■ 李明/中國(guó)航發(fā)研究院

9月30日，GE公司向美國(guó)海軍航空司令部交付了首臺(tái)生產(chǎn)型T408渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，用于配裝最新的重型運(yùn)輸直升機(jī)CH-53K“種馬王”，這意味著該機(jī)離形成初始作戰(zhàn)能力（IOC）更進(jìn)了一步。

CH-53K基本情況及發(fā)展歷程

美國(guó)當(dāng)前主要有3種重型軍用直升機(jī)，分別是陸軍的CH-47支奴干、海軍/海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的CH-53E“超級(jí)種馬”和V-22“魚(yú)鷹”。其中，CH-53E機(jī)隊(duì)在伊拉克、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中損耗嚴(yán)重，后續(xù)將面臨大批的停飛或退役，但海軍陸戰(zhàn)隊(duì)卻向艦上對(duì)陸地的機(jī)動(dòng)運(yùn)輸能力提出了更高需求，新直升機(jī)相比CH-53E的運(yùn)輸能力要提高一倍以上。為不額外增加后勤保障壓力，同時(shí)能適應(yīng)艦載需求，美國(guó)海軍分析中心和蘭德公司分別進(jìn)行了新直升機(jī)方案的評(píng)估。

美國(guó)海軍分析中心在對(duì)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)兵力結(jié)構(gòu)、各直升機(jī)數(shù)量及運(yùn)輸能力比較分析后發(fā)現(xiàn)，V-22與重型直升機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)更能發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)，若以CH-53K取代CH-53E會(huì)是最好的選擇。蘭德公司對(duì)CH-53K、單旋翼與縱列式旋翼兩種新型常規(guī)構(gòu)型、無(wú)尾槳的共軸“空中吊車”直升機(jī)、槳尖安裝小型發(fā)動(dòng)機(jī)的槳尖噴氣直升機(jī)、帶升力風(fēng)扇的復(fù)合直升機(jī)、4旋翼傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)等7種方案，進(jìn)行了包括技術(shù)、生存性及可生產(chǎn)性等方面的全面、綜合評(píng)估。評(píng)估發(fā)現(xiàn)所有方案的費(fèi)用都很高，且需要多年的研發(fā)時(shí)間，而以CH-53E為基礎(chǔ)改進(jìn)改型的CH-53K是滿足未來(lái)重型運(yùn)輸直升機(jī)需求的最佳選擇。

CH-53K重型直升機(jī)

美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)于21世紀(jì)初啟動(dòng)了CH-53K的研發(fā)工作，原計(jì)劃在2015年形成初始作戰(zhàn)能力（IOC）被推遲到2019年12月，但受高溫燃?xì)馕搿⑽茶煳矘Y(jié)構(gòu)、主旋翼阻尼器過(guò)熱、燃油系統(tǒng)異常等問(wèn)題影響，該時(shí)間將繼續(xù)被推遲。

CH-53K在2015年首飛，2018年首架交付美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。2017年進(jìn)入低速率初始生產(chǎn)（LRIP），第一批次生產(chǎn)2架、第二批次生產(chǎn)6架，第三批次生產(chǎn)8架，第四批次生產(chǎn)13架。預(yù)計(jì)在2021年年初進(jìn)行初始作戰(zhàn)測(cè)試和評(píng)估（IOT&E），2023—2024年開(kāi)始部署。按當(dāng)前計(jì)劃，CH-53K訂單總量200架，約277億美元，于2020年開(kāi)始批量交付，持續(xù)生產(chǎn)到2028年。

CH-53項(xiàng)目發(fā)展歷程

由于具有超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力、強(qiáng)大的運(yùn)輸能力及一定的抗損傷能力，CH-53K屆時(shí)將擔(dān)負(fù)起多種運(yùn)輸、突擊支援等任務(wù)，對(duì)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)能力形成階躍式提升。

CH-53K裝備能力及技術(shù)特點(diǎn)分析

CH-53K是美國(guó)最大最重的軍用直升機(jī)，航程、有效載荷、生存能力、可靠性、成本等性能指標(biāo)都較現(xiàn)役CH-53E有大幅提升。最大起飛質(zhì)量高達(dá)39.9t，巡航速度為315km/h；單點(diǎn)掛鉤的額定載荷為16.3t，雙點(diǎn)掛鉤最多可承載11.4t。特別是在海軍高溫/炎熱環(huán)境下，能在204km的任務(wù)半徑內(nèi)，承擔(dān)約12t的外部負(fù)載，該項(xiàng)能力是CH-53E的3倍。

突出的運(yùn)輸能力，使其可執(zhí)行以下多種任務(wù)：第一，重型運(yùn)輸任務(wù)，包括武器、裝備、物資、人員等突擊運(yùn)輸；第二，支撐前方彈藥與燃料補(bǔ)給和快速地面加油；第三，對(duì)撤退和海軍特殊軍事活動(dòng)的突擊支援；第四，醫(yī)療后送；第五，墜機(jī)、裝備及人員的回收；第六，突擊支援的空中控制。

利用其強(qiáng)大的裝載和吊運(yùn)能力，CH-53K可以與高速、遠(yuǎn)航程的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)V-22形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；CH-53K還可以像CH-53E一樣，改裝成反潛、搜救、掃雷直升機(jī)及特種作戰(zhàn)直升機(jī)，具備更大的控制范圍和作戰(zhàn)潛力。

這些突出能力的形成，一方面由于CH-53K延續(xù)了CH-53E的經(jīng)典布局，設(shè)計(jì)之初就考慮了其使用需求及CH-53系列多年的使用經(jīng)驗(yàn)；另一方面，除先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)外，還綜合集成旋翼系統(tǒng)、復(fù)合材料機(jī)體等多種先進(jìn)技術(shù)，其中電子及飛控系統(tǒng)等還考慮了未來(lái)的軟件升級(jí)。

旋翼系統(tǒng)：第四代復(fù)合材料旋翼槳葉及先進(jìn)的葉型、后掠的槳尖、加寬的槳葉等優(yōu)化設(shè)計(jì)提高了懸停和前飛性能；可自動(dòng)折疊，適應(yīng)艦載需求；彈性、低維護(hù)需求的主旋翼槳轂；全新葉型尾槳。

力矩分流式減速器：3個(gè)功率輸入模塊，通過(guò)4個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分流后輸出給主旋翼驅(qū)動(dòng)齒輪，具備30min干運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

電傳飛控系統(tǒng)：光電系統(tǒng)取代復(fù)雜、笨重的液壓機(jī)械系統(tǒng)，具有先進(jìn)的增穩(wěn)和飛行控制模式，降低飛行員負(fù)擔(dān)。

綜合飛行器健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：具有診斷功能，可檢測(cè)軸平衡、旋翼平衡、旋翼軌跡和平衡以及尾槳平衡。

復(fù)合材料機(jī)體：輕質(zhì)、堅(jiān)固，減輕質(zhì)量，提高載重能力。

數(shù)字化座艙：具備聯(lián)合交互操作功能，提高人機(jī)功效。

全數(shù)字化設(shè)計(jì)：降低研發(fā)成本，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

先進(jìn)技術(shù)在提升CH-53K運(yùn)載能力的同時(shí)，還將大大提高可靠性、維修性、協(xié)同作戰(zhàn)能力，同時(shí)降低全生命期成本，使之成為好用、用得起的先進(jìn)裝備。

先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展及特點(diǎn)分析

動(dòng)力系統(tǒng)能力提升，是CH-53K性能發(fā)生飛躍的核心因素。2006年，針對(duì)CH-53K的需求，GE公司正式開(kāi)始研發(fā)T408，內(nèi)部編號(hào)GE38-1B。

CH-53K選用了3臺(tái)T408渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)額定功率為5600kW（地面測(cè)試最高達(dá)6200kW），相比CH-53E采用的T64發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率增加了57%，單位燃油效率提升了18%，但零件數(shù)減少了63%。

T408系統(tǒng)及性能參數(shù)表

T408發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷程

T408發(fā)動(dòng)機(jī)

T408是在GE27先進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)、T407渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，借鑒了GE27核心機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、單元體結(jié)構(gòu)、高壓比單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)及其冷卻方案、潤(rùn)滑系統(tǒng)和支承方案；還參考了T407的3級(jí)動(dòng)力渦輪，其中氣冷的第一級(jí)渦輪可提高耐久性和功率增長(zhǎng)能力，并有一個(gè)獨(dú)立的封閉模塊以防止軸承和油槽受污染。

T408還融合了一系列新技術(shù)，包括新的三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)、冷卻方案和先進(jìn)材料，與T407相比，同等進(jìn)口氣流和燃油消耗下，功率提高約45%。熱端部件的冷卻設(shè)計(jì)可防沙粒堵塞，并采用改進(jìn)的材料和涂層，以防沖蝕和腐蝕。壓氣機(jī)葉片前緣設(shè)計(jì)得更堅(jiān)固，以提高耐久性；同時(shí)采用T64發(fā)動(dòng)機(jī)的抗蝕涂層。由于采用了整體葉盤壓氣機(jī)、無(wú)螺栓轉(zhuǎn)子、低稠度/高功率渦輪及空心管路附件系統(tǒng)，從而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)零件數(shù)。

針對(duì)特定作戰(zhàn)環(huán)境設(shè)計(jì)的T408，已完成超過(guò)6000h包括飛行試驗(yàn)在內(nèi)的各種試驗(yàn)，驗(yàn)證了其出色抗風(fēng)沙侵蝕和鹽水腐蝕能力以及強(qiáng)耐久性，能夠理想地在海軍陸戰(zhàn)隊(duì)嚴(yán)酷的作戰(zhàn)環(huán)境下使用。由于耗油率較低，T408還能顯著降低CH-53K的使用成本。

結(jié)束語(yǔ)

CH-53新型重型直升機(jī)經(jīng)過(guò)近15年的發(fā)展，性能超過(guò)預(yù)期。雖然發(fā)展中遇到不少技術(shù)問(wèn)題，但這也是新機(jī)研發(fā)必經(jīng)的坎坷。CH-53服役后，將大大提升海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的登陸作戰(zhàn)和垂直突擊能力，觀其研發(fā)歷程，有以下初步認(rèn)識(shí)。

首先，需求明確是前提。根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)歷了伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的損耗，同時(shí)考慮美軍未來(lái)會(huì)頻繁介入局部戰(zhàn)爭(zhēng)、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)將承擔(dān)大量地面戰(zhàn)斗任務(wù)的特點(diǎn)，急需補(bǔ)充、加強(qiáng)重型運(yùn)輸直升機(jī)，以提高快速機(jī)動(dòng)的運(yùn)載能力；同時(shí)需要提高維修性、可靠性，降低使用成本。發(fā)展之初，新型直升機(jī)的定位清楚、需求明確，為后續(xù)的方案選型、主要參數(shù)等關(guān)鍵決策的確定奠定了基礎(chǔ)。

其次，融合新技術(shù)，繼承性發(fā)展。根據(jù)任務(wù)需求，在對(duì)7種方案全面綜合評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)將CH-53E改型發(fā)展的CH-53K是最佳選擇。一方面是由于CH-53系列直升機(jī)已服役50多年，其總體布局經(jīng)歷了實(shí)戰(zhàn)的考驗(yàn)，延續(xù)改進(jìn)了艦載兼容性；另一方面是改型的技術(shù)難度相對(duì)低，相應(yīng)的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)也較低，能夠較迅速形成作戰(zhàn)能力。在發(fā)展中，CH-53K融合了新設(shè)計(jì)、新材料等大量新技術(shù)，例如旋翼槳葉、復(fù)合材料機(jī)體等；或借鑒了已有的成熟先進(jìn)技術(shù)，例如來(lái)自RAH-66科曼奇的分流減速器；這些新技術(shù)的融合，是CH-53K能力的重要保障。

最后，動(dòng)力是核心能力。“一代動(dòng)力、一代裝備”，CH-53K區(qū)別于其他CH-53直升機(jī)的關(guān)鍵是前者采用了全新的動(dòng)力，相比同量級(jí)的其他發(fā)動(dòng)機(jī)，T408針對(duì)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)酷使用環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其功率更大、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、更省油、更能抗沙粒侵蝕、更耐用。5600kW的額定功率使T408成為美國(guó)功率最大的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，僅次于烏克蘭的D-136渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，強(qiáng)勁的動(dòng)力使兩者配裝的米-26、CH-53K分別成為運(yùn)載能力世界第一、第二的直升機(jī)。但米-26采用的D-136發(fā)動(dòng)機(jī)為20世紀(jì)70年代研制，T408較其而言，最大熱效率提高了7.4%，起飛耗油率降低了6.9%，綜合性能更優(yōu)。