在世界武装直升机领域,俄罗斯卡-50(Ka-50)以其独特的共轴反向双螺旋机翼被广泛关注,如今,在共轴直升机研制领域从未有过成功经验的山姆大叔又耐不住寂寞,再次提出发展共轴直升机的计划。该计划的东家——著名的直升机制造公司西科斯基在该领域有一定技术积累,并期望通过此途径大大提升直升机的飞行速度,从而增加在美国国内和国际武装直升机市场上的竞争力。
今年6月以来,美国西科斯基飞机制造公司多次公开宣布将要制造“X2共轴直升机技术验证机”的消息,共轴直升机领域一直被俄罗斯“卡”系列独霸,1992年开始在公开场合露面的卡-50“狼人”武装直升机一直与美国的阿帕奇齐名,西科斯基的高调使人们猜测美国将要在这一俄罗斯人占据传统优势的领域与其展开竞争。
6月初,在美国得州举行的国际直升机协会年度技术论坛上,西科斯基公司宣布自己将制造一种共轴直升机验证机X2,该机可作为新直升机和无人机设计的基础。在6月13日开幕的第46届巴黎航展上,西科斯基的参展代表、公司高级副总裁杰夫·皮诺再次为X2做宣传,称一旦X2技术验证机成功转为现实产品,客户们将在第一时间内要求展示和共同开发,这些潜在客户可能包括美国空军及美军其他军种。
皮诺之所以这么自信,在于X2的飞行速度将突破直升机历史上的最高记录。X2的设计巡航速度能达到460千米/小时,明显比现役直升机快得多。军方都希望直升机拥有具备高速机动能力,但现役直升机中没有一种能飞得像X2一样快的。美国现役直升机的速度只能达到315千米/小时,俄罗斯的卡-50要快一些,但也不超过350千米/小时,而这些数据都还是它们的最快速度,这些直升机的普通巡航速度都在200千米/小时左右,因此,X2在速度上的优势对于专注于快速突袭作战的武装直升机来说将是压倒性的。
“卡”系列独占鳌头
目前世界上的现役武装直升机主要是单旋翼,但双旋翼直升机的历史并不比单旋翼直升机要晚,共轴直升机也是如此,在共轴直升机的发展初期,美国甚至比当时的前苏联要先进。
西科斯基公司的主要创始人之一西科斯基早先对直升机的兴趣也是从共轴直升机开始的。1909年中,西科斯基开始建造他的第一架共轴双旋转翼直升机,与其它直升机先驱们一样,他所面临的引擎马力不足及有效控制直升机等问题一直无法获得解决,因此他终于在1910年放弃直升机转而往飞机的建造方面发展。1938年,已经在美国联合直升机公司工作多年的西科斯基组建专门的公司研制直升机,单旋转翼直升机此时期因西科斯基的成功变成直升机型式的主流。
就在西科斯基专注于发展单一旋转翼直升机时,美国另外一名直升机工程师Stanley Hiller则钟情于共轴双翼直升机。1944年7月,他建造的单座同轴双旋翼直升机(型号为XH44)成功试飞。当年底,Hiller的工场被一家名为Kaiser的公司买下成立直升机的部门,之后他们又建造双人座的同轴双旋转翼直升机。但一年半后 Kaiser公司对直升机失去兴趣,直升机部门独立出来改为建造单旋转翼直升机。
在共轴直升机的研制上,贝尔飞机公司的工程师Arthur Young值得一提。1945年,Arthur Young研制出了一种单座共轴直升机,但在该直升机试飞前,一个重要的轴承部件在加工时没有达到要求,试飞被临时取消,该计划从此被搁置在一边,再也没有引起贝尔公司的重视,虽然已经从众多实验中获取了有价值的实验数据飞机,但简简单单将模型机弃置一边让主要设计者Arthur Young十分痛心。
就在美国因单旋翼直升机的成功而逐步放弃共轴直升机的发展时,前苏联却在该领域获得了相当大的成功。1949年,由卡莫夫直升机公司制造为前苏联海军研制的卡-10轻型直升机问世,它奠定了前苏联共轴直升机的基础。根据军方的需要,卡莫夫在卡-10的基础上增大了机体,结构设计也更加复杂,得到了新型的卡-15(1953年)、卡-15M(1956年),作战型的卡-25(1961年)、卡-27(1973年)和卡-28;运输/战斗型卡-29(1976年)。从卡-15的研制成功,标志着前苏联实用型岸基直升机时代的开始,卡-15与其发展型在海军和国内服役长达20年之久。
要突破卡-50不容易
相对于前苏联这一时期在共轴直升机领域的成功,美国几乎没有获得什么重大成果。由于动力等方面的原因,单旋翼直升机发展到一定阶段在解决提高速度与机动性能方面遇到瓶颈,因此,美国的共轴直升机并未完全停滞,而研制这种类型直升机的主力就是西科斯基公司。
西科斯基公司曾在1971年设计了型号为S-68的共轴直升机,但并未投入制造。1972年,五角大楼和NASA与西科斯基公司签署了研制新型直升机的合同,合同规定将由NASA和西科斯基为美军研制一种高速但引擎直升机,西科斯基选定共轴直升机作为试验机,型号则定为XH-59A,这是一种共轴直升机,带两个涡喷发动机作为辅助推进装置,该机的平飞速度可达到445千米/小时。
1973年6月,XH-59A进行了首次试飞,但不幸遭遇坠机事故。1975年,西科斯基制造了第二架试验机并成功试飞。1978年,XH-59A增加了两个喷气发动机用以提高水平速度,在随后由陆海军和NASA进行的联合评估中,试验机的平飞速度曾达到515千米/小时。1981年,整个项目交由NASA进行管理。该项目的存在使美国在共轴直升机领域没有被完全抛弃,西科斯基此次提出的X2直升机计划中的主要技术都将来自该项目获得的一些成果。
同一时期,卡莫夫公司共轴直升机的研制丝毫没有放松。由于军用任务愈加扩大,公司在海军战斗直升机和共轴式布局上积累的丰富经验使其拥有强大的研发能力,这一点直接体现在了卡-50武装直升机上。
卡-50的出世与美国的阿帕奇武装直升机关系很大。早在70年代初,美国决定利用他们在越南战争中获得的经验,研制一种新的战斗直升机,并公布了AH—64先进攻击直升机的若干技术要求。相比之下,当时的苏制米—24武装直升机的档次要低得多,苏联认为有必要研制该机的后继机。1977年12月,卡莫夫设计局向苏联当局提出研制一种新战斗直升机,并以AH—64为假定作战对象,提出了首批技术要求。1982年6月17日,卡—50原型机进行首飞。
1992年在英国举行的范堡罗航空展览会上,这架多年来使外界捉摸不透的新型攻击直升机公然亮相。俄国把这架直升机称之为“狼人”,它是军备竞赛的产物,并夺得了直升机的三项世界第一:第一种单座攻击直升机;第一种共轴式攻击直升机;第一种采用弹射救生系统投入现役使用的直升机。这些特点使共轴直升机成为武装直升机中的最耀眼的明星之一。
共轴式布局是卡-50的最大特点。共轴式布局的主要优缺点如下:气动特性对称,机动性好。在使用相同发动机的情况下,两副共轴式旋翼的升力比单旋翼/尾桨布局的旋翼升力大12%。共轴式旋翼气动力对称性显然优于单旋翼式,不存在各轴之间互相交连的影响,机动飞行时易于操纵。改变航向时,共轴式直升机很容易保持直升机的飞行高度,这在超低空飞行和飞越障碍物时尤其可贵,对飞行安全有重要意义。
模块式及方便的维护无尾桨结构。前苏军在阿富汗的作战经验表明,作战中损失的苏军直升机有30%与尾桨有关。主要是:尾桨的弹伤或异物损伤;承载的尾梁损伤;长距离的尾桨传动轴系损伤等。共轴式直升机因取消了尾桨,所以不仅和与尾桨有关的损伤无缘,而且也可节省尾桨所耗用的额外功率。另外,卡-50机身后半部分也是出于气动布局的需要,即便该部分被击毁,直升机依然可以进行正常的飞行。
外廓尺寸紧凑。在提供同样升力的情况下,共轴直升机的外廓尺寸自然要比单翼直升机要小,因此雷达识别特征和目视识别特征就小,便于隐蔽;外廓尺寸小,受弹面就小,战斗损伤概率也小,另外也更适合在航母军舰上布置。
共轴式双旋翼直升机,两副旋翼一上一下装在同一根轴上,平常飞行时不会相碰。但是在某些特殊的情况下,如在飞行中遇到突然变风,机动超过极限值,桨叶变形或损坏时,作用在桨叶上的气动力、离心力和重力就会失去原来的平衡,从而偏离正常的运行轨迹而发生碰撞。
卡莫夫设计局采用了一体化的飞行与火力控制系统,这些系统包括自动化飞行与导航、目标瞄准、武器发射等。借助自动操作系统,就可以在飞行员不接触驾驶杆的情形下直升机仍可盘旋滞空。因而,尽管是单人执行驾驶和武器控制双重任务,卡-50仍然具有良好的操纵性。前苏联花费了整整7年研究成功了K-37零零火箭弹射救生系统装在卡-50直升机上,可在零高度和零速度情况下进行弹射救生。在卡-50的基础上,卡莫夫又设计出了卡-52、卡-50H等型号,其中被称为“短吻鳄”的卡-52是双座机型,大大扩大了直升机的功能。
俄罗斯集中数十年在共轴直升机上的研制经验,制造出了卡-50这样性能相对稳定和优异的直升机,1994年10月,俄陆军航空兵选中了共轴式双旋翼直升机卡—50作为21世纪的主战武装直升机,主要是想借助于几十年舰载共轴双旋翼直升机制造的技术优势,打破在武装直升机设计方面落后于美国的局面。目前看来,虽然没有参加过实战,但卡-50所赢得的名声似乎不辱使命。
对于西科斯基来说,虽然也在共轴直升机方面有一定研究成果的积累,但至今仍没有制造出性能稳定的试验机,也未经过足够的试验飞行,要想迅速打破卡-50独占鳌头的局面并非易事。
X2将由西科斯基完全自掏腰包进行开发和技术验证,外界猜测可能要耗费上百亿美元的资金,可见该公司对于这种新型直升机倾注了莫大的希望。西科斯基的发言人强调,X2不是生产型飞机,但该机的技术可以应用到从美陆军“未来战斗系统”的IV级无人机到25吨级联合重型直升机的任何一种飞机上。据西科斯基公司说,X2的速度性能不会牺牲悬停能力,而这是过去提高直升机巡航速度尝试中遇到的主要挑战。
西科斯基要靠X2“争气”
西科斯基高调推出X2计划也旨在扫除年初在美国总统座驾“海军一号”的订单争夺中带来的晦气。
2002年12月,白宫要求国防部长办公室到2007年初步部署一支总统直升机替代机队,旨在用一种现代化平台替代目前的总统座驾“海军一号”,美海军陆战队将从2004财年至2009财年投资16亿美元用于总统新直升机项目,采购5架实验型直升机;另外,还将出资采购尚未决定数目的机型。
如此诱人的蛋糕,当然让各大直升机制造商垂涎欲滴。与“空军一号”相比,“海军一号”的地位显得有些轻微,缺乏“空军一号”的威严。然而,对于飞机制造行业而言,“海军一号”却是“超级巨星”。因为这个订单不仅能赚高额的利润,而且本身更是一个千金难买的企业形象广告,为美国总统提供座机的声望会立刻转为市场动力,其中包括军用市场和民用市场。
当美国海军宣布这项采购意向后,争得你死我活的主要是西科斯基公司和与阿古斯塔-韦斯特兰公司合作的洛克希德·马丁公司。两家公司都暗示,他们的直升机将具备与“空军一号”相同的能力,使总统在指挥军队以及与盟国和敌人通话中不受任何限制,同时对对方的方案大加指责。
自艾森豪威尔以来,“海军一号”一直是由西科斯基公司制造的,该公司也一直认为新合同非自己莫属,但是,今年初宣布的结果却令西科斯基大失所望。总部设于马里兰州的洛克希德·马丁及其欧洲合作伙伴组成的竞投团,在投标时展开了巨大的公关攻势,期间还借助英国及意大利政府首脑与布什的私交来协助争取支持,结果可想而知。除了政治上的原因,阿古斯塔-韦斯特兰至今仍是世界上速度最快的直升机记录保持者(400千米/小时),如果西科斯基没有什么新鲜玩意做后盾,恐怕在今后的竞争中将会走上下坡路。
版主点评 西科斯基需要“噱头”
张 哲
X2项目不是什么新项目,西科斯基的高调表明,今年初在“海军一号”订单竞争中的失败,对其影响颇大,也表明西科斯基害怕引起连锁反应,担忧未来市场份额下降。
早在几年前,X2的设计假想图就已在网络上流传,试验机的设计恐怕早已完成,要不然,公司的发言人不会确定宣布明年就能拿出新试验机来。此前,有关X2的研制基本是在半保密状态下进行,只是时而传出一些零碎消息。
另外,外界将X2与卡-50联系在一起不排除有炒作嫌疑。此前,西科斯基可以凭借制造“海军一号”带来的荣誉在国际直升机市场增加砝码,而失去“海军一号”后,西科斯基手中恐怕没有什么拿得出手的“噱头”与国内外的直升机制造商竞争。卡-50是除了美国的“阿帕奇”之外,在武装直升机领域最风骚的机型,虽然没有经过实战检验,但仅仅凭借在各次航展的“杂技”表演就赢得了足够的名声。X2的共轴螺旋翼当然最容易令人将其与卡-50做比,有了这一噱头,X2在未来的国际市场竞争中将增加更多筹码。
国际直升机市场上,直升机销售额最为丰收的年代还是在上世纪80年代,全世界每年制造1000多架直升机,这些直升机都提供给了世界强国及其盟国的空军。随着冷战的结束,订货数量急剧减少。在近十年中,世界平均每年仅售出700多架直升机,虽然从2000年起,直升机市场转入缓慢但稳定的增长阶段,但销量一直未恢复到冷战时期的最高水平。据预测,在近十年内,世界市场需求量为8979架,总金额为801亿美元。平静的市场对于直升机制造商当然不是什么好消息,更何况,随着时间的增加,更多新机涌入市场,将使原先的“大佬”经受考验。
仅仅有了噱头当然不够。由于波音与欧洲公司的联合,西科斯基公司在提供新型装备竞争方面输给了欧洲的公司,如果想要在未来的竞争中立足,新产品必须具有突出的优势。在武装直升机的作用越来越突出的地面战斗中,更高机动性和更高航速的机型无疑将更受欢迎,西科斯基把X2的压倒性的航速优势拿出来做卖点,无疑将对未来的直升机市场产生冲击。
本版编译 阿 哲
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