國(guó)外典型重型運(yùn)輸直升機(jī)對(duì)比分析

重型直升機(jī)是指起飛重量大于20噸，內(nèi)載和外吊掛能力大于8噸，運(yùn)送超過50人的直升機(jī)，由于主要用來(lái)運(yùn)輸，所以也被稱為重型運(yùn)輸直升機(jī)。重型運(yùn)輸直升機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、不受機(jī)場(chǎng)限制、運(yùn)載能力大、輸送速度較快，受到世界各國(guó)際軍事強(qiáng)國(guó)的重視，在民用方面和軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

國(guó)外典型重型運(yùn)輸直升機(jī)介紹

直升機(jī)發(fā)展歷史上出現(xiàn)過多種型號(hào)的重型運(yùn)輸直升機(jī)，其中有美制的CH－47系列、CH－53系列、V－22系列，俄制的米－6系列、米－10系列、米－12系列和米－26系列。而目前世界上現(xiàn)役的重型直升機(jī)主要有4種，即CH－53系列、米－26系列、CH－47系列和V－22系列。

CH－53直升機(jī)

CH－53“海上種馬”直升機(jī)是美國(guó)西科斯基公司制造，1971年開始研制，最大起飛重量超過30噸。CH－53直升機(jī)是美海軍直升機(jī)部隊(duì)的重要組成部分，主要用來(lái)執(zhí)行預(yù)警偵察、反潛巡邏和救援、對(duì)艦隊(duì)的垂直補(bǔ)給等任務(wù)，可容納37名全副武裝士兵或24副擔(dān)架和4名醫(yī)務(wù)人員。

米－26直升機(jī)

米－26“光環(huán)”直升機(jī)由蘇聯(lián)米爾莫斯科直升機(jī)工廠主持設(shè)計(jì)、研制，1970年開始研制，1977年12月14日首飛，發(fā)展有米－26A、米－26T、米－26P及米－26M等多種型號(hào)，是當(dāng)今世界上服役的最大、最重的直升機(jī)，最大起飛重量達(dá)56t。該機(jī)的運(yùn)輸能力與美國(guó)C－130運(yùn)輸機(jī)相當(dāng)，內(nèi)載和外掛均可達(dá)20噸，主要用于運(yùn)輸大型裝備、武器彈藥和其它軍用物資，也可用于森林防火和邊遠(yuǎn)地區(qū)的地質(zhì)勘探開發(fā)。

CH－47直升機(jī)

CH－47“支奴干”直升機(jī)是由美國(guó)波音公司制造，自1961年9月21日首飛以來(lái)，已服役40多年，發(fā)展有A、B、C和D等16種型號(hào)，最大起飛重量達(dá)24.5噸，最大有效載重12.944噸，最大吊掛載重12.700噸，可運(yùn)載33－55名全副武裝的士兵或24副擔(dān)架和2名護(hù)士。主要用來(lái)機(jī)降作戰(zhàn)、后勤補(bǔ)給和搜索救援等。

V－22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

V－22“魚鷹”是由美國(guó)貝爾直升機(jī)公司和波音直升機(jī)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的，同時(shí)具備垂直起降和短距起降能力的高速運(yùn)輸傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，于20世紀(jì)80年代開始研發(fā)，1989年3月19日首飛成功，是目前在役的唯一一型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，時(shí)速高達(dá)509公里，最大起飛重量約27t，主要用于戰(zhàn)斗搜索、特種作戰(zhàn)和艦隊(duì)后勤及遠(yuǎn)距離特種運(yùn)輸。

四種機(jī)型使用性能總結(jié)

以上四種典型重型運(yùn)輸直升機(jī)的主要使用性能如表1所示。

表1 四種機(jī)型主要使用性能

由表1可見：

（1）米－26的最大起飛重量和有效載荷要大于其它三種機(jī)型，這對(duì)重型運(yùn)輸直升機(jī)的運(yùn)輸能力十分重要，直接決定重型運(yùn)輸直升機(jī)單次運(yùn)輸?shù)男省?/p>

（2）V－22的最遠(yuǎn)航程和最大平飛速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它三種機(jī)型，這對(duì)重型運(yùn)輸直升機(jī)的運(yùn)輸速度、作戰(zhàn)半徑等有很大提升。

國(guó)外典型重型運(yùn)輸直升機(jī)對(duì)比

重型運(yùn)輸直升機(jī)在研發(fā)過程中存在特有的技術(shù)難點(diǎn)和規(guī)律，下面主要從直升機(jī)結(jié)構(gòu)型式、動(dòng)力裝置、主減速器、操縱系統(tǒng)和航電設(shè)備五個(gè)方面對(duì)上述四種機(jī)型進(jìn)行對(duì)比分析。

結(jié)構(gòu)型式

CH－53系列、米－26系列、CH－47系列和V－22傾轉(zhuǎn)旋翼四種機(jī)型涉及到的結(jié)構(gòu)型式主要有三種，分別是單旋翼帶尾槳式、雙旋翼縱列式和傾轉(zhuǎn)旋翼式。

（1）單旋翼帶尾槳式

單旋翼帶尾槳形式的優(yōu)點(diǎn)在于適用范圍較廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)則有：需要額外功率供尾槳平衡主旋翼反扭矩；重心范圍狹小；直升機(jī)起動(dòng)后，尾槳高速旋轉(zhuǎn)，地面人員無(wú)法靠近機(jī)身后部裝卸貨物，影響運(yùn)輸效率；尾槳受到主旋翼尾渦的影響，降低了其氣動(dòng)效率，增大了尾槳載荷與振動(dòng)。

（2）雙旋翼縱列式優(yōu)缺點(diǎn)

雙旋翼縱列式直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：不需要尾槳；縱向重心范圍大；具有較大的俯仰阻尼和操縱功效，縱向操縱品質(zhì)較好。缺點(diǎn)有：后旋翼構(gòu)架使結(jié)構(gòu)重量增加；前旋翼尾渦對(duì)后旋翼會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)干擾，這是振動(dòng)、交變載荷、噪聲和功率損失的根源；為降低前旋翼尾渦對(duì)后旋翼的氣動(dòng)干擾程度，后旋翼位置較高，造成俯仰慣性較大，機(jī)身氣動(dòng)力矩不穩(wěn)定，偏航操縱效率較低。

（3）單旋翼帶尾槳式與雙旋翼縱列式對(duì)比

1）重量對(duì)比

由于對(duì)于重型運(yùn)輸直升機(jī)而言，主減速器和旋翼重量占直升機(jī)總重比重較大，雙旋翼縱列式相比單旋翼帶尾槳式，可以減少主減速器和旋翼的重量，從而可以降低結(jié)構(gòu)重量。

2）重心范圍對(duì)比

雙旋翼縱列式直升機(jī)可以利用前后旋翼差距操縱來(lái)保持機(jī)體平衡，重心范圍比較大。

3）飛行性能對(duì)比

懸停和小速度時(shí)，雙旋翼縱列式有利；

經(jīng)濟(jì)巡航時(shí)，單旋翼帶尾槳式有利；

大速度時(shí)兩種型式相當(dāng)；

考慮旋翼和發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制，單旋翼帶尾槳式巡航速度有利；

（4）傾轉(zhuǎn)旋翼式特點(diǎn)分析

傾轉(zhuǎn)旋翼式較其它兩種結(jié)構(gòu)形式有速度快、振動(dòng)小、旋翼效率低和氣動(dòng)特性復(fù)雜等特點(diǎn)。

速度快

直升機(jī)的飛行速度受到前行槳葉激波失速和后行槳葉氣流分離的限制不可能太快，最大速度超過360千米/小時(shí)的很少，而V－22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的巡航速度為509千米/小時(shí)，最大速度可達(dá)650千米/小時(shí)。

振動(dòng)小

轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的旋翼布局在遠(yuǎn)離機(jī)身的機(jī)翼尖端，并且旋翼直徑較小，因此其座艙的振動(dòng)水平比一般的直升機(jī)低。

旋翼效率低

為確保槳葉根部能夠在前飛狀態(tài)下產(chǎn)生較大的拉力，螺旋槳旋翼的扭角比直升機(jī)旋翼較大，而這種大扭轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)會(huì)造成懸停狀態(tài)下，工作效率大大降低。

氣動(dòng)特性復(fù)雜

在前飛速度較低，下降速度較大時(shí)，在自身的下洗氣流的影響下，極易進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)，導(dǎo)致旋翼升力損失。這種橫列式結(jié)構(gòu)布局，一旦一側(cè)進(jìn)入渦環(huán)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)升力失衡，發(fā)生滾裝。

動(dòng)力裝置

目前，世界上用于重型運(yùn)輸直升機(jī)的大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)僅有4種型號(hào)，即配裝CH－53的T64發(fā)動(dòng)機(jī)、配裝米－26的D－136發(fā)動(dòng)機(jī)、CH－47的T55發(fā)動(dòng)機(jī)和配裝V－22的T406發(fā)動(dòng)機(jī)四種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)見表2。

這四種機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)主要有：

（1）功率范圍寬泛。由表2可見，重型直升機(jī)所需的大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛功率范圍為3267～7457kW，均在3000kW以上。特別是D－136發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率達(dá)7457kW，是世界上功率最大的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）采取兩種結(jié)構(gòu)型式

兩種結(jié)構(gòu)型式是指常規(guī)結(jié)構(gòu)和三軸結(jié)構(gòu)型式。常規(guī)結(jié)構(gòu)型式，即自由渦輪式單轉(zhuǎn)子，一般采用中等熱力循環(huán)系數(shù)、高部件性能，達(dá)到理想的整機(jī)性能，如T64－GE－419、T55－L－712和T406均屬這種結(jié)構(gòu)；三軸結(jié)構(gòu)型式，即自由渦輪式雙轉(zhuǎn)子渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用高熱力循環(huán)參數(shù)、較高部件性能，D－136發(fā)動(dòng)機(jī)是該型的唯一代表。

（3）具有較高功重比、較低耗油率

由于大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率偏大，實(shí)現(xiàn)高功重比、低耗油率的性能指標(biāo)相對(duì)容易。如這四種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)雖屬于第二代和第三代，但功重比達(dá)到甚至超過第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)。

表2 四種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

（4）組成部附件具有一些共同點(diǎn)

除近期研制的T406發(fā)動(dòng)機(jī)外，壓氣機(jī)多采用多級(jí)軸流式，燃燒室采用環(huán)形直流型式，動(dòng)力渦輪為雙級(jí)結(jié)構(gòu)，大部分均帶有體內(nèi)減速器。

主減速器

主要對(duì)CH－47系列和米－26系列直升機(jī)的減速器加以對(duì)比。

CH－47利用安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的超轉(zhuǎn)離合器進(jìn)行體內(nèi)減速，再由并車減速器將兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)功率匯總后傳給前后旋翼各自的減速器，這種三級(jí)減速形式保證了每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都能驅(qū)動(dòng)兩副旋翼，同時(shí)也降低了減速器的制造難度和制造工藝。米－26主減速器為三級(jí)多路功率傳動(dòng)，，采用單元體設(shè)計(jì)，每個(gè)單元體基本上都能達(dá)到規(guī)定壽命，可單獨(dú)制造、試驗(yàn)、修改，并可用在其它系統(tǒng)上。這種設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了研制工作，并減輕了重量。其最獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是最后級(jí)減速比大，最后一級(jí)的減速比大，就大大減輕了主減速器的重量。減少減速級(jí)和空間布局合理，使從轉(zhuǎn)過部件冷卻的滑油容易流出，提高了齒輪箱的工作效率，冷卻要求低，使冷卻系統(tǒng)的重量也減輕了。

操縱系統(tǒng)

該四種型號(hào)重型運(yùn)輸直升機(jī)至少采用兩套以上的液壓助力系統(tǒng)，以確保在飛行中操縱的穩(wěn)定性，均采用了輔助操縱系統(tǒng)，不僅是為了降低飛行員的操縱難度，更是為了直升機(jī)能得到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

CH－47直升機(jī)液壓系統(tǒng)包括通用系統(tǒng)、1號(hào)和2號(hào)飛行控制系統(tǒng)，所有液壓系統(tǒng)都裝有壓縮油箱，防止泵出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。所有的系統(tǒng)無(wú)論在空中還是地面都可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。多余度自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)采用2個(gè)相同的控制系統(tǒng)和2套穩(wěn)定作動(dòng)系統(tǒng)，用來(lái)保持直升機(jī)穩(wěn)定性和姿態(tài)。

CH－53直升機(jī)使用4個(gè)液壓泵驅(qū)動(dòng)總距、周期變距、橫滾、偏航和桿力增加飛行控制伺服機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)、起落架收放、貨物絞車、裝卸跳板以及槳葉和尾斜梁折疊的液壓系統(tǒng)。

V－22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)有3通道電傳操縱裝置，具有自動(dòng)穩(wěn)定、全自動(dòng)駕駛儀和編隊(duì)飛行模式。飛行操縱系統(tǒng)發(fā)出控制襟副翼、升降舵和方向舵液壓作動(dòng)筒的信號(hào)， 控制該型機(jī)在直升機(jī)與定翼機(jī)飛行模式之間的轉(zhuǎn)換，并且能對(duì)空速、短艙傾轉(zhuǎn)和迎角編程。

米－26直升機(jī)上有主液壓系統(tǒng)和應(yīng)急液壓系統(tǒng)。自動(dòng)穩(wěn)定裝置的每個(gè)通道都有伺服裝置位置指示器，自動(dòng)駕駛儀有12個(gè)位置的試驗(yàn)電門裝在中央控制臺(tái)上，自動(dòng)由前飛狀態(tài)進(jìn)入并保持懸停狀態(tài)。自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)的伺服裝置能使用的行程占整個(gè)操縱行程的20%。

航電設(shè)備

CH－47裝有雷達(dá)告警接收機(jī)、紅外干擾機(jī)超戰(zhàn)術(shù)空間導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和箔條/曳光彈發(fā)射器。飛行儀表系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)的儀表板行規(guī)則設(shè)計(jì)，其中包括水平位置指示器，先進(jìn)座艙管理系統(tǒng)（ACMS）和電子飛行信息系統(tǒng)，任務(wù)設(shè)備有衛(wèi)星通信天線。

CH－53導(dǎo)航設(shè)備包括導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、微型塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、伏爾接收機(jī)、奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)。任務(wù)設(shè)備包括數(shù)字雷達(dá)尋的和告警系統(tǒng)、數(shù)字雷達(dá)告警系統(tǒng)、電子對(duì)抗金屬箔條曳光彈投放機(jī)、電子對(duì)抗措施記錄系統(tǒng)，多波束聲吶、紅外對(duì)抗系統(tǒng)。任務(wù)設(shè)備包括拖曳式聲吶、掃雷裝置以及電子掃瞄儀等。

米－26采用自主式導(dǎo)航系統(tǒng)多普勒設(shè)備和活動(dòng)地圖顯示儀，可連續(xù)顯示直升機(jī)的位置。裝有機(jī)載閉路電視，用于監(jiān)視貨物裝卸過程和飛行中的貨物狀態(tài)，共3臺(tái)電視攝像機(jī)。軍用型可裝紅外干擾儀、紅外抑制器和編碼的彩色識(shí)別曳光彈系統(tǒng)。

V－22機(jī)頭左側(cè)突出的雷達(dá)罩內(nèi)裝有地形跟蹤、地形回避多功能雷達(dá)。飛行設(shè)備包括戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航設(shè)備、甚高頻全向指向標(biāo)/儀表著陸系統(tǒng)、姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)、雷達(dá)高度表、超高頻/高頻自動(dòng)無(wú)線電羅盤、輕型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、小型機(jī)載全球定位系統(tǒng)和數(shù)字地圖顯示器、備用姿態(tài)指示器、數(shù)據(jù)搜索和存儲(chǔ)系統(tǒng)以及2臺(tái)任務(wù)計(jì)算機(jī)加上波音/IBM軟件。自衛(wèi)設(shè)備包括有導(dǎo)彈告警系統(tǒng)、雷達(dá)/紅外告警系統(tǒng)、箔條撒布系統(tǒng)。美國(guó)空軍的V－22采用綜合射頻對(duì)抗裝置，其中有雷達(dá)告警接收機(jī)、電子對(duì)抗雷達(dá)定位與干擾器。

對(duì)我國(guó)發(fā)展重型運(yùn)輸直升機(jī)的啟示

（1）為降低直接研制重型運(yùn)輸直升機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，可利用現(xiàn)有直升機(jī)成熟技術(shù)，結(jié)合重型運(yùn)輸直升機(jī)特點(diǎn)，通過適應(yīng)性改進(jìn)而進(jìn)行。

（2）我國(guó)在直升機(jī)技術(shù)上雖然已達(dá)到第三代直升機(jī)的技術(shù)水平，但均采用單旋翼帶尾槳式機(jī)身構(gòu)型，雙旋翼縱列式與傾轉(zhuǎn)旋翼式在我國(guó)直升機(jī)發(fā)展史上仍是空白。重型運(yùn)輸直升機(jī)在研發(fā)過程中會(huì)出現(xiàn)更多的技術(shù)難點(diǎn)，如果采用雙旋翼縱列式或者傾轉(zhuǎn)旋翼式會(huì)增加研發(fā)周期和研發(fā)成本。所以我國(guó)的重型直升機(jī)應(yīng)優(yōu)先考慮采用常規(guī)的單旋翼帶尾槳式機(jī)身構(gòu)型。

（3）為避免大尺寸單轉(zhuǎn)子燃?xì)獍l(fā)生器可能遇到的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題，可采用自由渦輪式雙轉(zhuǎn)子渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型，通過增加增壓級(jí)提高總壓比。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.001