底进行，不会推迟。
　　▲空客直升机公司展出的RACER直升机模型
　　当然，在＂洁净天空＂计划的统筹之下，空客公司也正在积极协调欧盟的最强直升机技术团队来进行该机的研制工作。现阶段RACER比较重头的工作就是由罗马尼亚国家航空航天研究所负责的机身设计工作，相应的项目团队目前正在进行机身外壳测试、短机翼测试和坠落试验。该研究所在航空器结构设计和制造方面有着深厚的底蕴和技术实力，在RACER复合式直升机的产业链中，他们将负责该机机身、短翼原型部件和燃油滴落试验样本和台架的研制工作。
　　目前，罗马尼亚航空航天研究所正在进行RACER直升机的机身静力试验，一旦试验通过（估计也就是近期了），该机的机身将会交付到空客直升机公司的制造工厂，然后空客直升机公司就会正式启动RACER的装配序列。
　　▲RACER复合式直升机的前机身原型及其研制团队
　　值得一提的是，在＂洁净天空＂计划的牵引之下，除了欧盟的航空公司、研究所和高校之外，还有不少非航空公司加入到了RACER复合式直升机的生产制造工作中来，比如说KLK Motorsport GmbH 和 Modell und Formenbau Blasius Gerg GmbH 等公司。这些公司本身不是搞航空的，但是在生产制造方面技术出众，，由他们为RACER打造的座舱盖和前侧机身结构大大提升了该机在高速飞行下的可靠性，其机身前部结构设计能够承受比普通直升机高得多的飞行速度，并且空重还比初期规划的降低了7%。在今年3、4月份的时候，这些新型复合材料增强结构部件正式被整合到了RACER原型机的机身设计中去。
　　总的来说，RACER复合式直升机既代表了欧盟在高速型先进直升机设计和制造方面的强劲实力，同时也表明了欧盟在下一代直升机发展发面的布局——一种极具代表性的新型复合式构型直升机即将正式登场。