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伊戈爾·伊萬諾維奇·西科斯基先生一直都想要打造一架真正意義上的重型直升機,但是這個夢想的進展卻並不那麼順利。

上世紀50年代初,第一架所謂的“重型直升機”誕生了:也就是西科斯基S-56(美國陸軍型號CH-37莫哈韋)。儘管這架直升機連現在重型直升機的門檻值——20噸——都沒有達到,但是超過14噸的起飛重量在當時已經算是相當“驚人”了。

▲西科斯基的S-56型大型運輸直升機(美國海軍陸戰隊版本)

憑藉著出色的運載能力和可靠的結構設計,美國軍方對S-56直升機的評價還是相當不錯的,不過西科斯基先生卻並不是很滿意——該機最大起飛重量雖然超過了14噸,但是其空機重量竟然就要將近10噸,這麼一看,其重量效能就有點捉襟見肘了。【筆者注:雖然不具有可比性,但是西科斯基後來的CH-53E超級種馬重型直升機,其最大起飛重量33噸,空機重量卻只有15噸,這種程度的重量效能才是西科斯基所追求的】

那麼要怎麼樣才能從根本上提升直升機的重量效能,或者說降低空重比呢?

西科斯基先生將目光投向了發動機,可以想象,如果把S-56搭配的兩臺又大又重的活塞式發動機在某種程度上“精簡”一下,該機的效能資料勢必能夠上升一個檔次,於是,一個新鮮的概念開始出現了西科斯基先生的腦海中——燃氣渦輪發動機直升機。

▲S-56配備了兩臺普惠公司的R-2800型雙黃蜂雙排18缸氣冷星型航空發動機

說幹就幹。直接上一架重型直升機並不是一個具備現實意義和可操作性的好想法,但是可以拿一架現成的中小型直升機測試一番。極具行動力的實幹家西科斯基先生,立馬對機庫中已有的直升機動起了刀子。於是,世界上第一架渦輪直升機誕生了,它就是本文的主角——西科斯基S-59。

老機改裝,創下多項記錄——S-59的誕生

西科斯基S-59型直升機本質上是一架高度改裝的S-52-2型直升機。其中最大的改造就是改裝了一臺400馬力的大陸/透博梅卡,阿杜斯特Ⅱ,XT51-T-3型渦輪燃氣發動機(Continental/Turbomeca,Artouste Ⅱ,XT51-T-3)。S-59還配備了全鉸接式的4槳葉主旋翼以及一副3槳葉尾槳。

【筆者注:作為對比,西科斯基的S-52-2型直升機採用了一臺245馬力的富蘭克林O-425-1型氣冷發動機,該機採用了半硬殼式機身、3槳葉主旋翼機、2槳葉尾槳和4輪式固定起落架。】

額外的改裝內容包括:一臺經過的主減速器、加強的機身、可收縮的起落架以及更新的電子裝置。總共有3臺直升機改裝到了S-59的配置,其中一臺是西科斯基公司自有的S-52-2原型機,另外還有兩臺來自美國陸軍的YH-18型直升機,這3架直升機都是在一項美國政府的合同約定下完成改裝的。

美國陸軍將這兩架S-59定型為XH-39,其中一架XH-39(陸軍編號:49-2890)直升機是在YH-18A(對應西科斯基S-52-5型)直升機基礎上進行改裝的,這是第一架安裝了渦輪燃氣發動機之後完成飛行測試的直升機。另一架XH-39則則是在另一種YH-18A(對應西科斯基S-52-2型)直升機基礎上進行改裝的,該機從未飛上藍天,只被用來進行了靜態試驗。

▲編號49-2890的XH-59型直升機安裝了渦輪燃氣發動機,這對於直升機的發展而言實現了質的跨越

1954年6月1日,S-59型直升機完成了該機的首飛,驗證了渦輪發動機安裝在直升機上的有效性。1954年8月26日,在康涅狄格州溫莎羅克斯的布蘭德利機場,美國陸軍准尉比爾·韋斯特駕駛了這架編號為49-2890的XH-39直升機在一條3公里長的封閉賽道上創造了時速156.005英里(約251公里)的直升機飛行速度世界紀錄。1954年10月17日,同樣是韋斯特准尉駕駛著這架直升機穿破雲層,達到了7474米的高空,創下了直升機飛行高度的世界紀錄。

▲美國陸軍准尉比爾·韋斯特和他創紀錄的直升機的合影

渦輪發動機,全金屬槳葉——S-59的設計特點

西科斯基S-59型直升機最大的設計特點就是該機配備了被西科斯基的設計師稱為“快速更換單元”(QCU;Quick Change Unit)元件,該機的QCU包括該機的發動機、主減速器和主旋翼頭,這些部件能夠在2小時內完成更換,這種設計大大提升了該機的可維護性和應對緊急作戰需求時的能力。

▲S-59型直升機的側檢視

主旋翼頭:S-59型直升機採用了4槳葉的全鉸接式主旋翼槳轂設計,其旋翼直徑為35英尺,通過液壓系統來完成操縱。

發動機:如前文所述,該機安裝了一臺大陸/透博梅卡,阿杜斯特Ⅱ,XT51-T-3型固定軸燃氣渦輪發動機。該型發動機是法國透博梅卡公司設計的,授權美國大陸航空和工程公司(CAE;Continental Aviation and Engineering Corporation)在密歇根州的底特律市生產製造。發動機加上配件總重量不超過250磅(約113.4公斤),功率可以達到400軸馬力。這種發動機採用了固定軸的設計,和西科斯基往後所有的渦軸直升機的發動機都不同。在之後,西科斯基任何一型成功的直升機都採用了自由動力渦輪設計,也就是說,除非受到旋翼剎車的約束,那麼只要發動機一啟動,旋翼就會開始轉動。在S-59型直升機上,發動機先啟動,等它狀態穩定之後,才會通過液壓機械離合器接入到傳動系統中。

▲S-59型直升機的三視草圖

主旋翼槳葉:S-59採用了全金屬的主旋翼槳葉設計,這種槳葉由兩部分製成。其前緣(翼樑所在部位)由一種空心的單件擠壓成型的61ST鋁合金構成,後部則由鉚接到翼樑上的硬鋁板材以及膠結成型的翼肋構成了旋翼的輪廓框架。整個槳葉仍然採用了經典的NACA0012翼型,並且設計了8°的扭轉角。全金屬的槳葉設計大大提升了直升機槳葉的表面光滑度,由此在一定程度上降低了槳葉型阻力,從而提高了旋翼的總體氣動效率。

尾槳:S-59直升機的尾槳也是全金屬槳葉設計,其結構和主旋翼槳葉基本一致,其翼型也是NACA0012,3片槳葉也都採用了全鉸接式設計。

機身:S-59直升機的機身由3部分組成——座艙及其連線的機身中部、尾部錐形樑和斜樑以及主旋翼和塔架結構——其中,前兩部分都是硬殼式結構,而第三部分則採用了鋼管框架結構。其中機身中部是唯一一部分重複使用了S-52-2型直升機的部分,但也在其基礎上進行了大量的改造。

▲S-59型直升機幾個主要部分示意圖

效能:從效能方面來說,該機的最大飛行速度可以達到每小時251公里;航程可達451公里,實用升限可到7223米,其爬升速度為每分鐘600米上下,絕對懸停升限為2073米。該機的最大起飛重量為1528公斤,空中為957公斤,最大燃油重量為416.4公斤。

大門開在機頭——S-59的任務系統

S-59(XH-39)型直升機只採用了單臺燃氣渦輪發動機,其構型也是最常規的單旋翼帶反扭矩尾槳佈局。主旋翼的4片槳葉都是可以互換的,尾槳的3片槳葉同樣如此,這些全金屬結構的槳葉無論是氣動效能還是結構可靠性都有了顯著提升。

該機的起落架佈局是常規佈局,不過採用了可伸縮設計,從而降低了該機的前飛阻力,從而使其能夠達到較高的飛行速度。其中,尾部起落架是向前摺疊收縮的,而前部主起落架則是向內收縮的,其下方的輪子會有一小部分暴露在機身外面。

該機機頭部分是設計了一扇蛤殼式門的,在裝入大型貨物或者裝在擔架上的病患的時候,既可以從這個蛤殼式大門進入機艙。除了這扇門之外,該機兩側也開了兩個側門,通過這兩個較大的側門也能方便實現貨物的裝載工作,機艙的空間可以提供3名乘客的作為,或者放置兩副擔架和一名醫護人員。

▲飛行中的S-59,側門大開

該機還配備了兩副Mk8 Mod 2型掛彈鉤,每個都可以承載500磅的負載。該機還提供了用於現場電話連線的佈線分配器。該機配備的標準儀表有垂直陀螺儀和陀螺磁羅盤。這些儀器的存在使得XH-39具備了初步的盲飛/儀表飛行能力(IFR)。其機艙內還設有暖氣和通風系統。

XH-39能夠通過C-82、C-119和C-124等運輸機進行運輸。

總共只生產3架——S-59的生產歷史

在本文開頭我就說過,西科斯基最初生產了3架S-59型直升機,事實上,他們總共就生產了這麼3架S-59型直升機,其中包括一架S-59(西科斯基公司編號N74150,主要用於公司的飛行驗證)和兩架美國陸軍的XH-39型直升機。

▲編號N7150的S-59型直升機在西科斯基工廠內部的場地上懸停

美國陸軍的一架XH-59(編號4902891)始終只是一臺靜態測試機,從來沒有機會飛起來過。第二架XH-39(編號49-2890)則是一架飛行測試原型機,美國陸軍對該機進行了一系列飛行測試。當時,來自西科斯基的XH-39型直升機與來自貝爾公司的XH-40型直升機展開了激烈的較量。最終美國陸軍選擇了XH-40直升機,該機後來發展成大名鼎鼎的UH-1休伊直升機。儘管西科斯基的XH-39落敗了,但是美國陸軍仍然在之後的好幾年內都在持續對該機進行飛行測試,積累了大量的渦輪發動機直升機的實際飛行資料。

▲貝爾與西科斯基公司競爭的XH-40直升機,其上已經能看出休伊直升機的身影

1964年,在紐約世界博覽會上,一架修復完好的S-59(也就是西科斯基公司自留的編號N74150那架)被展出,之後它被收藏到了位於康涅狄格州溫莎洛克斯的新英格蘭航空博物館。

▲1964年在紐約世界博覽會上展出的S-59型直升機

美國陸軍編號42-2890的XH-39則被收藏在了位於阿拉巴馬州拉克爾堡的美國陸軍航空博物館,該博物館在1957年購買了這架曾經創下紀錄的直升機。1986年的時候,一隊來自西科斯基支援服務公司(SSSI;Sikorsky Support Services Incorporated)志願者來到拉克爾堡,完成了該機的維修和復原工作。

▲陳列在美國陸軍航空博物館中的退役的XH-39型直升機,編號為49-2890

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