專家：中國重型直升機應早做謀劃 不要效仿CH-47

專家：中國重型直升機應早做謀劃 不要效仿CH-47“支奴幹”

2012年02月

來源：中國航空報

摘要：本文分析了國外現役、在研重型直升機的技術特點，研究了最新發展計劃，理出了重型直升機的技術發展路線，對我國的重型直升機發展提出了建議。

重型直升機一般定義為起飛重量大於20噸，內載和外吊掛能力大於8噸，運送超過50人的直升機。與常規固定翼飛機相比，具備垂直起降和空中定點懸停、中低空機動性好、不受場地限製等優點；與其他直升機相比，又具備有效商載大、運輸效率高的優勢。

民用方麵，重型直升機的突出作用體現在災難救援中，如2008年汶川大地震，在唐家山堰塞湖的搶險過程中米-26直升機飛行百餘架次，吊運60餘台推土機、挖掘機等大型設備，吊運總重達800餘噸。在軍事方麵則體現在快速機動、快速部署、定點突防的作戰任務上，如海灣戰爭、阿富汗戰爭等，重型直升機都發揮了極其關鍵的作用。

中國特殊的地理情況決定了中國需要大量的重型直升機，中國的山地與水麵麵積約占國土總麵積的70%，其中高原高山地區約占26%，此外海島眾多。我國又是災難頻發的國家，重型直升機在國家經濟建設、人民生命財產的保障、國家利益的保證和拓展等方麵有著不可或缺的作用。

目前國外掌握重型直升機整套關鍵設計技術的國家僅有美國和俄羅斯，歐洲等也在積極準備發展重型直升機，擁有重型直升機並具備研發能力是體現一個國家的綜合實力標誌之一。

本文通過對國外重型直升機現狀及技術發展進行剖析，對我國重型直升機研製目標和規劃的確定具有一定的借鑒意義。

現役重型直升機現狀和技術特點

目前世界上現役的重型直升機主要有美製CH-47係列、CH-53E係列、V-22和俄製米-26係列，累計裝備約1745架。

重型直升機可采用單旋翼帶尾槳式、縱列式、橫列式、共軸式、傾轉旋翼式和複合式等多種構型。目前現役重型直升機仍以傳統常規的單旋翼帶尾槳式和縱列式布局為主，傾轉旋翼式技術成熟性較差，仍在發展中。

現役的重型直升機除V-22以外，大部分都是上世紀70年代研製的，在技術水平、壽命、保障、維護等方麵均已相對落後，亟待更新。國外對重型直升機的發展非常重視，一方麵利用現有成熟先進技術對現役重型直升機進行技術提升；另一方麵，製定了係列發展計劃，近期發展計劃注重發展常規的構型直升機技術，中遠期計劃注重新構型的概念設計和關鍵技術預研。

在研重型直升機的狀況

目前在研重型直升機有美國的CH-53K、 CH-47F，俄國的米-26T2，它們都是在已有的機型進行技術提升。

CH-53K重型直升機

CH-53E重型直升機因伊拉克戰爭中高強度出勤而損耗嚴重，在2011年即進入批量停飛退役階段。因此早在2006年4月，美國海軍同西科斯基公司簽署了總額約30億美元的海軍陸戰隊下一代重型運輸直升機CH-53K研製合同。預計2015年開始總計156架的交付工作。

CH-53K設計上吸收了CH-53E在中東惡劣條件下事故頻發的教訓，強調高溫（33℃）和較高海拔（1000米）作戰使用需求；其最大起飛重量38.4噸，較CH-53E提高5.3噸。主要的改進包括：單台發動機功率提升至4500~4900千瓦，提升傳動裝置的功率，采用第四代下反角槳尖的高效旋翼係統，采用全複合材料機體結構，有效提升飛行性能；采用彈性軸承槳轂和傳動係統的單元體設計，易於維護；采用多餘度電傳飛控係統，改善飛行品質；采用抗彈擊的槳葉、槳轂，提高生存率；聯合互操作的“玻璃化駕駛艙”，提高了人機功效；加大的貨艙尺寸和預置的地板滾道，便於標準集裝箱運輸。

CH-47F改進型直升機

為解決美軍CH-47D直升機機隊老化、運輸性能衰減，缺乏與地麵協同一體的信息化設備、維護工時和成本不斷上升等一係列問題，2006年年底美國陸軍啟動了CH-47F“改進型貨運直升機”研製計劃。第一期總額15億美元計劃采購66架CH-47F，其中38架新研，28架由現役的CH-47D改進升級。預計至2022年，美國陸軍計劃裝備452架CH-47F，部分CH-47F直升機總壽命將達到創紀錄的71年。

研製的核心目標就是降低使用保障費用，提升直升機的可靠性、可用性和維修性，實現通信和導航設備與美軍數字化戰場設備兼容。

為達成該目標，CH-47D直升機近95%的部件和係統均需新研或改進，主要改進內容有：機身結構升級，降低維護需求並延長使用壽命；改善振動水平，改善駕乘舒適性、延長動部件和機體疲勞壽命從而降低使用保障費用；航電係統升級，升級的機載設備可實現與美軍旅/營和以下單位互操作的能力；換裝先進的數字式飛控係統，實現夜間小速度或懸停、小速度機動飛行能力；發動機升級，換裝霍尼韋爾公司的T55-L-714A發動機，起飛和最大連續功率均提高近30%、油耗降低5%；旋翼係統升級，換裝全複合材料旋翼係統和帶彈性軸承的槳轂，提高氣動性能，改善使用維護性；對槳尖構型進行優化，進一步提升旋翼性能。

米-26T2重型直升機

米-26直升機體積龐大，駕駛複雜，完成飛行任務需要5人協同配合，它的駕駛艙也是世界最大的直升機駕駛艙。由於米-26駕駛艙的標示為俄文，對不懂俄文的機組人員來說頗為複雜，要有專門的適應性訓練。2006年年初，俄羅斯羅斯托夫直升機製造公司開始考慮對駕駛係統和機載設備改進， 2011年3月改進型米-26T2運輸直升機實現了首飛，預計2年後交付用戶。

該機的主要改進內容包括改進座艙為具有新航電係統的玻璃座艙，五個多功能顯示屏可以顯示外部載荷的彩色圖像，一個新的自動駕駛儀和一個雙通道的導航係統。這些改進將使該直升機能在全球工作，並且儀表飛行可滿足國際標準。將機組5人降低到2人，加上一個外吊掛操作員，在夜間外部吊掛工作時，機組可以使用搜索燈和夜視鏡工作。

在升級航電係統外，該公司也考慮對發動機、旋翼係統、傳動進行改進，以提高該機的整體性能及使用能力。發動機升級為采用電調的D-136-2渦軸發動機，該發動機的最大應急功率可達9187千瓦，可以在30℃以上高溫工作，最大起飛功率增加到8562千瓦；旋翼係統將采用新型的複合材料槳葉，槳轂采用彈性軸承；改進主減，保證其能在更大的功率和高溫下使用。

國外重型直升機發展計劃

近期發展計劃

歐洲重型直升機計劃（HTH）

2004年歐洲直升機公司著手規劃重型直升機研製方案，稱作“重型運輸直升機”（HTH），主要用來填補CH-53G直升機和歐洲NH90直升機與A400M軍用運輸機之間的空白。計劃2020年投入使用。按構型不同形成兩種設計方案。

（1）單旋翼帶尾槳構型

重型運輸直升機（HTH）因整體尺寸和飛行性能與CH-53K相似，因此其旋翼、動力、傳動等係統均可采用CH-53K方案；機艙尺寸需重新設計；航電和飛行操縱係統采用NH90直升機研製成果，大範圍使用複合材料。也有消息稱歐直與俄國直升機公司已接觸5年擬在米-26基礎上展開合作。

（2）縱列式雙旋翼構型

因歐洲偏重低海拔高度作戰，因此認為關鍵參數是最大內載，而非最大外吊能力，因此縱列式直升機有其特有的優勢。歐直與波音公司聯合，推出縱列式構型方案參與競標，該方案的最大起飛重量達33噸，最大飛行速度310千米/時，可在約7010米高度以274千米/時巡航飛行。波音和歐洲直升機可能將各自負責50%的工作，並盡量采用現有技術，預計2020年左右完成。

俄羅斯米-46重型直升機發展計劃

隨著2002年米-6最終退役和俄羅斯國內外對大載重能力的直升機需求迅速增長，1990年米裏莫斯科直升機公司開始運載能力10～12噸級的米-46直升機論證工作。米-46在總體布局、主要裝配件和機載係統性能上都與米-26類似，可降低研製成本和風險，換裝免維護的全複合材料槳葉和彈性軸承槳轂，改進的飛行-導航係統，提高了單發失效時的安全性，降低油耗水平，簡化維護操作，改善裝/卸載操作的自由度。

中遠期發展計劃

目前國外已公布的重型直升機中遠期發展計劃是美國陸軍的聯合重型旋翼機（JHL）研發計劃，其主要性能要求為：貨艙空間能容納15.2米（長）×3.4米（寬）×2.8米（高）的集裝箱，能運輸20噸貨物（如未來作戰係統（FCS）車輛）飛行350～500千米，自部署作戰半徑3900千米，懸停升限約3050米，能在無準備的場地起降；在設計點海拔高度1220米，環境溫度35℃條件下，有效載荷13噸。

JHL計劃目前處於概念研製階段，各製造商提供了多種設計方案，基本涵蓋了目前已知的垂直起落旋翼機各種構型，其中5種方案獲得軍方資助，按速度劃分為三類：

第一類：速度在296～370千米/時之間的有波音公司的“先進縱列雙旋翼直升機”（ARTH）和西科斯基公司的“X2技術起重機”（X2C）。它們是在常規的縱列式雙旋翼和共軸式雙旋翼構型技術基礎上發展。

第二類：速度在370～463千米/時之間的有西科斯基公司的“X2高速重型直升機”（X2HS）；它是在X2技術基礎上發展，通過采用共軸“前行槳葉概念”（ABC）技術，在機身兩側加裝了涵道式的推力風扇，提供直升機快速平飛的動力。

第三類：速度在463～556千米/時之間的有貝爾-波音公司的“四旋翼傾轉旋翼機”（QTR）和卡曼公司的“最佳速度傾轉旋翼機”（OSTR）。它們是在V-22傾轉旋翼機的技術基礎上發展上，但在前者采用獨特的傳動技術，後者則發展了旋翼控製技術以及旋翼與機翼的匹配技術。

為突破傳統布局在速度、航程方麵的限製，國外新概念氣動布局不斷發展，其成果同樣在重型直升機研發上得以應用，上述第二類和第三類的構型方案均采用新概念布局。

結論與啟示

從國外重型直升機技術發展曆程來看，重型直升機的技術發展與其他相對小噸位直升機的技術發展是密不可分的。一般來說，在小噸位直升機成熟技術通過適應性改進可以應用到重型直升機上。但重型直升機由於尺寸大、重量大、旋翼轉速低、結構及係統複雜，又會帶來設計、製造、使用上新的技術問題，形成重型直升機自身的技術特點。掌握小噸位直升機技術僅是研發重型直升機必要條件。

考慮到研製周期、成本、技術風險等多方麵因素，目前研製的重型直升機仍以現有成熟的單旋翼帶尾槳和縱列式雙旋翼構型為主。這兩種構型的現役重型直升機采用的是上世紀70年代的第二代直升機技術，目前和近期研製重型直升機主要采用第三、四代直升機技術，其主要特征是：全複合材料槳葉和帶彈性軸承的球柔性槳轂，第三、四代發動機，先進的傳動係統，大量使用先進的複合材料，電傳操縱係統，玻璃化駕駛艙的綜合航電係統等。研製目標是提升大型裝備的內載和外吊掛運輸能力，提升較高海拔高度下的高溫使用性能，改善操縱和機動性和維護保障性等。預計5年之後，新研重型直升機將逐步取代現役重型直升機，滿足今後30年左右使用需求。

對於同一個係列發展的重型直升機，最大起飛重量隨著用戶要求的任務載荷的提高而增加。以CH-53係列為例，CH-53A的最大起飛重量為19噸，CH-53E的最大起飛重量增加到33噸，至CH-53K其最大起飛重量則達到了38噸，高溫、高原運載能力成倍增長。

發展新構型，保留直升機的使用特點

又能提高速度、增大航程，是未來重型直升機的技術發展方向。以V22傾轉旋翼機的和以X2複合推力直升機為代表等一些新構型直升機技術逐步成熟，正在走向實用。預計在10年之後，這兩種新構型直升機將大量投入使用。

國外重型直升機技術發展的經驗和教訓，對我國發展重型直升機有借鑒和啟示的作用。

我國已成功研製AC313、AC312、AC311等直升機，技術上已達到第三代直升機的技術水平，這些直升機設計、試驗、製造技術構成我們發展重型直升機的基礎。我國的重型直升機應優先考慮采用常規的單旋翼帶尾槳構型。

高原、高溫是我國的特殊國情，因此在重型直升機設計點的選擇上應充分關注此問題，發動機、旋翼技術是解決這個問題的關鍵。

作為長遠發展，我國應發展速度在500千米左右的大裝載運輸直升機，以解決目前常規直升機固有的運輸效率不足問題。遵循直升機型號發展規律，必須經曆概念研究、關鍵技術預研、原理樣機演示驗證、背景機研究、型號研製等過程，應早做謀劃，盡快實施。

（本文作者黃傳躍單位係中航工業直升機；陳國華單位係中航工業直升機所）



中國自主研製的AC313型13噸級民用直升機已在江西首飛。值得注意的是，AC313型的“13噸級”與米-26的“20噸級”是不能直接對比的，AC313型的“13噸級”是指起飛總重，而米-26的“20噸級”是指載重量，若按同樣的分類標準，米-26應該屬於“55噸級”超級直升機，比AC313(直-8係列)大出很多。

米-26具備強大的運載能力和吊掛能力，可運載20噸貨物或100多名乘客。在汶川地震搶險救災中，紅色和白色的兩架米-26給中國人民留下深刻印象，也反映了中國當前發展對重型直升機的迫切需求。


中國在1980年代末期曾準備向美國訂購了CH-47“支奴幹”直升機，但最終未能成行。