重型運輸直升機通常是指最大起飛重量超過20噸的直升機,主要特點是擁有強大的內載和外掛能力。目前全球現役的重型運輸直升機主要包括美國的CH-47系列、CH-53系列、V-22系列以及俄羅斯的米-26等四款。這四款直升機有哪些效能特點呢?對於我們發展重型直升機有什麼啟示意義呢?今天就為大家對比分析一下這四款直升機的主要效能。需要說明的是,V-22是一款傾轉旋翼機,並不是傳統意義上的直升機,但很多資料均將其列入直升機的範疇,所以本文也將V-22當作重型運輸直升機一併加以分析。
一、四款直升機的研製歷程CH-47直升機結構圖
CH-47直升機
CH-47直升機又稱“支奴幹”,是四款直升機中最早研製、服役時間最長的重型運輸直升機。CH-47直升機從1956年開始研製,1961年9月21首飛,1963年服役,距今已有50多年的時間。該系列直升機的最早型號是CH-47A,空重不到9噸,最大起飛重量不到15噸,有效載重量不到3噸,嚴格來說只是一款中型運輸直升機。但是CH-47發展出多個升級型號,效能有很大提升,比如CH-47D的最大起飛重量已經超過22噸,是名副其實的重型直升機。在CH-47的各個型號中,CH-47A是首個生產型,第二個型號是CH-47B,CH-47C是國際軍用型,CH-47D是“國際支奴幹”, CH-47SD是“超級支奴幹”,另外還有一種“特種作戰支奴幹”, CH-47F是進入新世紀之後最新研製的“改進型貨運直升機”。
CH-53直升機又稱“海上種馬”,是美國擁有的最大直升機。CH-53從1960年代初期開始研製,第一架原型機YCH-53A於1964年10月14日首飛。從1966年6月交付至今,CH-53發展出多個型號,主要包括CH-53A、CH-53D和CH-53E等。CH-53A和CH-53D搭載兩臺發動機,採用6片槳葉。CH-53E安裝三臺發動機,採用7片槳葉,1974年首飛,1981年交付使用。另外還有一種MH-53E,同樣搭載三臺發動機,主要用於掃雷。目前最新的型號是CH-53K,被稱為“種馬王”,各方面效能均進行了大幅度升級,首架直升機於2018年5月交付。
V-22是一款傾轉旋翼機,始於1982年提出的JVX計劃,1985年1月被定名為V-22“魚鷹”。首架全尺寸V-22的首飛時間是1989年的3月,1990年12月在航母上進行了試飛。按計劃,V-22將研製四種版本,分別是海軍陸戰隊使用的MV-22、海軍使用的HV-22、空軍使用的CV-22和SV-22A。不過由於在測試中出現了一系列的問題,還發生了墜機事故,所以V-22的研製過程並不太順利。一直到2005年,這款飛機才進入全速生產階段,首架生產型V-22也於當年交付美國空軍。目前V-22主要有三種型號,一個是用於取代CH-46E和CH-53D直升機的MV-22,一個是替代MH-53J和MH-66G的CV-22,還有一個是用於替換MH-53直升機的HV-22。
米-26直升機的結構圖
米-26直升機從1970年開始研製,在此之前蘇聯已經研製了米-6、米-10、米-12等多款重型直升機。最值得一提的是米-12,它的設計最大起飛重量高達120噸,載重量35~40噸,但是取消了研發。在它之後蘇聯於1970年代研製了米-26直升機。米-26於1977年12月14日進行了第一次懸停飛行,1978年2月21日完成了首次前行飛行,1983年開始投入使用。截止到現在,30多年過去了,米-26仍是全球現役最大、最重的運輸直升機。米-26也擁有多個衍生型號,包括米-26軍用運輸型、米-26A、米-26T基本民用運輸型、米-26TS、米-26MS醫療型、米-26P民用型、米-26TZ加油型、米-26M改進型等。
二、四款直升機的效能特點1、結構設計
CH-47採用縱列雙翼佈局,安裝了兩個3片槳葉的縱列旋翼,發動機位於機身後側。CH-47的機身呈矩形,機頭是駕駛艙,搭載3名機組人員,包括正副駕駛員和一名飛行工程師。機身中段是主貨艙,長9.15米,高1.98米。貨艙門位於機尾,可以向下翻,側門位於兩邊。CH-47採用四點式起落架,兩個雙輪主起落架位於機身中前部下方兩側,兩個單輪起落架位於機尾下方兩側。CH-47D在機身右下方安裝了一根可伸縮加油探管,具備空中加油能力。CH-47F升級了機體,大量採用新型複合材料,還換裝了玻璃化和數字化座艙。
CH-53直升機採用單旋翼帶尾漿結構,主旋翼由6或7片槳葉組成,材料為鋁合金或玻璃纖維等。該款直升機的尾槳由4片槳葉安裝在一個鈦合金槳轂上,尾翼上安裝有尾燈和導航燈。從尾部旋翼外掛架上向右延伸出一個水平安定面,在飛機向前飛行時可提供俯仰穩定性。CH-53擁有固定式腹鰭,能減少後貨艙門和後機身底部的氣流。該款直升機採用可收放的前三點式起落架,均是雙輪設計。CH-53A的駕駛艙內可乘坐4名機組成員,分別是正副駕駛員、Navigator和裝卸員。CH-53的尾樑和旋翼都採用了可摺疊設計,方便在甲板上停放。CH-53E的機身加長了1.88米,安裝了可伸縮加油探管。CH-53K的旋翼使用了新型複合材料,葉片面積增大,更加輕便堅固。
V-22傾轉旋翼機的槳葉可以摺疊
V-22的機身結構十分獨特,將直升機和固定翼飛機的優點有機融合在了一起。V-22機翼兩端的翼尖安裝了旋轉式短艙,內部有發動機,頂部有一副3片槳葉組成的旋翼。槳葉使用玻璃纖維打造,呈梯形,可以提高懸停和前飛效率。當旋轉短艙垂直向上時,V-22可以像直升機一樣垂直起飛;當達到一定飛行高度和飛行速度後,旋轉短艙可向前移動到水平位置,此時V-22可以像固定翼螺旋槳飛機一樣向前飛行。它的機身呈矩形,發動機配備了尾氣排放冷卻系統,具備一定隱身效果。V-22旋翼機可搭載3名機組成員,分別是正副駕駛員和飛行工程師。V-22安裝了動力摺疊系統,槳葉和機翼都採用了可摺疊式設計。
米-26直升機採用傳統的機身結構佈局,機身為全金屬半硬殼結構。米-26採用傳統的鉸接式旋翼,直徑長32米,由8片槳葉組成,是全世界槳葉最多的直升機。每一片槳葉由一根鋼製大梁和26個玻璃鋼葉型元件,前緣安裝了固定的鈦合金防蝕條,後緣有調整片。米-26的尾槳由5片槳葉構成,使用複合材料製造,位於尾樑的右側。米-26採用前三點固定式起落裝置,每個起落架擁有兩個機輪,主起落架高度可通過液壓系統進行調節。米-26的駕駛艙位於機身前部,乘員5名,包括正副駕駛員、Navigator、飛行工程師和貨物裝卸員。
2、動力系統
CH-47直升機的發動機位置
CH-47A搭載兩臺T55-L-5渦軸發動機,單臺功率2200軸馬力。CH-47B升級為T55-L7C發動機,還換裝了不對稱槳葉。CH-47C採用的仍是兩臺T55- L7C發動機,單臺功率為3750軸馬力。CH-47D換裝了兩臺T55-L-712渦軸發動機,單臺功率3802軸馬力。CH-47D配備了一臺T-62-T-2B輔助發電機,用於驅動液壓和電氣系統。最新的CH-47F直升機,搭載了更先進的T55-L-714A發動機,採用了全權數字控制方式,耗油量降低5%,最大持續輸出功率為3039千瓦,最大輸出功率高達3629千瓦。
CH-53A直升機搭載兩臺T64-GE-6渦軸發動機,單臺功率2850軸馬力(2125千瓦)。後來換裝兩臺T64-GE-1發動機,單臺功率3080軸馬力(2300千瓦)。再後來換裝為T64-GE-16發動機,功率進一步增加到3485軸馬力(2600千瓦)。CH-53D最初搭載兩臺T64-GE-412發動機,單臺額定功率3695軸馬力(2755千瓦),後期搭載兩臺T64-GE-413發動機,功率為3925軸馬力(2930千瓦)。CH-53E搭載三臺T64-GE-416渦軸發動機,單臺功率約4380軸馬力(3270千瓦),還加裝了一臺燃氣渦輪輔助動力裝置。最新的CH-53K搭載三臺T408發動機,單臺額定功率高達7500軸馬力(5590千瓦)。
V-22旋翼機的發動機位於機翼兩端的旋轉短艙內
V-22旋翼機搭載兩臺AE1107C渦軸發動機(T406AD-400),位於機翼兩端的旋轉短艙內。該發動機的最大功率為6240軸馬力(4600千瓦),懸停時渦輪軸旋轉頻率為15000轉/分,飛行時渦輪軸旋轉頻率為12750轉/分。AE1107C發動機重495千克,長1.95米,採用模組式結構,具有雙餘度全功能數字式電子控制系統。兩臺發動機通過變速控制器相連,當一臺發動機出現問題時,另一臺發動機可以轉換成帶動兩幅螺旋槳的工作狀態。相比普通直升機,V-22具有很高的飛行速度,採用固定翼方式飛行時的最大速度可達509千米/小時。
米-26搭載兩臺D-136發動機
米-26直升機搭載兩臺D-136渦軸發動機,單臺持續輸出功率約10150軸馬力(7460千瓦),最大輸出功率高達11399軸馬力(8500千瓦)。為了使用複雜氣候環境,發動機進氣道安裝了2套防冰裝置,包括電加熱和熱空氣防冰系統,另外還具有防磨損保護裝置。由於功率強勁,當一臺發動機出現故障無法工作時,另一臺發動機會自動輸出更大功率。米-26M改進型直升機計劃換裝兩臺功率更大的D-127渦軸發動機,單臺功率提高到14558軸馬力,不過並沒有付諸實施。米-26的主傳動裝置是VR-26,該系列直升機還安裝了輔助動力系統。
3、運輸能力
CH-47直升機的機身內部空間較大,載重量比較突出。以CH-47D直升機為例,在最大起飛重量時,其有效載荷超過12噸。在內載兩門、外掛一門105毫米榴彈炮的同時,主機艙還能運載21名炮手和200發炮彈。在外掛一門155毫米榴彈炮時,可內載11名炮手和30發炮彈。CH-47D的機身外部設定了3個掛鉤,機身中部下方的中央掛鉤可承載12噸重的貨物,機身前部和後部下方的掛鉤可承載將近6噸重的貨物。CH-47D可吊運一輛9.4噸重的M-113裝甲車,或者運載59名全副武裝的士兵,或者搭載24副擔架和兩名護士。
CH-53A直升機的內部貨艙長9.12米,寬1.98米,高2.29米,可運載38名士兵,或者24名醫護人員和擔架。該機的機腹設有外部掛鉤,可吊運5.9噸重的貨物。CH-53D直升機改進了貨艙設計,運輸量有一定提升,可搭載士兵人數增加到55人。CH-53E的最大起飛重量超過31噸,內部載重13.6噸,外部掛點可吊運14.5噸重的貨物,還更新了前後雙點式掛鉤。得益於大功率發動機,CH-53K直升機的最大起飛重量達38噸,外部吊掛能力增加了20%,中央掛鉤的最大外掛負荷超過16噸,雙點掛鉤的最大負荷超過11.4噸。另外,CH-53K的貨艙寬度增加了0.36米,可容納標準尺寸的463L托盤。
V-22雖然不是傳統的運輸直升機,但是其運輸能力還是相當可觀的。V-22的空重約14.5噸,短距滑行起降時的最大起飛重量約27.5噸,垂直起降時的正常起飛重量也有21.5噸。V-22可運載24名全副武裝的士兵或者12副擔架及醫護人員,機內最大載重量約為9噸,外部掛鉤最大負荷約6.8噸。在執行搜救任務時,V-22可安裝一部帶有76米長鋼索的絞盤;當運載較大體積的貨物時,V-22可外掛大型吊艙。不過和其他幾款專門的重型運輸直升機相比,V-22旋翼機的槳盤載荷過高。以最大載重量起飛時,V-22的槳盤載荷高達102千克/平方米,是CH-53E直升機的1.5倍,是CH-47D的兩倍多,但是V-22的最大載重量和運輸能力遠不如上述兩款直升機。
米-26直升機的最大起飛重量高達56噸,擁有很強的運輸能力。它的內部貨艙長12米、寬3.25米、高3米,可運送20噸重的裝甲戰車或榴彈炮等,甚至能夠和專門的運輸機相媲美。米-26可搭載80名全副武裝士兵,或60副擔架和3名醫護人員,或兩輛BMD裝甲車,或一輛BMP裝甲戰車,或一輛BTR系列裝甲車,或者一輛MT-LB多用途裝甲車。貨艙前部右側和後部兩側各有一扇向下開啟的艙門,貨艙後部有一個向下開啟的艙門和兩個向上開啟的艙門。米-26的頂部還安裝了兩臺絞車,每臺可吊起2.5噸重的貨物。貨艙內也安裝有電動裝置,可裝卸5噸重的貨物。米-26的機腹只有一個外部掛鉤,可吊掛超大型或者不規則貨物。
4、航電系統
CH-47直升機的駕駛艙
CH-47直升機陸續完善了航電系統,安裝了AV/ASH-137多普勒雷達、雷達高度表、無線電羅盤和通訊系統等。CH-47的導航裝置包括慣性導航系統、GPS導航系統等,另外還配備了APR-39A(V)1雷達告警接收機、AN/AVR-2鐳射告警接收機、AN/AAR-47導彈告警系統、AN/AAR-44雷達告警系統以及電子干擾系統和箔條/曳光彈發射器等。CH-47直升機的飛行控制系統包括水平位置指示器、先進座艙管理系統、自動駕駛儀和電子飛行資訊系統等。CH-47F還加裝了“塔康”系統和改進型資料調變解調器,駕駛艙內集成了數字地圖和數字式飛控系統等。
CH-53直升機的座艙
CH-53直升機安裝了歐米茄導航系統、近地警報系統等裝置。CH-53D直升機加裝了AN/ALE-39干擾彈發射器、AN/ALQ-157(V)2紅外對抗系統。CH-53E直升機搭載了AN/AAQ-16夜視系統,還換裝了新型無線電和GPS接收機,還採用了數字飛控系統。CH-53K採用了數字化玻璃座艙,具有直升機通用航空電子架構系統。CH-53K還安裝了機載健康管理系統,可以對飛機的各個系統進行檢測和診斷,包括軸平衡、旋翼平衡以及尾槳平衡等。CH-53K配備了三冗餘線傳飛行控制系統,可以自動懸停。這款直升機還安裝了AN/APR-39雷達告警接收機、AN/AAQ-24紅外對抗系統、AN/AAR-47導彈預警系統和改進型AN/ALE-47干擾彈發射器等。
V-22的駕駛艙非常現代化
V-22傾轉旋翼機作為美國新研製的一款飛機,它的航電系統也是十分先進的。V-22安裝了塔康導航系統和AN/APQ-174地形跟蹤多功能雷達,以及慣性和GPS導航系統、航空測向儀、無線電測高儀和空氣訊號系統,還有甚高頻/特高頻通訊裝置、敵我識別器、AN/AAR-47導彈預警系統、電子戰管理系統和鐳射告警機等。部分型號的V-22還加裝了AN/AAQ-16前視紅外搜尋雷達、飛行員夜視鏡、主動干擾機和定向紅外干擾系統等。V-22的座艙內配備了多臺顯示器,可以提供發動機和飛行資訊,以及地形圖等。該機還安裝了三餘度數字式電傳飛行控制系統,具有自動駕駛、自動飛行等功能。
米-26的駕駛艙顯得很落後
米-26直升機搭載了PNK-90多普勒導航雷達、自動駕駛儀、雷達高度表等。座艙內安裝了活動地圖顯示儀,可連續顯示直升機的位置。米-26直升機在機身正下部、貨艙地板和貨艙內部前段安裝了3臺電視攝像機,駕駛艙內安裝了電視監控裝置,可即時檢視外吊貨物狀態和裝卸情況。米-26的其他航電裝置還包括“暴風雨”氣象觀測和地形測繪兩用雷達、水平位置顯示器、自動懸停系統等。其軍用運輸型還安裝了紅外抑制器、紅外干擾儀、紅外誘餌投放器和曳光彈系統等。
三、四款直升機的對比分析通過以上對四款直升機效能的梳理,可以發現每一種飛機都有其特點。CH-47直升機的誕生時間最早,服役時間最長,經過不斷改進升級,最新版本的CH-47直升機仍是一款非常不錯的重型運輸直升機,各方面的效能比較均衡。在幾十年的服役生涯中,CH-47直升機的表現十分出色,安全性和可靠性也是有目共睹的。正因如此,即便是在CH-53早已服役的情況下,CH-47直升機到現在仍然在繼續發揮作用,在國際運輸直升機市場上仍佔有一席之地。美國陸軍曾計劃將473架CH-47F直升機和69架MH-47G直升機升級到Block II版本,儘管後來削減了數量,但其規模仍然不小。可以預料的是,升級之後的“支奴幹”直升機仍將繼續服役下去。
CH-53直升機的研製時間雖然在CH-47之後,但是從1966年服役至今,也有50多年的時間了。最新推出的CH-53K直升機,仍然是目前美國擁有的最大型的運輸直升機。CH-53K的運輸能力和發動機都非常出色,電子系統也升級到了最新版本,各方面的效能均十分先進,在全世界範圍內都是遙遙領先的。在沒有新的替代機型出現的情況下,美國一方面在升級CH-47F和CH-53E直升機,希望將它們的服役時間延長至2030年代;另一方面開始批量採購CH-53K直升機,美國海軍已於2019年5月訂購了12架,總價值高達11.3億美元。
V-22傾轉旋翼機不同於以上兩款直升機,而是有著自身獨特的優點。V-22在飛行過程中可以像固定翼飛機一樣,因此具有很高的飛行速度和響應速度,可以在短時間內將兵力或物質運送到指定位置。V-22的航程也是其長處之一,在不進行空中加油的情況下,海軍陸戰隊使用的MV-22的作戰半徑為375千米,空軍使用的CV-22的作戰半徑可達700多千米。除此之外,V-22傾轉旋翼機的機載電子系統也是四款直升機中最先進的,它的座艙內配備了完善的數字化裝置,非常現代化。但V-22的運輸能力是四款直升機中最弱的,無論是可搭載兵力數量還是載貨量,都無法和其他三款飛機相比。而且V-22旋翼機的結構比較複雜,可靠性仍有待檢驗,成本也比較高,這些都是其不足之處。因此,儘管V-22早已經量產服役,但是在現階段並不能完全取代CH-47和CH-53。
新型米-26T2直升機
米-26是目前唯一的一款非美國研製的重型運輸直升機,也是全世界起飛重量最大、運輸能力最強的直升機。米-26的最大起飛重量為56噸,不僅遠遠超過了V-22傾轉旋翼機,也超過了CH-47和CH-53系列直升機,最新的CH-53K也遠不能與之相比。米-26的最大內載和外掛負荷均為20噸,也是前面三款直升機無法達到的。米-26在兵力投送和大型貨物運輸方面,是四款直升機中最突出的。不過米-26也有不足之處,主要是體型較大、飛行能力差,發動機和航電系統也都比較落後。俄羅斯也對米-26直升機進行了升級,推出了米-26T和米-26T2,主要改進包括髮動機和機身結構,提高空氣動力效能,換裝更先進的航電系統等。
四、四款直升機的啟示意義1、研製重型運輸直升機是非常有必要的,其用途是其他裝備無法替代的。無論是CH-47系列直升機還是CH-53系列直升機,均經過了實戰檢驗,在美軍的多次行動中發揮了重要作用。以1991年爆發的“海灣戰爭”為例,在空中突擊行動中,美軍曾出動60架CH-47“支奴幹”直升機,一次就將大約3000名士兵運送至指定地點。在地面戰的第一天,CH-47直升機就運送了13.1萬加侖的燃料和大量彈藥,顯示了強大的運輸能力。CH-53及其改進型直升機,也曾多次參加特種作戰行動和搜救任務。米-26直升機也曾多次參加搶險救災和大型貨物運輸,體現了無與倫比的優勢。在2008年汶川救災中,米-26直升機將大量重型救災裝置吊送至現場,包括挖掘機、剷車等,在搶險救災中發揮了無可替代的作用。
最新的CH-53K直升機
2、重型運輸直升機的研發要循序漸進,進行大量技術積累和測試。製造直升機的技術難度並不小,重型運輸直升機的研發難度更大。上述四款直升機的研製,無一例外的進行了大量技術積累和一系列的測試,最終才取得了成果。在米-26之前,蘇聯很早就開始研製重型運輸直升機,先後誕生了米-6、米-10以及中途放棄的米-12等,在此基礎上才研製出了米-26直升機。美國研發V-22的過程也十分艱辛,對旋翼機進行了幾十年的研究,推出了多個驗證型號,進行了大量測試,經歷了多次失敗,才最終誕生了V-22。所以在研發重型運輸直升機的過程中,必須要循序漸進,從易到難,踏實前行。
V-22傾轉旋翼機由多家公司合作研製
3、研製重型運輸直升機要進行分工合作,在尋求外援的同時還要掌握關鍵技術。重型運輸直升機的技術十分複雜,單靠一家機構的力量,根本無法完成。米-26雖然是由原蘇聯米里設計局主持設計和研製的,但是其發動機卻來自烏克蘭扎波羅日“進步”機器製造設計局,還得到了蘇聯中央空氣流體動力研究所、飛行試驗研究所以及全蘇航空材料研究所、航空工藝科學研究所等機構的協助。V-22傾轉旋翼機的研製也是由貝爾直升機公司和波音直升機公司共同完成的,貝爾公司主要負責機翼、發動機短艙、旋翼裝置、傳動系統和發動機一體化等,波音公司主要負責機體、尾翼、起落架和電子裝置的研製。另外,V-22飛機搭載的AE1107C發動機是由艾利遜公司(後被羅爾斯·羅伊斯公司收購)提供的。所以在研製重型運輸直升機的過程中,要進行分工合作,必要時還要尋求外援,但是要確保能夠掌握關鍵技術。
中俄正在聯合研製重型直升機
4、在研製常規重型運輸直升機的同時,還要緊盯新技術和新機型的發展。傳統的運輸直升機大都採用常規的單旋翼帶尾槳式結構,但是美國已經擁有了雙旋翼縱列式直升機和傾轉旋翼機,它們的機身結構和佈局有不少獨特之處。目前中俄正在聯合研製重型直升機,從已釋出的報道可知,採用的仍是常規單旋翼。這樣做的好處是顯而易見的,就是能夠運用大量的成熟技術和裝備,以較小的投入、較快的速度,研製出一款現代化直升機。不過對於傾轉旋翼機等新機型,也要關注它們的發展,了解相關的技術。