美国重型直升机发展分析

曹 维 ，曹喜金

(1.中航工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司，江西 景德镇 333002；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

美国重型直升机发展分析

曹 维1，曹喜金2

(1.中航工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司，江西 景德镇 333002；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

美国重型直升机在军用和民用领域的发展与应用呈现出两种不同格局，美国国家战略、新军事学说与战术以及技术成熟度是影响美国重型直升机发展的3个关键因素，美国陆军/陆军航空兵与美国海军/海军陆战队由于对需求的理解不同而采取了不同途径来发展重型直升机。目前，美国是世界上装备重型直升机数量最多的国家，为保持其在该领域的优势，制订并启动了未来重型直升机发展计划。

军事装备；重型直升机；型号发展；美国

0 引言

总体来看，美国重型直升机的发展与应用在军用和民用两个领域呈现出两种迥然不同的局面。在军用领域，美国重型直升机的发展处于世界领先地位，装备数量占世界装备总量的一半以上；相比之下，在民用领域则要黯然失色得多，装备数量不到世界装备总量的2%。

从军事领域来看，自重型直升机问世并进入服役以来，在美国军事装备发展特别是美国陆军/陆军航空兵和海军/海军陆战队的装备建设中，重型直升机一直占据着极其重要的地位。从20世纪50年代美国陆军启动第一种重型直升机CH-47“支奴干”研制项目开始，70年代美国海军开展CH-53E“超种马”的研制，到目前正在研制新一代重型直升机CH-53K，以及因应未来需要而提出“联合重型运输飞行器(JTR)”项目，美国军事部门从未停止过发展重型直升机，这充分表明其对重型直升机的高度重视，也印证了重型直升机在美国军事装备发展与建设以及各种军事行动中的重大价值。

美军重型直升机的应用始于越南战争时期。当时，波音公司共生产了349架CH-47A“支奴干”，其中314架投入到了越南战场，可以说，这是重型直升机首次在战争中的大规模应用。此后，在美军历次大规模军事行动以及局部战争中都可以看到重型直升机的身影。在美军长期的军事行动与战争中，重型直升机承担的主要任务包括：回收被对方击落的各种飞机与直升机；运输大型和重型军事装备，如火炮、步兵战车、装甲车等；大规模成建制部队的运输与机动部署，特别是两栖登陆作战中大规模登陆部队的垂直投送；大型战舰之间各种军需补给物品的大量转运；海上布雷与扫雷；战斗搜索与救援等。

在民用领域，美国重型直升机的发展没有军事领域那么成果辉煌，也没有苏联/俄罗斯那么举世闻名。究其原因，一是因为美国向来喜欢穷兵黩武，在世界各地耀武扬威，导致其对军用重型直升机的需求一直很旺盛；二是为维持全球霸主地位，美国不惜投入大量人力、物力和财力发展军事装备，这也为美国军用重型直升机的发展提供了各种直接的保障；三是第二次世界大战以后美国没有实施过苏联曾经实施的西北利亚大开发那样的国家战略，致使其民用重型直升机需求不那么突显；四是直升机本身具有很强的军民通用性，只要稍做改装，军用重型直升机就可以用于民用应用的各个领域，这也在一定程度上影响了美国民用重型直升机的开发。

美国两款典型的民用重型直升机都是由军用重型直升机改型而来的，包括由CH-47“支奴干”改型而成的波音234和在CH-54A基础上发展而来的S-64“空中吊车”。特别值得指出的是，S-64“空中吊车”在20世纪60年代中期就获得了美国联邦航空局的适航证，是美国乃至全世界第一款获得美国联邦航空局适航证的民用重型直升机，至今仍在世界许多地方承担各种业务，足见其具有旺盛的生命力。

从民用领域来看，美国重型直升机主要用于旅客运输、货物运输以及其他专门业务，如石油开采业(设备、物资和人员运送)、伐木业(木材吊运)、电力工业(架设高压线、吊运塔架)、建筑业(大型、重型预制件吊运)、消防(森林、高层建筑灭火)以及抢险救灾等。

1 美国重型直升机研制周期、经费与装备现状

1.1 研制周期

按照开始研制时间到首次交付时间来计算，美国各型重型直升机的研制周期见表1。

表1 美国重型直升机研制周期

从表1数据以及型号发展历程可以看出，美国重型直升机研制周期呈现出以下规律：

1)如果在原有成熟型号和技术的基础上，只进行少量的改进或改装，那么，研制周期相对比较短，能够在较短的时间内交付使用，如S-64和波音234，研制周期平均不到5年；

2)如果以原有型号和技术为基础，需要进行重大的改进升级，那么，研制周期相对较长，如CH-47、CH-53E和CH-53K，平均大约需要10年左右的时间；

3)如果完全进行新机研制，即使基础技术包括原理和工程技术已经得到了验证，但是，由于存在不可预见的技术风险，研制周期是最长的，如V-22，大约接近20年。

以上数据均来源于文献[1-3]。

1.2 研制经费、单机价格及生产数量

1)CH-47“支奴干”

按照美国国防装备采办法规定，CH-47直升机基本型研制经费由美国国会批准，按年度从美国陆军总经费中拨付，当时研制经费为7470万美元。

美国陆军于1985年开始的第一个多年度项目是对240架CH-47C进行改型，耗资12亿美元；1989年开始的第二个多年度项目是对144架“支奴干”进行改进，耗资7.73亿美元；1992年耗资约2300万美元生产2架全新的CH-47D；1993年耗资6700万美元改进11架“支奴干”。1997年，埃及订购4架CH-47D价值约1.49亿美元，其中包括零备件和培训、保障费用；中国台湾1998年订购9架CH-47SD价值4.86亿美元。

MH-47E的研制经费为8100万美元(1987年)，11架MH-47E价值4.22亿美元(1989年至1991年)。

美国陆军预计CH-47F项目总经费约33亿美元。

CH-47SD单机价格为3000～3200万美元(2002年)， CH-47F的单机价格为3000万美元(2007年)。

为美国陆军生产了735架CH-47A/B/C，479架CH-47D/MH-47E，出口生产211架(其中包括45架份的成套组件)。另外，意大利阿古斯塔公司根据生产许可制造了136架，日本川崎重工生产了81架。

2)CH-53E“超种马”

CH-53E的研制经费由美国国会批准，按年度从美国海军总经费中拨付，当时基本型的研制经费为3.2亿美元。

CH-53E的单机价格为2436万美元(1992年)。土耳其采购8架S-80E，共计约为3.5亿美元。

为美国海军/海军陆战队生产了222架，为日本海上自卫队生产了11架。

3)V-22“鱼鹰”

V-22“鱼鹰”的全尺寸研制费用估计为27.5亿美元(1991年)。

MV-22最新价格为6400万美元(2010年)，CV-22的最新价格为7600万美元(2010年)。

为美国空军和海军陆战队生产了189架，目前仍在继续生产。美国海军陆战队总计需要采购362架MV-22B，美国空军总计需要采购50架CV-22B以及48架MV-22。

4)CH-53K“种马王”

CH-53K项目研制经费从美国海军年度经费中拨付。2005年12月测算项目总经费为153.07亿美元，其中研制经费40.32亿美元、采办经费112.75亿美元。截至2014年共已支出42.95亿美元。2015年年度预算为5.73亿美元。

CH-53K单机价格为5660万美元(2005年)。目前仍在研制中，尚未生产交付。

5)波音234

波音234研制经费不详，仅生产了16架。

根据型别的不同，波音234的单机价格在1200～1685万美元(1986年)之间。

以上数据均来源于文献[1-3]。

1.3 装备现状

根据相关资料[3]统计，截至2013年，全球现役重型直升机总量为1640架，其中，世界各国和地区军用领域装备的数量为1371架，约占84%，民用领域259架，约占16%。

美国现役重型直升机数量为946架，占世界总量的58%，其中，军用领域900架，占美国现役重型直升机总量的95%，民用领域仅46架，只占5%，见表2。

表2 美国现役重型直升机用户分布

* S-64总共只生产了99架(包括民用13架)。由于在越南战场上损耗比较大，后来又在美国国民警卫队服役长达20年之久。从美国国民警卫队退役后，军用CH-54才开始转为民用，因此，估计目前装备总数不会超过30架。

2 推动美国重型直升机发展的关键因素

综观美国重型直升机的发展与应用历程，可以看出，美国重型直升机的发展并不是一蹴而就的，而是有着长久和深厚的军事需求基础与背景。虽然推动美国重型直升机发展的因素是多方面的，如国际政治与军事环境的变化、军事学说与战术的发展、军事装备发展需求、军费预算以及技术本身的成熟度等，但概括起来，有三个方面是极其重要和关键的：首先，美国国家战略的实施非常需要重型直升机这一重要的军事装备；其次，美军提出的新军事学说和作战战术成为美国重型直升机横空出世的直接推手；第三，相关技术的逐步成熟是美国重型直升机发展的重要基础和保证。

2.1 重型直升机是美国实现其国家战略的重要军事装备之一

长期以来，美国一直在推行全球霸权战略，在世界各地建有大量的海外军事基地，长期、大量部署军事力量，利用其强大的军事实力强行介入各地区、各主权国家的内部事务，通过各种手段谋求美国国家利益，不遗余力地保护美国的海外利益，导致美国各种军事装备需求一直十分强劲。这不仅直接催生了美国的重型直升机，也强力推动着美国重型直升机的不断发展。

自重型直升机进入美军服役以来，几乎在美军的每次海外远征军事行动中都可以看到重型直升机如影相随。在美军的各种军事行动中，这些重型直升机不仅是美军采用各种战术展开军事行动的必要工具，更直接为美军的军事行动提供支援和保障。如果没有重型直升机，美军诸多现代战术如空中机动、垂直包围、机降突击以及特种作战等，就无法顺利展开，也难以在战术上取得军事行动的成功，进而影响美军军事战略的实现。

近年来，美国奥巴马政府竭尽全力推行“亚太再平衡”战略，打算将60%的美国海军兵力部署到亚太。奥巴马在西点军校演讲中甚至叫嚣“美国还要领导世界100年”，完全暴露了美国企图长久称霸世界的野心。而美军实施这个战略的第一步，就是向日本冲绳美军基地大量部署MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机，这充分证明重型直升机已经成为美国实现其国家战略的一种重要的军事装备。

现在，美国已成为世界上唯一的超级霸权国家，但为了保持其绝对的军事优势，实现其长久的世界霸主的野心，仍在大力发展各种先进军事装备，新型重型直升机也在这个装备发展清单之列，这进一步表明了重型直升机在美国实施其国家战略中的重要地位。

2.2 新军事学说与战术是美国重型直升机发展的直接驱动力

20世纪50年代前后，美国海军/海军陆战队认为传统的两栖登陆作战存在许多缺陷，不能适应新的军事需求。特别是苏联试爆第一颗原子弹，打破了美国核武垄断的局面之后，美国海军/海军陆战队认为传统的两栖登陆作战面临着更加巨大的威胁，于是，强烈要求寻求替代方案以取代传统的两栖登陆作战模式[4]。

在此期间，时任美国海军陆战队司令的范德格里夫特上将开始创立一种新的学说——“两栖作战垂直突击概念”，也就是用空中垂直登陆突袭战术取代传统的水面登陆作战战术，这首先需要寻找新的运输两栖登陆作战部队与装备的平台。

当时探讨的5种主要运输平台方案包括运输机、滑翔机、伞降、部队与物资运送潜艇以及直升机。研究得出的结论是：直升机最有优势，为实现登陆突击部队快速集结提供了切实可行的工具，见图1。

图1 美国海军/海军陆战队两栖登陆作战模式的比较

通过大量试验和演习，美国海军/海军陆战队坚定地认为，利用运输直升机遂行两栖登陆作战是切实可行的，并将彻底改变原有的两栖作战模式，使其在作战行动中占有巨大的优势。因此，美国海军/海军陆战队需要装备大量的大型突击运输直升机。

朝鲜战争爆发后，美国海军/海军陆战队便将当时装备的直升机派往朝鲜战场。除执行大量运输任务外，美国海军/海军陆战队还利用这些直升机在朝鲜战场上实践并检验其提出的新作战战术，包括垂直运输补给、炮兵机动运输等，并取得了巨大成功。朝鲜战场既是美国海军/海军陆战队新的两栖登陆作战战术的演练场，也是其利用大型突击运输直升机遂行大规模部队与重型装备机动部署的试验场。无论是各种演习还是实战结果，都显示了大型突击运输直升机的巨大价值。

20世纪50年代后期到60年代初期，为满足美国海军/海军陆战队对大型突击运输直升机的需求，美国西科斯基公司在S-64的基础上研制了大型双发突击运输直升机S-65，美国海军/海军陆战队的编号为CH-53A，绰号“海种马”，并先后发展出多个型别，为美国海军/海军陆战队后来研制CH-53E重型直升机奠定了坚实的基础。

与此同时，美国海军/海军陆战队提出的“两栖作战垂直突击概念”以及进行的大量演习验证，激起了美国陆军/陆军航空兵的极大兴趣，特别是在朝鲜战争中美国海军/海军陆战队运用直升机取得巨大成功后，更引起了美国陆军/陆军航空兵的极大关注。于是，在20世纪50年代中期，美国陆军/陆军航空兵在认识到直升机的巨大军事价值后，提出了进一步发展并完善空中机动作战理论，发展“空中突击”、“垂直突击”等战术，同时，仿效美国海军/海军陆战队展开了大量的验证演习。

通过一系列分析研究和演习验证，美国陆军/陆军航空兵也坚定地认为要实现从地面机动向空中机动作战战术的转变，就必须发展运输能力更大的直升机。于是，1956年年底，美国陆军部宣布，计划用一种涡轴动力直升机取代当时在役的活塞直升机，以提高直升机的运输能力。

当时，为了争取到美国陆军的这项合同，波音·伏托尔直升机公司(现波音公司)会同美国陆军专家，就空中机动的所有领域展开了详细的讨论，得知美国陆军当时真正想要的是一种能够替代2.5吨卡车的飞行器。1956年7月，波音·伏托尔公司正式向美国陆军航空兵司令部提交了V-107直升机研制计划，从此拉开了CH-47“支奴干”直升机研制的序幕。

2.3 成熟技术是美国重型直升机发展的重要基础和保证

早在20世纪40年代末，当美国海军/海军陆战队提出大型突击运输直升机需求时，美国西科斯基飞机公司便开始了S-56直升机的研制工作。当时，美国海军赋予的代号是HR2S，美国国防部赋予的正式代号是CH-37[4]。

HR2S的研制是美国发展重型直升机的最早尝试，它是当时世界上外形尺寸最大的直升机，比今天的S-92的外形尺寸还要大。同时，它也是美国最早采用双发动机布局的单旋翼带尾桨构型的直升机。因此，在设计与制造过程中遭遇了许多重大难题。

首先是发动机问题。当时，功率大、油耗低、性能好的涡轴发动机还没有问世，只能选用活塞发动机。由于采用活塞发动机，发动机功率太小，巡航功率仅有1280马力，从而导致直升机有效载重和吊挂能力受到极大限制，不能完全满足美军吊运大型军事装备或回收被击落的飞机的需要。

其次是双发动机布局问题。由于HR2S是美国首次采用双发动机布局的型号，没有成熟的经验可借鉴。诸如双发动机在机身上的布置位置，采用双发动机时的机身空气动力学以及双发动机的功率同步等问题，都需要通过大量的分析研究和试验来解决，这不仅需要耗费大量的财力，而且也需要花费大量的时间。

第三是超大尺寸部件的制造问题。HR2S是当时世界上外形尺寸最大的直升机，有一些超大尺寸部件如旋翼桨叶、桨毂以及机身大梁等，非常难制造，必须开发相应的专用工装夹具和工艺才能制造。

第四是舰载相容性问题。由于美国海军/海军陆战队要求HR2S能够搭载在航空母舰上，因此，HR2S还是第一种采用液压驱动的桨叶折叠系统的直升机，飞行员可以在驾驶舱内折叠桨叶以便减小舰面或机库中停放时占用的空间。这种桨叶折叠系统涉及到机械、液压、操纵等多个专业领域，在研制过程中同样也遭遇到各种技术难关。

正是由于遭遇到这一系列的技术难题，HR2S的生产交付一再延误，直到朝鲜战争结束，西科斯基飞机公司才总共生产了100余架这款直升机，从而迫使美国海军/海军陆战队在朝鲜战场上不得不选用其它型号的直升机作为过渡，并最终抛弃了HR2S。

此外，V-22“鱼鹰”的研制周期长达近20年也是因为在研制过程中遭遇到多种复杂技术难题而不得不一次又一次推迟交付时间，以便通过大量的试验和试飞来攻克这些技术难关。这充分表明成熟技术是美国重型直升机发展的重要基础和保证。

3 美国重型直升机型号发展之路

20世纪60年代后期到70年代初期，美国陆军和海军开展了大量的联合研究工作，以便定义重型运输直升机要求。美国陆军与海军在重型运输直升机能力要求方面存在巨大的差异，最终导致美国陆军和海军分别制订并实施各自的研制计划。当时，作为美国海军的短期目标，要求垂直吊运能力为18吨；而美国陆军提出的则是长期目标，要求吊运能力达到20～30吨。出现这些差异的主要原因是美国陆军不愿为舰载兼容性而牺牲吊运能力。

美国陆军与海军的计划最终朝不同的方向发展。美国海军研制了CH-53E，而美国陆军一直围绕着CH-47“支奴干”开展研制，并成功地推动了CH-47首先进入美军服役。

3.1 最早进入美国陆军服役的重型直升机—CH-47“支奴干”

美国波音·伏托尔公司向美国陆军航空兵司令部提交双旋翼纵列式V-107型直升机计划后，利用公司自筹资金，于1957年5月开始了首架V-107原型机的制造工作，该原型机命名为YHC-1。不过，美国陆军认为对于突击任务而言，YHC-1A显得过重，而对运输任务而言，又显得过轻。因此，美国陆军提出了增加起飞重量的要求。波音·伏托尔公司就此开展了V-107-1(YHC-1B)的研制工作。

美国陆军将生产标准型YHC-1B命名为HC-1B，并于1961年追加采购18架HC-1B。所有YHC-1B和HC-1B随后都被重新命名为YCH-47A和CH-47A，绰号“支奴干”。

CH-47A是“支奴干”系列的最初生产型代号，1962年开始进入美国陆军服役，成为最早进入美军服役的重型直升机，并于1965年随美国陆军第一骑兵师进驻越南，参与越战，因此也成为了美国第一种参与实战应用的重型直升机。

然而，越南炎热的自然环境，以及旋翼系统设计本身的限制，导致CH-47A无法充分发挥其发动机最大功率所带来的优势；而在实际应用过程中，美国陆军又往往不敢将CH-47A的庞大货舱装满，以至影响了运输效率。美国陆军急切希望波音·伏托尔公司能尽快提供针对这一不足的改进型。于是，波音·伏托尔公司通过换装发动机、改进旋翼设计等措施，很快推出了改进型的CH-47B。

不过，美国陆军当时实际想要的是能够运载6800千克以上的有效负载的直升机。波音·伏托尔公司再次通过换装发动机、加强传动系统以及增大燃油容量等措施在CH-47B的基础上推出了CH-47C，以满足美国陆军更大运输能力的要求。

到越南战争结束时，波音·伏托尔公司为美国陆军总共生产了726架CH-47A/B/C，其中575架投入到越南战场上，接近美国陆军当时装备的重型直升机总量的80%。可以说，越南战争既是一场直升机战争，也是美国重型直升机最早参与且参与数量最多的一场战争，对美国重型直升机后来的发展起到了巨大的推动作用。

20世纪70年代初，波音公司向美国陆军提出了升级“支奴干”的计划，并被美国陆军采纳。升级的主要目的是为了延寿，对原有型号进行统一改进，并因此推出了重大改进型—CH-47D。

这次升级改进可以说非常全面，这种全面的升级改进大幅度提升了CH-47D的性能，特别是有效载重能力和高温高原性能。与CH-47A相比，CH-47D的有效载重提高了一倍多，接近11吨，高温高原性能提高了68%。

20世纪90年代初，美国陆军启动了名为“空中货运“(ACT)系统的新概念旋翼机论证工作。但由于新概念旋翼机的研制和生产成本过高，美国陆军无力承担，因此不得不放弃这项计划，转而展开CH-47D的改造升级，并推出了最新改进型CH-47F。美国陆军计划CH-47F将一直服役到2030年。

此外，波音公司还在CH-47D的基础上为美国陆军特种作战部队研制了特种作战型的MH-47D/47E ；发展了波音234民用型以及各种出口型号。

3.2 美国海军第一种舰载重型直升机—CH-53E“超种马”

在美国海军/海军陆战队执着追求重型直升机的同时，西科斯基公司也一直在竭尽全力谋求研制最大起飞重量超过20吨的重型直升机。在CH-53A/D“海种马”取得成功以及在越南战场上获得的经验教训基础上，根据美国海军/海军陆战队的真正要求，1971年开始，西科斯基公司以CH-53D为基础，通过加装第三台发动机，推出了CH-53E“超种马”。

1980年12月，西科斯基公司开始向美国海军交付CH-53E，美国海军终于拥有了自己的第一种舰载重型直升机。1981年6月，西科斯基公司开始向美国海军陆战队交付CH-53E。

1986年，西科斯基公司开始向美国海军交付扫雷型MH-53E“海龙”。

到21世纪初，美国海军/海军陆战队的CH-53E直升机平均服役时间超过了15年，平均机体寿命达到将近5000小时。同时，出现的一些新战术理念，如海上作战机动(OMFTS)、舰船到目标的机动(STOM)以及强行进入(FE)等，所有这些都迫使美国海军/海军陆战队不得不持续研究并改良其装备，以适应未来需要。

于是，美国海军分析研究中心于2001年针对美国海军/海军陆战队当前的兵力结构和拥有的各型直升机，对这些直升机的运输能力进行了比较研究。结果表明，为满足未来重型运输需求，在CH-53E基础上，发展新一代重型直升机是比较有效益的选择[5]。

同时，美国海军还委托一家非赢利性研究机构——国际防务研究院(RAND公司)对7种未来重型运输直升机方案展开研究和评估。美国海军分析研究中心的研究和RAND公司的评估都表明，以CH-53E为基础，通过改进改型，研制新的重型直升机是美国海军/海军陆战队满足未来重型运输需求的最佳选择[6]。

2005年12月，美国国防部与西科斯基公司正式签署了研制新一代重型直升机的合同，并将这种新型重型直升机命名为CH-53K，绰号“种马王”(见图2)，计划2019年交付。

2015年10月27日，西科斯基公司通过公司网站对外宣布，第一架CH-53K工程原型机成功实现了首飞，在接下来的3年里，将对CH-53K的飞行包线进行扩展。

图2 CH-53K首飞

3.3 全球目前唯一现役的倾转旋翼机—V-22“鱼鹰”

为弥补常规直升机固有的速度慢、航程短的缺陷，美国贝尔公司长期以来一直坚持倾转旋翼机技术的探索，先后研制了XV-3倾转旋翼原理验证机和XV-15倾转旋翼工程验证机，并取得了巨大成功，引起了世界各国特别是美国军方的高度关注。

鉴于XV-15的优异表现，美国国防部于1981年提出了“三军联合先进垂直起落飞机(JVX)”项目，要求在XV-15的基础上，为美国陆、海、空三军研制共用的倾转旋翼机。最初，这个项目由美国陆军负责，但由于美国陆军经费不足，1983年，这项计划转由美国海军负责。同年4月，美国海军便与贝尔和波音公司签订了研制合同。1985年1月这种倾转旋翼机被正式命名为V-22“鱼鹰”，美国海军陆战队的突击运输型称为MV-22，空军特种作战型称为CV-22，而海军战斗搜索型称为HV-22。

美国贝尔/波音公司一共制造了10架V-22原型机用于各种地面试验和飞行试验，这在世界直升机发展史上实属罕见。而在各种飞行试验和作战评估飞行中，共发生过4次重大事故，导致30人死亡。这些足以证明倾转旋翼机的技术难度大大超乎人们的预想。

1989年3月，第一架V-22原型机实现首飞。在经历了一系列挫败、调整、改进和技术与质量审查后，直到1999年5月，第一架生产型MV-22才交付给美国海军陆战队。首架生产型CV-22于1999年10月首飞，2000年交付给美国空军。到目前为止，美军仍然是世界上第一支，也是唯一一支装备了倾转旋翼机的军队。

为便于航母甲板与机库中停放，V-22的旋翼与机翼可以折叠并收藏，整个过程用时约90秒。MV-22在甲板上占用的空间与CH-53E直升机的基本相同。

3.4 最早取得美国联邦航空局适航证的重型直升机—S-64“空中吊车”

1961年4月，为满足当时美国陆军对大型运输直升机的迫切需求，并兼顾民用应用，西科斯基公司在成功研制S-60直升机的基础上，开始设计、研制S-64起重直升机，绰号“空中吊车”。美国陆军赋予该机的代号为CH-54，绰号“塔赫”。

第一架S-64原型机于1962年5月首飞。1965年7月，S-64取得了美国联邦航空局适航证，成为世界上最早取得该证的重型直升机。然而，在此后相当长一段时期内，由于各种原因，如经济性差、西科斯基公司关注度不够等，S-64的民用应用非常不如人意。

S-64的设计非常独特，与常见的直升机不同，它整个中机身都是空的，这不仅大大降低了该机的空重(空重比约为46%)，提高了有效载重能力，而且特别有助于吊运各种不同尺寸的大型货物。同时，只要加装整体吊舱就可以承担大规模人员运输任务，因此，具有极好的应用灵活性。

在CH-54A进入美国陆军服役的同时，西科斯基公司并没有完全放弃开拓S-64的民用市场。1968年2月，美国德克萨斯州休斯敦的罗恩钻井公司订购了2架S-64E，用于支援铺设横穿阿拉斯加的输油管。

1971年，美国埃里克森木材公司订购了一架“空中吊车”，用于空中伐木和架设电线，并获得成功。1972年埃里克森公司再次购买了3架S-64E“空中吊车”，并成立了埃里克森空中吊车公司，提供民用领域的各种业务服务。时至今日，埃里克森公司仍在利用“空中吊车”为全球民用用户提供各种服务。

美国另一款民用重型直升机波音234的表现则差强人意。自1981年取得美国联邦航空局适航证和英国民用航空局适航证以来，总生产交付数量只有16架。波音234最引人注目的应用是1989年王牌航空公司利用它在纽约与大西洋之间开通的“直升机航班”，但由于成本太高，经济性太差，不久便被取消了，此后再也没有见过相关的类似报道。

4 美国重型直升机未来发展项目

鉴于重型直升机在军事领域所取得的骄人成就，美国长期以来一直非常重视发展重型直升机。为谋求其在全球重型直升机技术领域的绝对领先地位，引领世界新一代重型直升机的发展，瞄准未来军民重型直升机需求，一方面利用现有成熟先进技术对现役重型直升机进行技术提升，另一方面，美国军方、多家研究机构和工业部门，制定了系列发展计划，提出了多种全新的重型直升机方案。

下面，仅列举两个具有代表性的项目，以此来说明美国未来重型直升机技术、型号与应用的发展方向：一个是美国陆军提出的“联合重型运输飞行器(JHL)”项目；另一个则是NASA“大型民用倾转旋翼机(LCTR)”项目。

4.1 美国陆军“联合重型运输飞行器”项目

美国陆军在对其“未来作战部队”的建制、作战战术和“未来作战系统”的战术技术指标进行全面分析与深入研究以后，为了适应并满足未来军事行动的需要，在21世纪初提出了“联合重型运输飞行器”项目，并于2004年获得美国国防部的批准。对这种联合重型运输飞行器的基本要求是：最大有效载荷为18～23吨，不进行空中加油时作战半径不小于250千米。计划2015年开始试验，2020年开始投入服役[7]。

项目获得批准后，美国陆军与贝尔/波音公司、波音公司、卡莱姆飞机公司、西科斯基公司签订了演示样机的研制与制造合同。由于当前美军现役的各种直升机中没有一种具备与JHL类似的能力，为此，参与竞争的各个研制厂商都在各自的设计方案中积极采用新技术以满足性能需求。其中，贝尔/波音公司联合推出的方案是“四倾转旋翼机”(QTR)，波音公司推出的是“先进纵列式旋翼直升机”(ATRH)，卡莱姆公司推出的是“最优速度倾转旋翼机”(OSTR)，西科斯基公司则推出了采用共轴反转旋翼的X2C“起重机”和X2HS“高速升降机”方案，见图3。

目前，美国陆军航空应用技术局已正式确定了“联合重型运输飞行器”的战术性能和作战使用要求。为了确保“联合重型运输飞行器”项目资金充足，除美国陆军外，美国海军和海军陆战队也参与到该项目中。

一旦这种具有较高战术技术性能和相对较低的生产和使用成本的未来运输飞行器列装，美军将能为各战区(包括远方战区)的前沿部队提供高效可靠的后勤与作战保障。但从目前的情况看来，由于美国众多防务项目的费用急剧增加、作战需求变化以及社会政治方面的原因，有可能部分项目预算被压缩或与其他项目合并。因此该项目的前景如何还难判断，是否有可能被常规直升机和固定翼飞机方案所取代尚未可知。

4.2 NASA“大型民用倾转旋翼机(LCTR)”项目

为了充分利用空域资源，提高空运效率，对下一代重型运输旋翼机展开预先研究，NASA于2005年启动了“重型运输系统研究”(HLSI)项目。该项目分为军用和民用两个部分：军用部分的主要目的是在美国现有的军用旋翼机的基础上进一步开发出航程更远、载重更大、性能更为可靠的下一代大型军用运输飞行器；民用部分的主要目的是研发一种未来垂直短距起降飞行器，以解决机场拥堵问题[7]。

民用部分最初有三种方案，分别是“大型民用倾转旋翼机”(LCTR)、“大型民用纵列复合式旋翼机”(LCTC)和“大型前行桨叶概念”(LABC)(见图4)。经过一番角逐，LCTR最终以巡航效率最佳、重量最轻和成本最低等优势胜出，成为NASA未来垂直短距起降飞行器项目的主要研究方向。

在此基础上，NASA提出了“第二代大型民用倾转旋翼机”(LCTR2)方案，旨在取代中短航程的支线飞机。LCTR2的设计航程为1853千米或更远，载客数至少为90名，最低飞行速度为555千米/小时，具有短距垂直起降能力，燃油消耗率是现有飞机的一半或更低。

图3 联合重型运输飞行器项目方案

图4 LCTR、LCTC、LABC方案(从左到右)

通过定义LCTR2的基本特征，NASA希望能明确该项目需要解决的主要技术。这些技术包括增大推力，提高气动效率，减小环境噪声，乘客可接受并与喷气支线客机相当的客舱噪声，可融入现有空管系统的能力、飞行安全、抗坠毁性、可维护和可操作性。这些技术被整合为4个主要部分：综合气动推进系统(IAPS)、主动控制的高效旋翼机(ACER)、安静客舱(Quiet Cabin)、下一代旋翼机技术。

参与研究的机构包括NASA的艾姆斯、兰利和格伦研究中心，以及佐治亚技术研究所、宾夕法尼亚州立大学、马里兰大学等，还与位于艾姆斯研究中心的美国陆军航空飞行动力学部开展了技术合作。已经开始进行或完成的研究包括：旋翼/机翼尾流建模；转弯性能鲁棒准则定义；旋翼扭转与尖削比优化；机翼/旋翼气动弹性稳定性以及飞行动力学研究；巡航桨尖速度优化(包括旋翼/机翼气动干扰效应研究)；多种速度传输以及变速发动机之间的技术权衡；执行机场操作时的操纵品质仿真；尺寸固定和可变的带2、3、4级动力涡轮的发动机比较；风洞试验等。

NASA计划于2020年完成研究并开发出验证机。LCTR2基本型的出厂价预计为6190万美元(2005年)。

5 结束语

纵观美国重型直升机的整个发展历程，可将其特点简要归纳为一个中心、两条途径、三大保障以及无限未来。

一个中心即以军事需求为中心。美国所有现役重型直升机在研制初期都围绕着这个中心，也就是说军事需求是美国重型直升机发展的主要推动力。无论是早期的大型运输直升机，还是后来的重型直升机以及未来重型运输旋翼机项目，都是美军新军事学说、军事变革、作战战术与军事装备发展需要直接推动的结果，是美军为在全球范围内成功遂行各种军事行动而发展的重要军事装备之一，其根本目的是为美国国家战略服务，以谋求美国国家利益最大化为终极目标。

两条途径是指改造升级和新机研制。美国重型直升机在发展过程中大多都经历过改造升级。如CH-47系列，从最初的基本型A型，通过不断改造升级，目前已发展到先进的F型，可以说是改造升级的典型代表，也是美国陆军发展重型直升机的重要途径。相比之下，美国海军更注重开发新机。例如，CH-53E“超种马”是在CH-53D“海种马”的基础上发展而来的，但增加了发动机数量，关键动部件都进行了重新设计，完全是一种全新型号。与研制新机相比，改造升级的研制周期较短，技术风险较低，研制经费较少；而新机研制则可以全面、综合采用各种最新技术，从而打造一款性能卓越的新机型。这两条途径各有利弊，需要全面权衡，根据实际情况进行科学、合理的选择。

完善的规划、成熟的技术和充足的经费是美国重型直升机发展的三大重要保障。多年来，美国各军兵种和相关工业部门都制订有完善的重型直升机发展规划和实施计划，虽然这些规划有可能需要根据实际情况进行调整、修改或合并，但仍是统领美国重型直升机型号研制工作的纲领，是美国重型直升机能够获得科学、合理和快速发展的重要组织保证。

美国重型直升机发展历程表明：由于重型直升机涉及领域广，技术难度大，研制周期比较长，在研制过程中往往会遭遇到难以预料的重大挑战，有时甚至是颠覆性的难题。因此，发展重型直升机不仅需要有坚定的信念和坚强的毅力，更需要有成熟的技术和充足的经费作保障，否则，重型直升机的发展就会受到严重影响和制约。

虽然美国重型直升机无论在技术、型号方面或是在军事应用中目前都处于世界领先地位，但并没有因此而停止发展的步伐。相反，美国军方、相关工业部门和研究机构为适应未来需要，满足未来军用与民用领域的使用需求，提出了多项未来重型直升机发展项目，并投入大量经费，全力开发新技术，探索新构型，以便进一步巩固自己的巨大优势，引领世界重型直升机的发展潮流。可以预料，这些新技术一旦取得突破，新型号投入使用，将为美国重型直升机的发展创造无限广阔的未来。

[1] 倪先平.直升机手册[M].北京：航空工业出版社，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 维(1988-)，男，江西景德镇人，硕士，主要研究方向：直升机技术与应用。

1673-1220(2016)03-063-10

V275+.1

A