美國重型直升機發展分析

曹 維 ，曹喜金

(1.中航工業昌河飛機工業(集團)有限責任公司，江西 景德鎮 333002；2.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

美國重型直升機發展分析

曹 維1，曹喜金2

(1.中航工業昌河飛機工業(集團)有限責任公司，江西 景德鎮 333002；2.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

美國重型直升機在軍用和民用領域的發展與應用呈現出兩種不同格局，美國國家戰略、新軍事學說與戰術以及技術成熟度是影響美國重型直升機發展的3個關鍵因素，美國陸軍/陸軍航空兵與美國海軍/海軍陸戰隊由于對需求的理解不同而采取了不同途徑來發展重型直升機。目前，美國是世界上裝備重型直升機數量最多的國家，為保持其在該領域的優勢，制訂并啟動了未來重型直升機發展計劃。

軍事裝備；重型直升機；型號發展；美國

0 引言

總體來看，美國重型直升機的發展與應用在軍用和民用兩個領域呈現出兩種迥然不同的局面。在軍用領域，美國重型直升機的發展處于世界領先地位，裝備數量占世界裝備總量的一半以上；相比之下，在民用領域則要黯然失色得多，裝備數量不到世界裝備總量的2%。

從軍事領域來看，自重型直升機問世并進入服役以來，在美國軍事裝備發展特別是美國陸軍/陸軍航空兵和海軍/海軍陸戰隊的裝備建設中，重型直升機一直占據著極其重要的地位。從20世紀50年代美國陸軍啟動第一種重型直升機CH-47“支奴干”研制項目開始，70年代美國海軍開展CH-53E“超種馬”的研制，到目前正在研制新一代重型直升機CH-53K，以及因應未來需要而提出“聯合重型運輸飛行器(JTR)”項目，美國軍事部門從未停止過發展重型直升機，這充分表明其對重型直升機的高度重視，也印證了重型直升機在美國軍事裝備發展與建設以及各種軍事行動中的重大價值。

美軍重型直升機的應用始于越南戰爭時期。當時，波音公司共生產了349架CH-47A“支奴干”，其中314架投入到了越南戰場，可以說，這是重型直升機首次在戰爭中的大規模應用。此后，在美軍歷次大規模軍事行動以及局部戰爭中都可以看到重型直升機的身影。在美軍長期的軍事行動與戰爭中，重型直升機承擔的主要任務包括：回收被對方擊落的各種飛機與直升機；運輸大型和重型軍事裝備，如火炮、步兵戰車、裝甲車等；大規模成建制部隊的運輸與機動部署，特別是兩棲登陸作戰中大規模登陸部隊的垂直投送；大型戰艦之間各種軍需補給物品的大量轉運；海上布雷與掃雷；戰斗搜索與救援等。

在民用領域，美國重型直升機的發展沒有軍事領域那么成果輝煌，也沒有蘇聯/俄羅斯那么舉世聞名。究其原因，一是因為美國向來喜歡窮兵黷武，在世界各地耀武揚威，導致其對軍用重型直升機的需求一直很旺盛；二是為維持全球霸主地位，美國不惜投入大量人力、物力和財力發展軍事裝備，這也為美國軍用重型直升機的發展提供了各種直接的保障；三是第二次世界大戰以后美國沒有實施過蘇聯曾經實施的西北利亞大開發那樣的國家戰略，致使其民用重型直升機需求不那么突顯；四是直升機本身具有很強的軍民通用性，只要稍做改裝，軍用重型直升機就可以用于民用應用的各個領域，這也在一定程度上影響了美國民用重型直升機的開發。

美國兩款典型的民用重型直升機都是由軍用重型直升機改型而來的，包括由CH-47“支奴干”改型而成的波音234和在CH-54A基礎上發展而來的S-64“空中吊車”。特別值得指出的是，S-64“空中吊車”在20世紀60年代中期就獲得了美國聯邦航空局的適航證，是美國乃至全世界第一款獲得美國聯邦航空局適航證的民用重型直升機，至今仍在世界許多地方承擔各種業務，足見其具有旺盛的生命力。

從民用領域來看，美國重型直升機主要用于旅客運輸、貨物運輸以及其他專門業務，如石油開采業(設備、物資和人員運送)、伐木業(木材吊運)、電力工業(架設高壓線、吊運塔架)、建筑業(大型、重型預制件吊運)、消防(森林、高層建筑滅火)以及搶險救災等。

1 美國重型直升機研制周期、經費與裝備現狀

1.1 研制周期

按照開始研制時間到首次交付時間來計算，美國各型重型直升機的研制周期見表1。

表1 美國重型直升機研制周期

從表1數據以及型號發展歷程可以看出，美國重型直升機研制周期呈現出以下規律：

1)如果在原有成熟型號和技術的基礎上，只進行少量的改進或改裝，那么，研制周期相對比較短，能夠在較短的時間內交付使用，如S-64和波音234，研制周期平均不到5年；

2)如果以原有型號和技術為基礎，需要進行重大的改進升級，那么，研制周期相對較長，如CH-47、CH-53E和CH-53K，平均大約需要10年左右的時間；

3)如果完全進行新機研制，即使基礎技術包括原理和工程技術已經得到了驗證，但是，由于存在不可預見的技術風險，研制周期是最長的，如V-22，大約接近20年。

以上數據均來源于文獻[1-3]。

1.2 研制經費、單機價格及生產數量

1)CH-47“支奴干”

按照美國國防裝備采辦法規定，CH-47直升機基本型研制經費由美國國會批準，按年度從美國陸軍總經費中撥付，當時研制經費為7470萬美元。

美國陸軍于1985年開始的第一個多年度項目是對240架CH-47C進行改型，耗資12億美元；1989年開始的第二個多年度項目是對144架“支奴干”進行改進，耗資7.73億美元；1992年耗資約2300萬美元生產2架全新的CH-47D；1993年耗資6700萬美元改進11架“支奴干”。1997年，埃及訂購4架CH-47D價值約1.49億美元，其中包括零備件和培訓、保障費用；中國臺灣1998年訂購9架CH-47SD價值4.86億美元。

MH-47E的研制經費為8100萬美元(1987年)，11架MH-47E價值4.22億美元(1989年至1991年)。

美國陸軍預計CH-47F項目總經費約33億美元。

CH-47SD單機價格為3000～3200萬美元(2002年)， CH-47F的單機價格為3000萬美元(2007年)。

為美國陸軍生產了735架CH-47A/B/C，479架CH-47D/MH-47E，出口生產211架(其中包括45架份的成套組件)。另外，意大利阿古斯塔公司根據生產許可制造了136架，日本川崎重工生產了81架。

2)CH-53E“超種馬”

CH-53E的研制經費由美國國會批準，按年度從美國海軍總經費中撥付，當時基本型的研制經費為3.2億美元。

CH-53E的單機價格為2436萬美元(1992年)。土耳其采購8架S-80E，共計約為3.5億美元。

為美國海軍/海軍陸戰隊生產了222架，為日本海上自衛隊生產了11架。

3)V-22“魚鷹”

V-22“魚鷹”的全尺寸研制費用估計為27.5億美元(1991年)。

MV-22最新價格為6400萬美元(2010年)，CV-22的最新價格為7600萬美元(2010年)。

為美國空軍和海軍陸戰隊生產了189架，目前仍在繼續生產。美國海軍陸戰隊總計需要采購362架MV-22B，美國空軍總計需要采購50架CV-22B以及48架MV-22。

4)CH-53K“種馬王”

CH-53K項目研制經費從美國海軍年度經費中撥付。2005年12月測算項目總經費為153.07億美元，其中研制經費40.32億美元、采辦經費112.75億美元。截至2014年共已支出42.95億美元。2015年年度預算為5.73億美元。

CH-53K單機價格為5660萬美元(2005年)。目前仍在研制中，尚未生產交付。

5)波音234

波音234研制經費不詳，僅生產了16架。

根據型別的不同，波音234的單機價格在1200～1685萬美元(1986年)之間。

以上數據均來源于文獻[1-3]。

1.3 裝備現狀

根據相關資料[3]統計，截至2013年，全球現役重型直升機總量為1640架，其中，世界各國和地區軍用領域裝備的數量為1371架，約占84%，民用領域259架，約占16%。

美國現役重型直升機數量為946架，占世界總量的58%，其中，軍用領域900架，占美國現役重型直升機總量的95%，民用領域僅46架，只占5%，見表2。

表2 美國現役重型直升機用戶分布

* S-64總共只生產了99架(包括民用13架)。由于在越南戰場上損耗比較大，后來又在美國國民警衛隊服役長達20年之久。從美國國民警衛隊退役后，軍用CH-54才開始轉為民用，因此，估計目前裝備總數不會超過30架。

2 推動美國重型直升機發展的關鍵因素

綜觀美國重型直升機的發展與應用歷程，可以看出，美國重型直升機的發展并不是一蹴而就的，而是有著長久和深厚的軍事需求基礎與背景。雖然推動美國重型直升機發展的因素是多方面的，如國際政治與軍事環境的變化、軍事學說與戰術的發展、軍事裝備發展需求、軍費預算以及技術本身的成熟度等，但概括起來，有三個方面是極其重要和關鍵的：首先，美國國家戰略的實施非常需要重型直升機這一重要的軍事裝備；其次，美軍提出的新軍事學說和作戰戰術成為美國重型直升機橫空出世的直接推手；第三，相關技術的逐步成熟是美國重型直升機發展的重要基礎和保證。

2.1 重型直升機是美國實現其國家戰略的重要軍事裝備之一

長期以來，美國一直在推行全球霸權戰略，在世界各地建有大量的海外軍事基地，長期、大量部署軍事力量，利用其強大的軍事實力強行介入各地區、各主權國家的內部事務，通過各種手段謀求美國國家利益，不遺余力地保護美國的海外利益，導致美國各種軍事裝備需求一直十分強勁。這不僅直接催生了美國的重型直升機，也強力推動著美國重型直升機的不斷發展。

自重型直升機進入美軍服役以來，幾乎在美軍的每次海外遠征軍事行動中都可以看到重型直升機如影相隨。在美軍的各種軍事行動中，這些重型直升機不僅是美軍采用各種戰術展開軍事行動的必要工具，更直接為美軍的軍事行動提供支援和保障。如果沒有重型直升機，美軍諸多現代戰術如空中機動、垂直包圍、機降突擊以及特種作戰等，就無法順利展開，也難以在戰術上取得軍事行動的成功，進而影響美軍軍事戰略的實現。

近年來，美國奧巴馬政府竭盡全力推行“亞太再平衡”戰略，打算將60%的美國海軍兵力部署到亞太。奧巴馬在西點軍校演講中甚至叫囂“美國還要領導世界100年”，完全暴露了美國企圖長久稱霸世界的野心。而美軍實施這個戰略的第一步，就是向日本沖繩美軍基地大量部署MV-22“魚鷹”傾轉旋翼機，這充分證明重型直升機已經成為美國實現其國家戰略的一種重要的軍事裝備。

現在，美國已成為世界上唯一的超級霸權國家，但為了保持其絕對的軍事優勢，實現其長久的世界霸主的野心，仍在大力發展各種先進軍事裝備，新型重型直升機也在這個裝備發展清單之列，這進一步表明了重型直升機在美國實施其國家戰略中的重要地位。

2.2 新軍事學說與戰術是美國重型直升機發展的直接驅動力

20世紀50年代前后，美國海軍/海軍陸戰隊認為傳統的兩棲登陸作戰存在許多缺陷，不能適應新的軍事需求。特別是蘇聯試爆第一顆原子彈，打破了美國核武壟斷的局面之后，美國海軍/海軍陸戰隊認為傳統的兩棲登陸作戰面臨著更加巨大的威脅，于是，強烈要求尋求替代方案以取代傳統的兩棲登陸作戰模式[4]。

在此期間，時任美國海軍陸戰隊司令的范德格里夫特上將開始創立一種新的學說——“兩棲作戰垂直突擊概念”，也就是用空中垂直登陸突襲戰術取代傳統的水面登陸作戰戰術，這首先需要尋找新的運輸兩棲登陸作戰部隊與裝備的平臺。

當時探討的5種主要運輸平臺方案包括運輸機、滑翔機、傘降、部隊與物資運送潛艇以及直升機。研究得出的結論是：直升機最有優勢，為實現登陸突擊部隊快速集結提供了切實可行的工具，見圖1。

圖1 美國海軍/海軍陸戰隊兩棲登陸作戰模式的比較

通過大量試驗和演習，美國海軍/海軍陸戰隊堅定地認為，利用運輸直升機遂行兩棲登陸作戰是切實可行的，并將徹底改變原有的兩棲作戰模式，使其在作戰行動中占有巨大的優勢。因此，美國海軍/海軍陸戰隊需要裝備大量的大型突擊運輸直升機。

朝鮮戰爭爆發后，美國海軍/海軍陸戰隊便將當時裝備的直升機派往朝鮮戰場。除執行大量運輸任務外，美國海軍/海軍陸戰隊還利用這些直升機在朝鮮戰場上實踐并檢驗其提出的新作戰戰術，包括垂直運輸補給、炮兵機動運輸等，并取得了巨大成功。朝鮮戰場既是美國海軍/海軍陸戰隊新的兩棲登陸作戰戰術的演練場，也是其利用大型突擊運輸直升機遂行大規模部隊與重型裝備機動部署的試驗場。無論是各種演習還是實戰結果，都顯示了大型突擊運輸直升機的巨大價值。

20世紀50年代后期到60年代初期，為滿足美國海軍/海軍陸戰隊對大型突擊運輸直升機的需求，美國西科斯基公司在S-64的基礎上研制了大型雙發突擊運輸直升機S-65，美國海軍/海軍陸戰隊的編號為CH-53A，綽號“海種馬”，并先后發展出多個型別，為美國海軍/海軍陸戰隊后來研制CH-53E重型直升機奠定了堅實的基礎。

與此同時，美國海軍/海軍陸戰隊提出的“兩棲作戰垂直突擊概念”以及進行的大量演習驗證，激起了美國陸軍/陸軍航空兵的極大興趣，特別是在朝鮮戰爭中美國海軍/海軍陸戰隊運用直升機取得巨大成功后，更引起了美國陸軍/陸軍航空兵的極大關注。于是，在20世紀50年代中期，美國陸軍/陸軍航空兵在認識到直升機的巨大軍事價值后，提出了進一步發展并完善空中機動作戰理論，發展“空中突擊”、“垂直突擊”等戰術，同時，仿效美國海軍/海軍陸戰隊展開了大量的驗證演習。

通過一系列分析研究和演習驗證，美國陸軍/陸軍航空兵也堅定地認為要實現從地面機動向空中機動作戰戰術的轉變，就必須發展運輸能力更大的直升機。于是，1956年年底，美國陸軍部宣布，計劃用一種渦軸動力直升機取代當時在役的活塞直升機，以提高直升機的運輸能力。

當時，為了爭取到美國陸軍的這項合同，波音·伏托爾直升機公司(現波音公司)會同美國陸軍專家，就空中機動的所有領域展開了詳細的討論，得知美國陸軍當時真正想要的是一種能夠替代2.5噸卡車的飛行器。1956年7月，波音·伏托爾公司正式向美國陸軍航空兵司令部提交了V-107直升機研制計劃，從此拉開了CH-47“支奴干”直升機研制的序幕。

2.3 成熟技術是美國重型直升機發展的重要基礎和保證

早在20世紀40年代末，當美國海軍/海軍陸戰隊提出大型突擊運輸直升機需求時，美國西科斯基飛機公司便開始了S-56直升機的研制工作。當時，美國海軍賦予的代號是HR2S，美國國防部賦予的正式代號是CH-37[4]。

HR2S的研制是美國發展重型直升機的最早嘗試，它是當時世界上外形尺寸最大的直升機，比今天的S-92的外形尺寸還要大。同時，它也是美國最早采用雙發動機布局的單旋翼帶尾槳構型的直升機。因此，在設計與制造過程中遭遇了許多重大難題。

首先是發動機問題。當時，功率大、油耗低、性能好的渦軸發動機還沒有問世，只能選用活塞發動機。由于采用活塞發動機，發動機功率太小，巡航功率僅有1280馬力，從而導致直升機有效載重和吊掛能力受到極大限制，不能完全滿足美軍吊運大型軍事裝備或回收被擊落的飛機的需要。

其次是雙發動機布局問題。由于HR2S是美國首次采用雙發動機布局的型號，沒有成熟的經驗可借鑒。諸如雙發動機在機身上的布置位置，采用雙發動機時的機身空氣動力學以及雙發動機的功率同步等問題，都需要通過大量的分析研究和試驗來解決，這不僅需要耗費大量的財力，而且也需要花費大量的時間。

第三是超大尺寸部件的制造問題。HR2S是當時世界上外形尺寸最大的直升機，有一些超大尺寸部件如旋翼槳葉、槳轂以及機身大梁等，非常難制造，必須開發相應的專用工裝夾具和工藝才能制造。

第四是艦載相容性問題。由于美國海軍/海軍陸戰隊要求HR2S能夠搭載在航空母艦上，因此，HR2S還是第一種采用液壓驅動的槳葉折疊系統的直升機，飛行員可以在駕駛艙內折疊槳葉以便減小艦面或機庫中停放時占用的空間。這種槳葉折疊系統涉及到機械、液壓、操縱等多個專業領域，在研制過程中同樣也遭遇到各種技術難關。

正是由于遭遇到這一系列的技術難題，HR2S的生產交付一再延誤，直到朝鮮戰爭結束，西科斯基飛機公司才總共生產了100余架這款直升機，從而迫使美國海軍/海軍陸戰隊在朝鮮戰場上不得不選用其它型號的直升機作為過渡，并最終拋棄了HR2S。

此外，V-22“魚鷹”的研制周期長達近20年也是因為在研制過程中遭遇到多種復雜技術難題而不得不一次又一次推遲交付時間，以便通過大量的試驗和試飛來攻克這些技術難關。這充分表明成熟技術是美國重型直升機發展的重要基礎和保證。

3 美國重型直升機型號發展之路

20世紀60年代后期到70年代初期，美國陸軍和海軍開展了大量的聯合研究工作，以便定義重型運輸直升機要求。美國陸軍與海軍在重型運輸直升機能力要求方面存在巨大的差異，最終導致美國陸軍和海軍分別制訂并實施各自的研制計劃。當時，作為美國海軍的短期目標，要求垂直吊運能力為18噸；而美國陸軍提出的則是長期目標，要求吊運能力達到20～30噸。出現這些差異的主要原因是美國陸軍不愿為艦載兼容性而犧牲吊運能力。

美國陸軍與海軍的計劃最終朝不同的方向發展。美國海軍研制了CH-53E，而美國陸軍一直圍繞著CH-47“支奴干”開展研制，并成功地推動了CH-47首先進入美軍服役。

3.1 最早進入美國陸軍服役的重型直升機—CH-47“支奴干”

美國波音·伏托爾公司向美國陸軍航空兵司令部提交雙旋翼縱列式V-107型直升機計劃后，利用公司自籌資金，于1957年5月開始了首架V-107原型機的制造工作，該原型機命名為YHC-1。不過，美國陸軍認為對于突擊任務而言，YHC-1A顯得過重，而對運輸任務而言，又顯得過輕。因此，美國陸軍提出了增加起飛重量的要求。波音·伏托爾公司就此開展了V-107-1(YHC-1B)的研制工作。

美國陸軍將生產標準型YHC-1B命名為HC-1B，并于1961年追加采購18架HC-1B。所有YHC-1B和HC-1B隨后都被重新命名為YCH-47A和CH-47A，綽號“支奴干”。

CH-47A是“支奴干”系列的最初生產型代號，1962年開始進入美國陸軍服役，成為最早進入美軍服役的重型直升機，并于1965年隨美國陸軍第一騎兵師進駐越南，參與越戰，因此也成為了美國第一種參與實戰應用的重型直升機。

然而，越南炎熱的自然環境，以及旋翼系統設計本身的限制，導致CH-47A無法充分發揮其發動機最大功率所帶來的優勢；而在實際應用過程中，美國陸軍又往往不敢將CH-47A的龐大貨艙裝滿，以至影響了運輸效率。美國陸軍急切希望波音·伏托爾公司能盡快提供針對這一不足的改進型。于是，波音·伏托爾公司通過換裝發動機、改進旋翼設計等措施，很快推出了改進型的CH-47B。

不過，美國陸軍當時實際想要的是能夠運載6800千克以上的有效負載的直升機。波音·伏托爾公司再次通過換裝發動機、加強傳動系統以及增大燃油容量等措施在CH-47B的基礎上推出了CH-47C，以滿足美國陸軍更大運輸能力的要求。

到越南戰爭結束時，波音·伏托爾公司為美國陸軍總共生產了726架CH-47A/B/C，其中575架投入到越南戰場上，接近美國陸軍當時裝備的重型直升機總量的80%。可以說，越南戰爭既是一場直升機戰爭，也是美國重型直升機最早參與且參與數量最多的一場戰爭，對美國重型直升機后來的發展起到了巨大的推動作用。

20世紀70年代初，波音公司向美國陸軍提出了升級“支奴干”的計劃，并被美國陸軍采納。升級的主要目的是為了延壽，對原有型號進行統一改進，并因此推出了重大改進型—CH-47D。

這次升級改進可以說非常全面，這種全面的升級改進大幅度提升了CH-47D的性能，特別是有效載重能力和高溫高原性能。與CH-47A相比，CH-47D的有效載重提高了一倍多，接近11噸，高溫高原性能提高了68%。

20世紀90年代初，美國陸軍啟動了名為“空中貨運“(ACT)系統的新概念旋翼機論證工作。但由于新概念旋翼機的研制和生產成本過高，美國陸軍無力承擔，因此不得不放棄這項計劃，轉而展開CH-47D的改造升級，并推出了最新改進型CH-47F。美國陸軍計劃CH-47F將一直服役到2030年。

此外，波音公司還在CH-47D的基礎上為美國陸軍特種作戰部隊研制了特種作戰型的MH-47D/47E ；發展了波音234民用型以及各種出口型號。

3.2 美國海軍第一種艦載重型直升機—CH-53E“超種馬”

在美國海軍/海軍陸戰隊執著追求重型直升機的同時，西科斯基公司也一直在竭盡全力謀求研制最大起飛重量超過20噸的重型直升機。在CH-53A/D“海種馬”取得成功以及在越南戰場上獲得的經驗教訓基礎上，根據美國海軍/海軍陸戰隊的真正要求，1971年開始，西科斯基公司以CH-53D為基礎，通過加裝第三臺發動機，推出了CH-53E“超種馬”。

1980年12月，西科斯基公司開始向美國海軍交付CH-53E，美國海軍終于擁有了自己的第一種艦載重型直升機。1981年6月，西科斯基公司開始向美國海軍陸戰隊交付CH-53E。

1986年，西科斯基公司開始向美國海軍交付掃雷型MH-53E“海龍”。

到21世紀初，美國海軍/海軍陸戰隊的CH-53E直升機平均服役時間超過了15年，平均機體壽命達到將近5000小時。同時，出現的一些新戰術理念，如海上作戰機動(OMFTS)、艦船到目標的機動(STOM)以及強行進入(FE)等，所有這些都迫使美國海軍/海軍陸戰隊不得不持續研究并改良其裝備，以適應未來需要。

于是，美國海軍分析研究中心于2001年針對美國海軍/海軍陸戰隊當前的兵力結構和擁有的各型直升機，對這些直升機的運輸能力進行了比較研究。結果表明，為滿足未來重型運輸需求，在CH-53E基礎上，發展新一代重型直升機是比較有效益的選擇[5]。

同時，美國海軍還委托一家非贏利性研究機構——國際防務研究院(RAND公司)對7種未來重型運輸直升機方案展開研究和評估。美國海軍分析研究中心的研究和RAND公司的評估都表明，以CH-53E為基礎，通過改進改型，研制新的重型直升機是美國海軍/海軍陸戰隊滿足未來重型運輸需求的最佳選擇[6]。

2005年12月，美國國防部與西科斯基公司正式簽署了研制新一代重型直升機的合同，并將這種新型重型直升機命名為CH-53K，綽號“種馬王”(見圖2)，計劃2019年交付。

2015年10月27日，西科斯基公司通過公司網站對外宣布，第一架CH-53K工程原型機成功實現了首飛，在接下來的3年里，將對CH-53K的飛行包線進行擴展。

圖2 CH-53K首飛

3.3 全球目前唯一現役的傾轉旋翼機—V-22“魚鷹”

為彌補常規直升機固有的速度慢、航程短的缺陷，美國貝爾公司長期以來一直堅持傾轉旋翼機技術的探索，先后研制了XV-3傾轉旋翼原理驗證機和XV-15傾轉旋翼工程驗證機，并取得了巨大成功，引起了世界各國特別是美國軍方的高度關注。

鑒于XV-15的優異表現，美國國防部于1981年提出了“三軍聯合先進垂直起落飛機(JVX)”項目，要求在XV-15的基礎上，為美國陸、海、空三軍研制共用的傾轉旋翼機。最初，這個項目由美國陸軍負責，但由于美國陸軍經費不足，1983年，這項計劃轉由美國海軍負責。同年4月，美國海軍便與貝爾和波音公司簽訂了研制合同。1985年1月這種傾轉旋翼機被正式命名為V-22“魚鷹”，美國海軍陸戰隊的突擊運輸型稱為MV-22，空軍特種作戰型稱為CV-22，而海軍戰斗搜索型稱為HV-22。

美國貝爾/波音公司一共制造了10架V-22原型機用于各種地面試驗和飛行試驗，這在世界直升機發展史上實屬罕見。而在各種飛行試驗和作戰評估飛行中，共發生過4次重大事故，導致30人死亡。這些足以證明傾轉旋翼機的技術難度大大超乎人們的預想。

1989年3月，第一架V-22原型機實現首飛。在經歷了一系列挫敗、調整、改進和技術與質量審查后，直到1999年5月，第一架生產型MV-22才交付給美國海軍陸戰隊。首架生產型CV-22于1999年10月首飛，2000年交付給美國空軍。到目前為止，美軍仍然是世界上第一支，也是唯一一支裝備了傾轉旋翼機的軍隊。

為便于航母甲板與機庫中停放，V-22的旋翼與機翼可以折疊并收藏，整個過程用時約90秒。MV-22在甲板上占用的空間與CH-53E直升機的基本相同。

3.4 最早取得美國聯邦航空局適航證的重型直升機—S-64“空中吊車”

1961年4月，為滿足當時美國陸軍對大型運輸直升機的迫切需求，并兼顧民用應用，西科斯基公司在成功研制S-60直升機的基礎上，開始設計、研制S-64起重直升機，綽號“空中吊車”。美國陸軍賦予該機的代號為CH-54，綽號“塔赫”。

第一架S-64原型機于1962年5月首飛。1965年7月，S-64取得了美國聯邦航空局適航證，成為世界上最早取得該證的重型直升機。然而，在此后相當長一段時期內，由于各種原因，如經濟性差、西科斯基公司關注度不夠等，S-64的民用應用非常不如人意。

S-64的設計非常獨特，與常見的直升機不同，它整個中機身都是空的，這不僅大大降低了該機的空重(空重比約為46%)，提高了有效載重能力，而且特別有助于吊運各種不同尺寸的大型貨物。同時，只要加裝整體吊艙就可以承擔大規模人員運輸任務，因此，具有極好的應用靈活性。

在CH-54A進入美國陸軍服役的同時，西科斯基公司并沒有完全放棄開拓S-64的民用市場。1968年2月，美國德克薩斯州休斯敦的羅恩鉆井公司訂購了2架S-64E，用于支援鋪設橫穿阿拉斯加的輸油管。

1971年，美國埃里克森木材公司訂購了一架“空中吊車”，用于空中伐木和架設電線，并獲得成功。1972年埃里克森公司再次購買了3架S-64E“空中吊車”，并成立了埃里克森空中吊車公司，提供民用領域的各種業務服務。時至今日，埃里克森公司仍在利用“空中吊車”為全球民用用戶提供各種服務。

美國另一款民用重型直升機波音234的表現則差強人意。自1981年取得美國聯邦航空局適航證和英國民用航空局適航證以來，總生產交付數量只有16架。波音234最引人注目的應用是1989年王牌航空公司利用它在紐約與大西洋之間開通的“直升機航班”，但由于成本太高，經濟性太差，不久便被取消了，此后再也沒有見過相關的類似報道。

4 美國重型直升機未來發展項目

鑒于重型直升機在軍事領域所取得的驕人成就，美國長期以來一直非常重視發展重型直升機。為謀求其在全球重型直升機技術領域的絕對領先地位，引領世界新一代重型直升機的發展，瞄準未來軍民重型直升機需求，一方面利用現有成熟先進技術對現役重型直升機進行技術提升，另一方面，美國軍方、多家研究機構和工業部門，制定了系列發展計劃，提出了多種全新的重型直升機方案。

下面，僅列舉兩個具有代表性的項目，以此來說明美國未來重型直升機技術、型號與應用的發展方向：一個是美國陸軍提出的“聯合重型運輸飛行器(JHL)”項目；另一個則是NASA“大型民用傾轉旋翼機(LCTR)”項目。

4.1 美國陸軍“聯合重型運輸飛行器”項目

美國陸軍在對其“未來作戰部隊”的建制、作戰戰術和“未來作戰系統”的戰術技術指標進行全面分析與深入研究以后，為了適應并滿足未來軍事行動的需要，在21世紀初提出了“聯合重型運輸飛行器”項目，并于2004年獲得美國國防部的批準。對這種聯合重型運輸飛行器的基本要求是：最大有效載荷為18～23噸，不進行空中加油時作戰半徑不小于250千米。計劃2015年開始試驗，2020年開始投入服役[7]。

項目獲得批準后，美國陸軍與貝爾/波音公司、波音公司、卡萊姆飛機公司、西科斯基公司簽訂了演示樣機的研制與制造合同。由于當前美軍現役的各種直升機中沒有一種具備與JHL類似的能力，為此，參與競爭的各個研制廠商都在各自的設計方案中積極采用新技術以滿足性能需求。其中，貝爾/波音公司聯合推出的方案是“四傾轉旋翼機”(QTR)，波音公司推出的是“先進縱列式旋翼直升機”(ATRH)，卡萊姆公司推出的是“最優速度傾轉旋翼機”(OSTR)，西科斯基公司則推出了采用共軸反轉旋翼的X2C“起重機”和X2HS“高速升降機”方案，見圖3。

目前，美國陸軍航空應用技術局已正式確定了“聯合重型運輸飛行器”的戰術性能和作戰使用要求。為了確保“聯合重型運輸飛行器”項目資金充足，除美國陸軍外，美國海軍和海軍陸戰隊也參與到該項目中。

一旦這種具有較高戰術技術性能和相對較低的生產和使用成本的未來運輸飛行器列裝，美軍將能為各戰區(包括遠方戰區)的前沿部隊提供高效可靠的后勤與作戰保障。但從目前的情況看來，由于美國眾多防務項目的費用急劇增加、作戰需求變化以及社會政治方面的原因，有可能部分項目預算被壓縮或與其他項目合并。因此該項目的前景如何還難判斷，是否有可能被常規直升機和固定翼飛機方案所取代尚未可知。

4.2 NASA“大型民用傾轉旋翼機(LCTR)”項目

為了充分利用空域資源，提高空運效率，對下一代重型運輸旋翼機展開預先研究，NASA于2005年啟動了“重型運輸系統研究”(HLSI)項目。該項目分為軍用和民用兩個部分：軍用部分的主要目的是在美國現有的軍用旋翼機的基礎上進一步開發出航程更遠、載重更大、性能更為可靠的下一代大型軍用運輸飛行器；民用部分的主要目的是研發一種未來垂直短距起降飛行器，以解決機場擁堵問題[7]。

民用部分最初有三種方案，分別是“大型民用傾轉旋翼機”(LCTR)、“大型民用縱列復合式旋翼機”(LCTC)和“大型前行槳葉概念”(LABC)(見圖4)。經過一番角逐，LCTR最終以巡航效率最佳、重量最輕和成本最低等優勢勝出，成為NASA未來垂直短距起降飛行器項目的主要研究方向。

在此基礎上，NASA提出了“第二代大型民用傾轉旋翼機”(LCTR2)方案，旨在取代中短航程的支線飛機。LCTR2的設計航程為1853千米或更遠，載客數至少為90名，最低飛行速度為555千米/小時，具有短距垂直起降能力，燃油消耗率是現有飛機的一半或更低。

圖3 聯合重型運輸飛行器項目方案

圖4 LCTR、LCTC、LABC方案(從左到右)

通過定義LCTR2的基本特征，NASA希望能明確該項目需要解決的主要技術。這些技術包括增大推力，提高氣動效率，減小環境噪聲，乘客可接受并與噴氣支線客機相當的客艙噪聲，可融入現有空管系統的能力、飛行安全、抗墜毀性、可維護和可操作性。這些技術被整合為4個主要部分：綜合氣動推進系統(IAPS)、主動控制的高效旋翼機(ACER)、安靜客艙(Quiet Cabin)、下一代旋翼機技術。

參與研究的機構包括NASA的艾姆斯、蘭利和格倫研究中心，以及佐治亞技術研究所、賓夕法尼亞州立大學、馬里蘭大學等，還與位于艾姆斯研究中心的美國陸軍航空飛行動力學部開展了技術合作。已經開始進行或完成的研究包括：旋翼/機翼尾流建模；轉彎性能魯棒準則定義；旋翼扭轉與尖削比優化；機翼/旋翼氣動彈性穩定性以及飛行動力學研究；巡航槳尖速度優化(包括旋翼/機翼氣動干擾效應研究)；多種速度傳輸以及變速發動機之間的技術權衡；執行機場操作時的操縱品質仿真；尺寸固定和可變的帶2、3、4級動力渦輪的發動機比較；風洞試驗等。

NASA計劃于2020年完成研究并開發出驗證機。LCTR2基本型的出廠價預計為6190萬美元(2005年)。

5 結束語

縱觀美國重型直升機的整個發展歷程，可將其特點簡要歸納為一個中心、兩條途徑、三大保障以及無限未來。

一個中心即以軍事需求為中心。美國所有現役重型直升機在研制初期都圍繞著這個中心，也就是說軍事需求是美國重型直升機發展的主要推動力。無論是早期的大型運輸直升機，還是后來的重型直升機以及未來重型運輸旋翼機項目，都是美軍新軍事學說、軍事變革、作戰戰術與軍事裝備發展需要直接推動的結果，是美軍為在全球范圍內成功遂行各種軍事行動而發展的重要軍事裝備之一，其根本目的是為美國國家戰略服務，以謀求美國國家利益最大化為終極目標。

兩條途徑是指改造升級和新機研制。美國重型直升機在發展過程中大多都經歷過改造升級。如CH-47系列，從最初的基本型A型，通過不斷改造升級，目前已發展到先進的F型，可以說是改造升級的典型代表，也是美國陸軍發展重型直升機的重要途徑。相比之下，美國海軍更注重開發新機。例如，CH-53E“超種馬”是在CH-53D“海種馬”的基礎上發展而來的，但增加了發動機數量，關鍵動部件都進行了重新設計，完全是一種全新型號。與研制新機相比，改造升級的研制周期較短，技術風險較低，研制經費較少；而新機研制則可以全面、綜合采用各種最新技術，從而打造一款性能卓越的新機型。這兩條途徑各有利弊，需要全面權衡，根據實際情況進行科學、合理的選擇。

完善的規劃、成熟的技術和充足的經費是美國重型直升機發展的三大重要保障。多年來，美國各軍兵種和相關工業部門都制訂有完善的重型直升機發展規劃和實施計劃，雖然這些規劃有可能需要根據實際情況進行調整、修改或合并，但仍是統領美國重型直升機型號研制工作的綱領，是美國重型直升機能夠獲得科學、合理和快速發展的重要組織保證。

美國重型直升機發展歷程表明：由于重型直升機涉及領域廣，技術難度大，研制周期比較長，在研制過程中往往會遭遇到難以預料的重大挑戰，有時甚至是顛覆性的難題。因此，發展重型直升機不僅需要有堅定的信念和堅強的毅力，更需要有成熟的技術和充足的經費作保障，否則，重型直升機的發展就會受到嚴重影響和制約。

雖然美國重型直升機無論在技術、型號方面或是在軍事應用中目前都處于世界領先地位，但并沒有因此而停止發展的步伐。相反，美國軍方、相關工業部門和研究機構為適應未來需要，滿足未來軍用與民用領域的使用需求，提出了多項未來重型直升機發展項目，并投入大量經費，全力開發新技術，探索新構型，以便進一步鞏固自己的巨大優勢，引領世界重型直升機的發展潮流。可以預料，這些新技術一旦取得突破，新型號投入使用，將為美國重型直升機的發展創造無限廣闊的未來。

[1] 倪先平.直升機手冊[M].北京：航空工業出版社，2003.

[2] Hunter J. HIS Jane’s All the World ’s Aircraft in service[M]. 2015-2016.

[3] Oliver D. IHS Jane’s Helicopter Markets & Systems[M].2013.

[4] Milliman J C. U.S. Marine Corps Heavy lift-Due for a “Golden Age”[C].62nd Annual Forum of the American Helicopter Society, March 1, 2006.

[5] Melellan A M Major. Strategic and Operational relevance of Heavy Lift in the United States Marine Corps: CH-53E Program[R].ADA404092, 2002.

[6] Liles C F M, Bolkcom C. Military Helicopter Modernization: Background and Issues for Congress[R]. CRS Report, June 24, 2004.

[7] Huber A, Skinner G. Joint Heavy Lift (JHL)—Requirements for 21st Century Warfare[C]. 61nd Annual Forum of the American Helicopter Society, 2005.

The Development Analysis of USA Heavy Helicopter

CAO Wei1, CAO Xijin2

(1.AVIC Changhe Aircraft Industrial Corporation, Jingdezhen 333001,China；2.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

There are two different conditions for development and application of heavy helicopter on military and civil in USA. Three critical factors affect heavy helicopter development in USA, including state strategy, new military doctrine and tactics, and technical maturity. The different development avenue have been taken by USA Army/Army Aviation and Navy/Marine Corps because different understanding of needs. Now, USA is the state having most heavy helicopter on the world, and draws up and starts up the development plan of future heavy helicopter.

military equipment；heavy helicopter；model development；USA

2016-04-05

曹 維(1988-)，男，江西景德鎮人，碩士，主要研究方向：直升機技術與應用。

1673-1220(2016)03-063-10

V275+.1

A