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資料圖：俄羅斯米-26T2重型直升機
摘要：本文分析了國外現(xiàn)役、在研重型直升機的技術(shù)特點，研究了Z新發(fā)展計劃，理出了重型直升機的技術(shù)發(fā)展路線，對我國的重型直升機發(fā)展提出了建議。
重型直升機一般定義為起飛重量大于20噸，內(nèi)載和外吊掛能力大于8噸，運送超過50人的直升機。與常規(guī)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、不受場地限制等優(yōu)點；與其他直升機相比，又具備有效商載大、運輸效率高的優(yōu)勢。
民用方面，重型直升機的突出作用體現(xiàn)在災(zāi)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直升機飛行百余架次，吊運60余臺推土機、挖掘機等大型設(shè)備，吊運總重達800余噸。在軍事方面則體現(xiàn)在快速機動、快速部署、定點突防的作戰(zhàn)任務(wù)上，如海灣戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭等，重型直升機都發(fā)揮了極其關(guān)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，中國的山地與水面面積約占國土總面積的70%，其中高原高山地區(qū)約占26%，此外海島眾多。我國又是災(zāi)難頻發(fā)的國家，重型直升機在國家經(jīng)濟建設(shè)、人民生命財產(chǎn)的保障、國家利益的保證和拓展等方面有著不可或缺的作用。
目前國外掌握重型直升機整套關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)的國家僅有美國和俄羅斯，歐洲等也在積極準備發(fā)展重型直升機，擁有重型直升機并具備研發(fā)能力是體現(xiàn)一個國家的綜合實力標志之一。
本文通過對國外重型直升機現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展進行剖析，對我國重型直升機研制目標和規(guī)劃的確定具有一定的借鑒意義。
現(xiàn)役重型直升機現(xiàn)狀和技術(shù)特點：
目前世界上現(xiàn)役的重型直升機主要有美制CH-47系列、CH-53E系列、V-22和俄制米-26系列，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(zhuǎn)旋翼式和復(fù)合式等多種構(gòu)型。目前現(xiàn)役重型直升機仍以傳統(tǒng)常規(guī)的單旋翼帶尾槳式和縱列式布局為主，傾轉(zhuǎn)旋翼式技術(shù)成熟性較差，仍在發(fā)展中。
現(xiàn)役的重型直升機除V-22以外，大部分都是上世紀70年代研制的，在技術(shù)水平、壽命、保障、維護等方面均已相對落后，亟待更新。國外對重型直升機的發(fā)展非常重視，一方面利用現(xiàn)有成熟先進技術(shù)對現(xiàn)役重型直升機進行技術(shù)提升；另一方面，制定了系列發(fā)展計劃，近期發(fā)展計劃注重發(fā)展常規(guī)的構(gòu)型直升機技術(shù)，中遠期計劃注重新構(gòu)型的概念設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研。
現(xiàn)役的重型直升機除V-22以外，大部分都是上世紀70年代研制的，在技術(shù)水平、壽命、保障、維護等方面均已相對落后，亟待更新。國外對重型直升機的發(fā)展非常重視，一方面利用現(xiàn)有成熟先進技術(shù)對現(xiàn)役重型直升機進行技術(shù)提升；另一方面，制定了系列發(fā)展計劃，近期發(fā)展計劃注重發(fā)展常規(guī)的構(gòu)型直升機技術(shù)，中遠期計劃注重新構(gòu)型的概念設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)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(shù)提升。
CH-53K重型直升機：
CH-53E重型直升機因伊拉克戰(zhàn)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(zhàn)隊下一代重型運輸直升機CH-53K研制合同。預(yù)計2015年開始總計156架的交付工作。
CH-53K設(shè)計上吸收了CH-53E在中東惡劣條件下事故頻發(fā)的教訓(xùn)，強調(diào)高溫(33℃)和較高海拔(1000米)作戰(zhàn)使用需求；其Z大起飛重量38.4噸，較CH-53E提高5.3噸。主要的改進包括：
單臺發(fā)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系統(tǒng)，采用全復(fù)合材料機體結(jié)構(gòu)，有效提升飛行性能；采用彈性軸承槳轂和傳動系統(tǒng)的單元體設(shè)計，易于維護；采用多余度電傳飛控系統(tǒng)，改善飛行品質(zhì)；采用抗彈擊的槳葉、槳轂，提高生存率；聯(lián)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(yù)置的地板滾道，便于標準集裝箱運輸。
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，缺乏與地面協(xié)同一體的信息化設(shè)備、維護工時和成本不斷上升等一系列問題，2006年年底美國陸軍啟動了CH-47F“改進型貨運直升機”研制計劃。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(xiàn)役的CH-47D改進升級。預(yù)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(chuàng)紀錄的71年。
為解決美軍CH-47D直升機機隊老化、運輸性能衰減，缺乏與地面協(xié)同一體的信息化設(shè)備、維護工時和成本不斷上升等一系列問題，2006年年底美國陸軍啟動了CH-47F“改進型貨運直升機”研制計劃。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(xiàn)役的CH-47D改進升級。預(yù)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(chuàng)紀錄的71年。
研制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(xiàn)通信和導(dǎo)航設(shè)備與美軍數(shù)字化戰(zhàn)場設(shè)備兼容。
為達成該目標，CH-47D直升機近95%的部件和系統(tǒng)均需新研或改進，主要改進內(nèi)容有：機身結(jié)構(gòu)升級，降低維護需求并延長使用壽命；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；航電系統(tǒng)升級，升級的機載設(shè)備可實現(xiàn)與美軍旅/營和以下單位互操作的能力；換裝先進的數(shù)字式飛控系統(tǒng)，實現(xiàn)夜間小速度或懸停、小速度機動飛行能力；發(fā)動機升級，換裝霍尼韋爾公司的T55-L-714A發(fā)動機，起飛和Z大連續(xù)功率均提高近30%、油耗降低5%；旋翼系統(tǒng)升級，換裝全復(fù)合材料旋翼系統(tǒng)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(gòu)型進行優(yōu)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，駕駛復(fù)雜，完成飛行任務(wù)需要5人協(xié)同配合，它的駕駛艙也是世界Z大的直升機駕駛艙。由于米-26駕駛艙的標示為俄文，對不懂俄文的機組人員來說頗為復(fù)雜，要有專門的適應(yīng)性訓(xùn)練。2006年年初，俄羅斯羅斯托夫直升機制造公司開始考慮對駕駛系統(tǒng)和機載設(shè)備改進， 2011年3月改進型米-26T2運輸直升機實現(xiàn)了首飛，預(yù)計2年后交付用戶。
該機的主要改進內(nèi)容包括改進座艙為具有新航電系統(tǒng)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(dǎo)航系統(tǒng)。這些改進將使該直升機能在全球工作，并且儀表飛行可滿足標準。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。
在升級航電系統(tǒng)外，該公司也考慮對發(fā)動機、旋翼系統(tǒng)、傳動進行改進，以提高該機的整體性能及使用能力。發(fā)動機升級為采用電調(diào)的D-136-2渦軸發(fā)動機，該發(fā)動機的Z大應(yīng)急功率可達9187千瓦，可以在30℃以上高溫工作，Z大起飛功率增加到8562千瓦；旋翼系統(tǒng)將采用新型的復(fù)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(fā)展計劃
近期發(fā)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(guī)劃重型直升機研制方案，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(gòu)型不同形成兩種設(shè)計方案。
(1)單旋翼帶尾槳構(gòu)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、傳動等系統(tǒng)均可采用CH-53K方案；機艙尺寸需重新設(shè)計；航電和飛行操縱系統(tǒng)采用NH90直升機研制成果，大范圍使用復(fù)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(chǔ)上展開合作。
(2)縱列式雙旋翼構(gòu)型
因歐洲偏重低海拔高度作戰(zhàn)，因此認為關(guān)鍵參數(shù)是Z大內(nèi)載，而非Z大外吊能力，因此縱列式直升機有其特有的優(yōu)勢。歐直與波音公司聯(lián)合，推出縱列式構(gòu)型方案參與競標，該方案的Z大起飛重量達33噸，Z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(zé)50%的工作，并盡量采用現(xiàn)有技術(shù)，預(yù)計2020年左右完成。
俄羅斯米-46重型直升機發(fā)展計劃
隨著2002年米-6Z終退役和俄羅斯國內(nèi)外對大載重能力的直升機需求迅速增長，1990年米里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、主要裝配件和機載系統(tǒng)性能上都與米-26類似，可降低研制成本和風(fēng)險，換裝免維護的全復(fù)合材料槳葉和彈性軸承槳轂，改進的飛行-導(dǎo)航系統(tǒng)，提高了單發(fā)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(fā)展計劃
目前國外已公布的重型直升機中遠期發(fā)展計劃是美國陸軍的聯(lián)合重型旋翼機(JHL)研發(fā)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(zhàn)系統(tǒng)(FCS)車輛)飛行350～500千米，自部署作戰(zhàn)半徑3900千米，懸停升限約3050米，能在無準備的場地起降；在設(shè)計點海拔高度1220米，環(huán)境溫度35℃條件下，有效載荷13噸。
JHL計劃目前處于概念研制階段，各制造商提供了多種設(shè)計方案，基本涵蓋了目前已知的垂直起落旋翼機各種構(gòu)型，其中5種方案獲得軍方資助，按速度劃分為三類：
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(shù)起重機”(X2C)。它們是在常規(guī)的縱列式雙旋翼和共軸式雙旋翼構(gòu)型技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)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(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展，通過采用共軸“前行槳葉概念”(ABC)技術(shù)，在機身兩側(cè)加裝了涵道式的推力風(fēng)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(zhuǎn)旋翼機”(QTR)和卡曼公司的“Z佳速度傾轉(zhuǎn)旋翼機”(OSTR)。它們是在V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展上，但在前者采用獨特的傳動技術(shù)，后者則發(fā)展了旋翼控制技術(shù)以及旋翼與機翼的匹配技術(shù)。
為突破傳統(tǒng)布局在速度、航程方面的限制，國外新概念氣動布局不斷發(fā)展，其成果同樣在重型直升機研發(fā)上得以應(yīng)用，上述第二類和第三類的構(gòu)型方案均采用新概念布局。
結(jié)論與啟示：
從國外重型直升機技術(shù)發(fā)展歷程來看，重型直升機的技術(shù)發(fā)展與其他相對小噸位直升機的技術(shù)發(fā)展是密不可分的。一般來說，在小噸位直升機成熟技術(shù)通過適應(yīng)性改進可以應(yīng)用到重型直升機上。但重型直升機由于尺寸大、重量大、旋翼轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)復(fù)雜，又會帶來設(shè)計、制造、使用上新的技術(shù)問題，形成重型直升機自身的技術(shù)特點。掌握小噸位直升機技術(shù)僅是研發(fā)重型直升機必要條件。
考慮到研制周期、成本、技術(shù)風(fēng)險等多方面因素，目前研制的重型直升機仍以現(xiàn)有成熟的單旋翼帶尾槳和縱列式雙旋翼構(gòu)型為主。這兩種構(gòu)型的現(xiàn)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(shù)，目前和近期研制重型直升機主要采用第三、四代直升機技術(shù)，其主要特征是：全復(fù)合材料槳葉和帶彈性軸承的球柔性槳轂，第三、四代發(fā)動機，先進的傳動系統(tǒng)，大量使用先進的復(fù)合材料，電傳操縱系統(tǒng)，玻璃化駕駛艙的綜合航電系統(tǒng)等。研制目標是提升大型裝備的內(nèi)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(yù)計5年之后，新研重型直升機將逐步取代現(xiàn)役重型直升機，滿足今后30年左右使用需求。
對于同一個系列發(fā)展的重型直升機，Z大起飛重量隨著用戶要求的任務(wù)載荷的提高而增加。以CH-53系列為例，CH-53A的Z大起飛重量為19噸，CH-53E的Z大起飛重量增加到33噸，至CH-53K其Z大起飛重量則達到了38噸，高溫、高原運載能力成倍增長。
發(fā)展新構(gòu)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(shù)發(fā)展方向。以V22傾轉(zhuǎn)旋翼機的和以X2復(fù)合推力直升機為代表等一些新構(gòu)型直升機技術(shù)逐步成熟，正在走向?qū)嵱�。預(yù)計在10年之后，這兩種新構(gòu)型直升機將大量投入使用。
國外重型直升機技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對我國發(fā)展重型直升機有借鑒和啟示的作用。
我國已成功研制AC313、AC312、AC311等直升機，技術(shù)上已達到第三代直升機的技術(shù)水平，這些直升機設(shè)計、試驗、制造技術(shù)構(gòu)成我們發(fā)展重型直升機的基礎(chǔ)。我國的重型直升機應(yīng)優(yōu)先考慮采用常規(guī)的單旋翼帶尾槳構(gòu)型。
高原、高溫是我國的特殊國情，因此在重型直升機設(shè)計點的選擇上應(yīng)充分關(guān)注此問題，發(fā)動機、旋翼技術(shù)是解決這個問題的關(guān)鍵。
作為長遠發(fā)展，我國應(yīng)發(fā)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(guī)直升機固有的運輸效率不足問題。遵循直升機型號發(fā)展規(guī)律，必須經(jīng)歷概念研究、關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研、原理樣機演示驗證、背景機研究、型號研制等過程，應(yīng)早做謀劃，盡快實施。（中國航空報）
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