电动垂直起降飞行器类型与直升机/垂直起降飞机类型的对应关系

 

学习了《最系统介绍直升机的原理及发展史的文章》及《最系统介绍直升机的原理及发展史的文章（续篇）》可以看到，现有的电动垂直起降飞行器（eVTOL）的各种类型，都对应着传统的直升机与垂直起降飞机（VTOL）的相应类型。

 

 

多旋翼飞行器对应的是单旋翼直升机。多旋翼以多个小直径旋翼替代了直升机单个大直径旋翼和尾桨，极大地简化了直升机的旋翼和动力传动系统，提高了eVTOL的各项性能。

多旋翼+机翼+推进器的推力多旋翼飞行器对应着的是旋翼+机翼+推进器的复合直升机。直升机垂直起降是强项，但飞行速度却是弱项，复合直升机增加了机翼和推进器，改善提高了直升机的时速。

 

倾转多旋翼飞行器对应的是倾转旋翼直升机。倾转旋翼机也是一种复合直升机。在垂直起降时，旋翼向上提供起降升力；在飞行时，旋翼倾转向前提供飞行推力。V-22“鱼鹰”倾转旋翼机是倾转双旋翼机成功的案例，但倾转四旋翼机却一直在研制中，没能实际应用。

 

 

倾转机翼多旋翼飞行器对应的是倾转机翼垂直起降飞机。与直升机相反，固定翼飞机飞行速度快，但不能垂直起降起降，必须依赖机场跑道。为解决这个问题，垂直起降飞机成为了有别于直升机的另外一类VTOL飞行器。倾转机翼VTOL在垂直起降时，安装有螺旋桨的机翼倾转向上提供起降升力；在飞行时，螺旋桨机翼倾转为水平提供飞行推力。倾转机翼技术难度很大，尚在概念性研究阶段，没有实现应用。

 

倾转涵道风扇多旋翼飞行器对应的是倾转涵道风扇垂直起降飞机。倾转涵道风扇VTOL利用涵道体本身是“环形翼”的特点，在垂直起降时，涵道风扇倾转向上提供起降升力；在飞行时，涵道风扇倾转为水平提供飞行推力，并以涵道体作为机翼提供飞行升力。同样，涵道风扇VTOL也还在概念性研究阶段，没有实现应用。

 

旋翼+机翼+推进器的复合翼多旋翼飞行器对应的是升力发动机垂直起降飞机。升力发动机VTOL在垂直起降时，用多个涡喷发动机向下喷气提供起降升力；在飞行时，用推力发动机提供飞行推力，升力发动机不工作并藏于整流罩中，以减少飞行阻力。根据直升机的滑流理论，功率载荷与诱导速度成反比，升力发动机的喷气的速度非常高，能量效率极低，结果是升力发动机极其耗费燃油，十分不经济。F-35B垂直起降飞机采用的是升力涵道风扇+偏转喷口方式，效率有所改善，但升力涵道风扇的桨盘载荷过大，仍然达不到理想状态。复合翼eVTOL用多个旋翼/涵道风扇替代升力发动机，增加了涵道比，提高了能量效率。

 

eVTOL与VTOL相对应说明了：eVTOL实质上是采用多旋翼技术——分布式电力推进技术，实现着VTOL设想完成而没能完成的各类机型，是电力传动和电子控制替代传统机械式动力传动和机械式操纵控制的技术进步。