蓄勢待飛——CH—53K艦載重型運輸直升機

溫杰

2014年5月5日，西科斯基飛機公司在位于美國佛羅里達州西棕櫚灘的工廠內舉行了一個盛大儀式，正式推出了首架CH-53K重型運輸直升機。該機雖然承襲了CH-53系列直升機的命名序列，但是在總體設計上可謂脫胎換骨，將多項系統(tǒng)新技術集成到全新機體結構中。在出廠儀式上，美國海軍陸戰(zhàn)隊司令詹姆斯·阿莫斯將軍首先向來賓介紹了該機的綽號“種馬之王”（King Stallion），并將其喻為第五代直升機。

作為美國海軍陸戰(zhàn)隊的新一代作戰(zhàn)平臺，CH-53K運輸直升機的研制與發(fā)展幾易其名，在初期階段出現(xiàn)過兩次短暫停頓，導致進度一再拖延，能走到今天實屬不易。在延期數(shù)年后，西科斯基公司正在加緊各項地面測試，力爭在今年底實現(xiàn)CH-53K直升機的首飛，同時推進小批量生產(chǎn)工作，預計在2019年正式交付海軍陸戰(zhàn)隊，從而使美國兩棲作戰(zhàn)裝備邁入一個新時代。

項目發(fā)展一波三折

從首架CH-53A直升機升空到最新CH-53K公開亮相，“種馬”家族在半個世紀里不斷發(fā)展壯大。早在50多年前，西科斯基公司為滿足美國海軍的供給運輸直升機要求，研制了S-65雙發(fā)重型直升機，美國海軍編號為CH-53A，并形象地稱之為“海上種馬”（sea Stallion），其后為滿足海軍陸戰(zhàn)隊的作戰(zhàn)需求，發(fā)展出CH-53D。

在此基礎上，西科斯基公司根據(jù)兩棲任務的特殊需要，通過增加一臺渦輪軸發(fā)動機等改裝措施，發(fā)展出CH-53E多用途重型直升機，綽號“超級種馬”（Super Stdlion），可以承擔98%作戰(zhàn)物資和裝備的空運任務。本世紀初，隨著美國在全球展開反恐戰(zhàn)爭，CH-53E在阿富汗、伊拉克以及非洲之角持續(xù)執(zhí)行了作戰(zhàn)裝備運輸、前線部隊運送和戰(zhàn)術飛機機組人員救援等任務，甚至還在2004年印度洋海嘯等人道主義救援行動中發(fā)揮了重要作用。

在這種頻繁出動的情況下，“超級種馬”的作戰(zhàn)使用率已經(jīng)達到了正常情況下的3倍，一直處在超負荷狀態(tài)，逐步感到力不從心，迫切需要補充數(shù)量和提升性能。為此，海軍陸戰(zhàn)隊曾經(jīng)一度提出了CH-53X“未來種馬”（Future Stallion）項目，初衷是對CH-53E實施延壽和改進，重點放在換裝新型發(fā)動機，力求滿足從艦到岸運輸部隊、裝備和補給的需求。2003年底，美國國防部根據(jù)海軍完成的一項選擇性分析研究，接受了制造新機是成本效益最好的建議，直接確定西科斯基公司成為CH-53X項目的主承包商。

2004年，美國海軍陸戰(zhàn)隊在全面考慮了未來作戰(zhàn)需求后，考慮發(fā)展一種衍生型平臺，主要任務是完成重型武器和大型裝備的兩棲作戰(zhàn)運輸，于是放棄了為CH-53E更換發(fā)動機的計劃，轉而決定在“超級種馬”基礎上重新設計結構和換裝系統(tǒng)的升級方案，全面提升各方面性能。當時，海軍陸戰(zhàn)隊初步考慮采購156架CH-53E的衍生型，實現(xiàn)“一對一”的機型換裝。

于是，海軍陸戰(zhàn)隊正式出臺了“重型空運替代”（HLR）計劃，希望在2013-2015年間開始制造新平臺，為“種馬之王”的問世鋪平了道路。2005年12月22日，美國國防部正式批準了CH-53K項目。次年4月5日，西科斯基公司獲得一份價值35億美元的系統(tǒng)研制與驗證（SDD）合同，通過制造2架地面試驗機和5架飛行試驗機，為海軍陸戰(zhàn)隊研制CH-53E的全新替代機型。按照最初計劃，CH-53K將在2012年首飛，從2015年開始

低速初始生產(chǎn)，在2015年交付第一架。然而，該項目自從2005年進入研制與發(fā)展階段后，出現(xiàn)了費用不斷上漲和進度一再延后。為此，美國國防部不得不增加研制資金，并推遲生產(chǎn)決策時間，相應地將初始作戰(zhàn)能力時間推遲到2019年。

直到2010年，CH-53K項目才重新步入正軌。當年4月1日，海軍陸戰(zhàn)隊決定增加裝備數(shù)量，最終采購200架CH-53K。2011年7月，西科斯基公司開始制造首架地面試驗機（GTV），并在2012年12月4日交付給飛行測試小組。今年1月，GTV開始用于旋翼、傳動和發(fā)動機等所有動部件的地面測試。

總體設計不斷優(yōu)化

從外觀上看，此次出廠的CH-53K與現(xiàn)役CH-53E相差不大。它沿襲了半硬殼式結構和單旋翼、尾槳式布局。尾梁向左偏斜200，左側安裝有4葉尾槳，右側安裝有平尾，可以提供一部分升力和擴大重心的移動范圍。為適應艦上停放，該機在自動折疊主旋翼后，總長度為30.18米。

與E型相比，CH-53K 在保持9.14米機艙長度的基礎上，將外部寬度減少了12.7厘米，因此機身看上去略顯苗條。這一改進的原因在于，研制人員在設計過程中增大了機身兩側的浮筒尺寸，使其內部攜帶的燃油量相當于E型上的浮筒內油箱與“蝙蝠翼”副油箱之和。據(jù)介紹，每個浮筒內都裝有兩個自密封袋式油箱，可以容納8700升燃油，使CH-53K的機載燃油總量達到7070千克。

再看內部。機艙寬度增加了30.56厘米，達到2.74米，高度略微增加到1.98米，使得內部空間更大，能夠直接裝進一輛“悍馬”。根據(jù)補給任務需要，地勤人員可以容易地移走機艙內的座椅，以便容納兩個463升貨盤，從而可以將事先集中打包好的各種軍需物資以模塊方式快速裝機，直接運送至前線。

盡管沿襲了CH-53系列的編號，但CH-53K大幅提升了作戰(zhàn)性能，實際上可以看作是一個全新設計的型號。它的所有殼體和桁架都采用碳纖維復合材料，有效地減輕了結構重量。齒輪箱下部的機身采用了鈦合金框架，可以直接吊運各種有效載荷。與“超級種馬”只能吊運單個載荷不同，CH-53K在機身下設置了3個吊掛位置，可以在一次飛行任務中實現(xiàn)在不同地點投放3種載荷。

研制過程中，西科斯基公司在一個全新機體結構中集成了一些新技術，以提供更大載重、更遠航程和高溫、高原性能，同時大大降低了維修和使用成本。從公開的數(shù)據(jù)可知，該機的最大重量（含內部載荷）從31 300千克增加到33 565千克，最大起飛重量（含內部載荷）從E型的33 300千克增加到38 555千克，高出4855千克，最大巡航速度達到310千米/小時。目前，美國海軍陸戰(zhàn)隊最為注重的關鍵性能指標是能否吊運12250千克外部載荷、以204千米/小時的速度持續(xù)飛行200千米以上，使CH-53K的最大綜合外載能力比E型倍增。

繼S-92驗證機等三種直升機后，CH-53K成為西科斯基公司的第四種采用電傳飛行控制系統(tǒng)的直升機，引入了具有觸覺提示功能的側桿循環(huán)控制器，旨在改善操縱品質，可以在視覺條件逐步變差的條件下，通過采用增強電傳操縱模式，提供更好的穩(wěn)定性和控制能力。

此外，該機的另一個明顯變化是換裝了數(shù)字式駕駛艙。前部裝有5個液晶顯示器，具有任務管理、傳感器顯示、數(shù)據(jù)鏈以及武器控制等功能，提供了更加友好的人機交互界面。這種“玻璃座艙”衍生于羅克韋爾·柯林斯公司研制的通用航空電子架構系統(tǒng)（CAAS），采用了一種基于商業(yè)標準的開放式系統(tǒng)結構，不僅增強了飛行員的態(tài)勢感知能力，滿足其對作戰(zhàn)空間的需求，并與美國海軍和陸軍的直升機保持高度通用和互操作性。

此外，CH-53K還加裝了諾格公司研制的LN-251嵌入式全球定位/光纖慣性導航系統(tǒng)，以滿足精確導航需求，并在機頭下方保留了雷錫恩公司生產(chǎn)的AAQ-29前視紅外轉塔，可以更好地監(jiān)視下方，遠距離截獲目標，實現(xiàn)低空導航。同時，該機在機頭前部、機身兩側分別加裝了AAQ-24定向紅外防御系統(tǒng)，進一步增強了生存能力。從使用方面來看，它還安裝了健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS），利用綜合機械診斷技術來改進故障識別與隔離方法，以降低維護成本，提高出勤率。

動力系統(tǒng)全新設計

為避免增加艦載停放面積，CH-53K承襲了主旋翼的槳葉數(shù)目和長度，并保留了自動折疊槳葉的功能。但是，西科斯基公司專門為CH-53K換裝了復合材料槳葉、全新動力裝置和新型傳動系統(tǒng)，從而獲得了3倍于CH-53E的升力。據(jù)西科斯基公司介紹，這只是通過性能計算獲得的結果，如果考慮到實際應用范圍，這一數(shù)據(jù)將達到接近4倍。

大幅度增加的升力主要來自于改進槳葉的氣動性能和加大發(fā)動機的輸出功率。首先，CH-53K采用了高性能的第四代復合材料槳葉。新的復合材料槳葉長10.67米，葉弦寬度0.91米，槳葉面積增大12%，并采用了新的翼型，特別是采用槳尖下反設計，以減小阻力，進一步增加了盤旋和前飛時的性能。同時，尾槳面積也增加了15%。

在結構上，新型復合材料槳葉的根部設計了套箍附件，可以直接將主旋翼固定在彈性槳轂上。這種彈性鉸接式鈦合金旋翼頭無需專用工具或多余度緊固件，將槳轂零件數(shù)量減少一半。

其次，旋翼升力大幅度增加很大程度上得益于3臺大功率的T408渦軸發(fā)動機。此前，該發(fā)動機編號為GE38-1B。2006年12月，西科斯基公司針對CH-53K的性能要求，經(jīng)過多方對比和評估，最后決定選用通用電氣公司研制的GE38渦輪軸發(fā)動機，預計采購數(shù)量將達到650臺。

T408發(fā)動機是同級別渦軸發(fā)動機中技術最先進的。它采用了最新的氣動設計、先進的冷卻布局和耐腐蝕的新材料。與CH-53E上使用的T64發(fā)動機相比，壓氣機采用了整體葉盤、無螺栓轉子，具有更好的可靠性；渦輪減少了導向器和轉子葉片的數(shù)目，在結構方面減少了60%的零部件數(shù)目，使維護和使用成本降低了63%。

在性能方面，T408的功率達到7500軸馬力，相比T64增加57%，不僅將飛行速度增加了37千米/小時，還顯著增大了有效負載能力，油耗降低18%，有助于延長航程。因此，CH-53K執(zhí)行任務的范圍更廣，明顯提升了高溫高原性能。

值得注意的是，在7槳葉主旋翼和3臺T408發(fā)動機之間，精心設計的主減速器功不可沒。

主減速器有3個輸入模塊，每個模塊分別從一臺發(fā)動機獲得功率，并均勻分配到4根柔性軸上，通過輸出裝置再傳輸給主旋翼。這些管狀軸可以適應不同載荷之間小的差異，使傳動過程具備自平衡能力，可以將每根柔性軸傳輸?shù)淖畲筝d荷減小到103%扭矩，而傳統(tǒng)的剛性軸必須承擔120%扭矩，顯然有效地減輕了重量。

在設計過程中，研制人員發(fā)現(xiàn)，如果按比例放大CH-53E的行星減速器，直接用于驅動CH-53K所需的功率級別，可能會導致主減速器太重而無法飛行，因此，西科斯基公司決定采用原本為RAH-66“科曼奇”直升機設計的一種分扭式設計，可以確保主減速器具備余度和更輕的部件，保持高速飛行時間更長。憑借著19000軸馬力的設計性能，主減速器具有30分鐘干運轉能力。

市場前景日益明朗

按照研制進度，首架CH-53K原型機將在今年下半年完成首次飛行，其余3架原型機將陸續(xù)投入試飛，預計飛行試驗將持續(xù)3年左右。同時，地面試驗仍將持續(xù)進行，重點測試T408發(fā)動機和旋翼系統(tǒng)的耐久性。此外，海軍陸戰(zhàn)隊在2013年7月訂購了4架系統(tǒng)驗證樣機（SDTA），將在2016年9月開始用于測試各項任務性能。

根據(jù)計劃安排，西科斯基公司將從2019年起向美國海軍陸戰(zhàn)隊交付CH-53K。目前，美國海軍陸戰(zhàn)隊已經(jīng)訂購了200架CH-53K，單價約6 200萬美元，將陸續(xù)裝備8個飛行中隊、1個訓練中隊和1個預備役中隊。從美國政府不斷削減的防務預算來看，CH-53K的最終訂購數(shù)量將根據(jù)國會的資金分配和國防部的武器采購優(yōu)先順序決定。

與此同時，美國海軍也表示出對“種馬之王”的興趣，正在評估CH-53K的衍生型替代現(xiàn)役MH-53垂直補給和掃雷直升機的可行性。目前，美國海軍裝備有32架MH-53系列直升機，主要承擔海上掃雷和人道主義救援等任務，預計使用到2020年，到時將需要一種替代機型。無疑，CH-53K將成為首選。

此外，西科斯基公司正在借助美國海軍的影響力加緊開拓國際市場。目前，美國海軍正在與多個國外用戶展開談判，其中的一些意向有望轉化為軍售合同。5月21日，美國海軍重型運輸直升機國際項目經(jīng)理克萊格·塔爾曼在出席柏林航展時表示，CH-53K的出口談判目前進展順利。據(jù)估計，CH-53K的潛在出口需求可達100架，不僅包括目前使用“超級種馬”的老用戶，還可能會有一些新用戶。預計，該機的出口合同將在2017-2018年正式簽訂，預計在5年之后可以交付用戶。

盡管塔爾曼沒有透露進口國家的名字，但德國已是其中之一。德國陸軍目前擁有大約80架CH-53G，其中40架是由較老的CH-53D升級而來。目前，德國希望盡快替換掉現(xiàn)役CH-53G。早在2010年，歐洲防務局就確定了新型重型直升機的發(fā)展戰(zhàn)略，并提出了“未來運輸直升機”（FTH）計劃，將用于替換美國陸軍CH-47和德國陸軍CH-53G，同時填補法國重型直升機的空白。但是，F(xiàn)TH計劃尚處于設計和研制中，為CH-53K的出口留出了機會。

目前，以色列也在考慮引進CH-53K。早在1969年，以色列空軍就開始裝備CH-53A，其后陸續(xù)引進了C、D和E等改進型，使用時間已經(jīng)超過30年。2009年夏天，以色列空軍決定逐步退役CH-53系列直升機，迫切需要一種新型垂直起降飛行器作為后繼機，在全面評估了多個候選方案后，最后決定采購CH-53K。此外，日本海上自衛(wèi)隊也有可能引進CH-53K的衍生型。

[編輯/秦蓁]