国外典型重型运输直升机对比分析

国外典型重型运输直升机对比分析

重型直升机是指起飞重量大于20吨，内载和外吊挂能力大于8吨，运送超过50人的直升机，由于主要用来运输，所以也被称为重型运输直升机。重型运输直升机机动性强、不受机场限制、运载能力大、输送速度较快，受到世界各国际军事强国的重视，在民用方面和军事领域得到了广泛的应用。

国外典型重型运输直升机介绍

直升机发展历史上出现过多种型号的重型运输直升机，其中有美制的CH－47系列、CH－53系列、V－22系列，俄制的米－6系列、米－10系列、米－12系列和米－26系列。而目前世界上现役的重型直升机主要有4种，即CH－53系列、米－26系列、CH－47系列和V－22系列。

CH－53直升机

CH－53“海上种马”直升机是美国西科斯基公司制造，1971年开始研制，最大起飞重量超过30吨。CH－53直升机是美海军直升机部队的重要组成部分，主要用来执行预警侦察、反潜巡逻和救援、对舰队的垂直补给等任务，可容纳37名全副武装士兵或24副担架和4名医务人员。

米－26直升机

米－26“光环”直升机由苏联米尔莫斯科直升机工厂主持设计、研制，1970年开始研制，1977年12月14日首飞，发展有米－26A、米－26T、米－26P及米－26M等多种型号，是当今世界上服役的最大、最重的直升机，最大起飞重量达56t。该机的运输能力与美国C－130运输机相当，内载和外挂均可达20吨，主要用于运输大型装备、武器弹药和其它军用物资，也可用于森林防火和边远地区的地质勘探开发。

CH－47直升机

CH－47“支奴干”直升机是由美国波音公司制造，自1961年9月21日首飞以来，已服役40多年，发展有A、B、C和D等16种型号，最大起飞重量达24.5吨，最大有效载重12.944吨，最大吊挂载重12.700吨，可运载33－55名全副武装的士兵或24副担架和2名护士。主要用来机降作战、后勤补给和搜索救援等。

V－22“鱼鹰”倾转旋翼机

V－22“鱼鹰”是由美国贝尔直升机公司和波音直升机公司联合设计制造的，同时具备垂直起降和短距起降能力的高速运输倾转旋翼机，于20世纪80年代开始研发，1989年3月19日首飞成功，是目前在役的唯一一型倾转旋翼机，时速高达509公里，最大起飞重量约27t，主要用于战斗搜索、特种作战和舰队后勤及远距离特种运输。

四种机型使用性能总结

以上四种典型重型运输直升机的主要使用性能如表1所示。

表1 四种机型主要使用性能

由表1可见：

（1）米－26的最大起飞重量和有效载荷要大于其它三种机型，这对重型运输直升机的运输能力十分重要，直接决定重型运输直升机单次运输的效率。

（2）V－22的最远航程和最大平飞速度要远远优于其它三种机型，这对重型运输直升机的运输速度、作战半径等有很大提升。

国外典型重型运输直升机对比

重型运输直升机在研发过程中存在特有的技术难点和规律，下面主要从直升机结构型式、动力装置、主减速器、操纵系统和航电设备五个方面对上述四种机型进行对比分析。

结构型式

CH－53系列、米－26系列、CH－47系列和V－22倾转旋翼四种机型涉及到的结构型式主要有三种，分别是单旋翼带尾桨式、双旋翼纵列式和倾转旋翼式。

（1）单旋翼带尾桨式

单旋翼带尾桨形式的优点在于适用范围较广、结构简单、成本低。缺点则有：需要额外功率供尾桨平衡主旋翼反扭矩；重心范围狭小；直升机起动后，尾桨高速旋转，地面人员无法靠近机身后部装卸货物，影响运输效率；尾桨受到主旋翼尾涡的影响，降低了其气动效率，增大了尾桨载荷与振动。

（2）双旋翼纵列式优缺点

双旋翼纵列式直升机的优点有：不需要尾桨；纵向重心范围大；具有较大的俯仰阻尼和操纵功效，纵向操纵品质较好。缺点有：后旋翼构架使结构重量增加；前旋翼尾涡对后旋翼会产生气动干扰，这是振动、交变载荷、噪声和功率损失的根源；为降低前旋翼尾涡对后旋翼的气动干扰程度，后旋翼位置较高，造成俯仰惯性较大，机身气动力矩不稳定，偏航操纵效率较低。

（3）单旋翼带尾桨式与双旋翼纵列式对比

1）重量对比

由于对于重型运输直升机而言，主减速器和旋翼重量占直升机总重比重较大，双旋翼纵列式相比单旋翼带尾桨式，可以减少主减速器和旋翼的重量，从而可以降低结构重量。

2）重心范围对比

双旋翼纵列式直升机可以利用前后旋翼差距操纵来保持机体平衡，重心范围比较大。

3）飞行性能对比

悬停和小速度时，双旋翼纵列式有利；

经济巡航时，单旋翼带尾桨式有利；

大速度时两种型式相当；

考虑旋翼和发动机功率限制，单旋翼带尾桨式巡航速度有利；

（4）倾转旋翼式特点分析

倾转旋翼式较其它两种结构形式有速度快、振动小、旋翼效率低和气动特性复杂等特点。

速度快

直升机的飞行速度受到前行桨叶激波失速和后行桨叶气流分离的限制不可能太快，最大速度超过360千米/小时的很少，而V－22倾转旋翼机的巡航速度为509千米/小时，最大速度可达650千米/小时。

振动小

转旋翼机的旋翼布局在远离机身的机翼尖端，并且旋翼直径较小，因此其座舱的振动水平比一般的直升机低。

旋翼效率低

为确保桨叶根部能够在前飞状态下产生较大的拉力，螺旋桨旋翼的扭角比直升机旋翼较大，而这种大扭转角设计会造成悬停状态下，工作效率大大降低。

气动特性复杂

在前飞速度较低，下降速度较大时，在自身的下洗气流的影响下，极易进入涡环状态，导致旋翼升力损失。这种横列式结构布局，一旦一侧进入涡环时，就会导致两侧升力失衡，发生滚装。

动力装置

目前，世界上用于重型运输直升机的大功率涡轴发动机仅有4种型号，即配装CH－53的T64发动机、配装米－26的D－136发动机、CH－47的T55发动机和配装V－22的T406发动机四种型号发动机的参数见表2。

这四种机型发动机的特点主要有：

（1）功率范围宽泛。由表2可见，重型直升机所需的大功率涡轴发动机的起飞功率范围为3267～7457kW，均在3000kW以上。特别是D－136发动机最大功率达7457kW，是世界上功率最大的涡轴发动机。

（2）采取两种结构型式

两种结构型式是指常规结构和三轴结构型式。常规结构型式，即自由涡轮式单转子，一般采用中等热力循环系数、高部件性能，达到理想的整机性能，如T64－GE－419、T55－L－712和T406均属这种结构；三轴结构型式，即自由涡轮式双转子涡轴发动机，采用高热力循环参数、较高部件性能，D－136发动机是该型的唯一代表。

（3）具有较高功重比、较低耗油率

由于大功率涡轴发动机的功率偏大，实现高功重比、低耗油率的性能指标相对容易。如这四种涡轴发动机虽属于第二代和第三代，但功重比达到甚至超过第四代涡轴发动机。

表2 四种型号发动机参数

（4）组成部附件具有一些共同点

除近期研制的T406发动机外，压气机多采用多级轴流式，燃烧室采用环形直流型式，动力涡轮为双级结构，大部分均带有体内减速器。

主减速器

主要对CH－47系列和米－26系列直升机的减速器加以对比。

CH－47利用安装在发动机内的超转离合器进行体内减速，再由并车减速器将两台发动机功率汇总后传给前后旋翼各自的减速器，这种三级减速形式保证了每一台发动机都能驱动两副旋翼，同时也降低了减速器的制造难度和制造工艺。米－26主减速器为三级多路功率传动，，采用单元体设计，每个单元体基本上都能达到规定寿命，可单独制造、试验、修改，并可用在其它系统上。这种设计大大简化了研制工作，并减轻了重量。其最独特的设计特点是最后级减速比大，最后一级的减速比大，就大大减轻了主减速器的重量。减少减速级和空间布局合理，使从转过部件冷却的滑油容易流出，提高了齿轮箱的工作效率，冷却要求低，使冷却系统的重量也减轻了。

操纵系统

该四种型号重型运输直升机至少采用两套以上的液压助力系统，以确保在飞行中操纵的稳定性，均采用了辅助操纵系统，不仅是为了降低飞行员的操纵难度，更是为了直升机能得到更稳定的状态。

CH－47直升机液压系统包括通用系统、1号和2号飞行控制系统，所有液压系统都装有压缩油箱，防止泵出现气穴现象。所有的系统无论在空中还是地面都可以进行监测。多余度自动飞行控制系统采用2个相同的控制系统和2套稳定作动系统，用来保持直升机稳定性和姿态。

CH－53直升机使用4个液压泵驱动总距、周期变距、横滚、偏航和杆力增加飞行控制伺服机构，发动机起动机、起落架收放、货物绞车、装卸跳板以及桨叶和尾斜梁折叠的液压系统。

V－22倾转旋翼机有3通道电传操纵装置，具有自动稳定、全自动驾驶仪和编队飞行模式。飞行操纵系统发出控制襟副翼、升降舵和方向舵液压作动筒的信号， 控制该型机在直升机与定翼机飞行模式之间的转换，并且能对空速、短舱倾转和迎角编程。

米－26直升机上有主液压系统和应急液压系统。自动稳定装置的每个通道都有伺服装置位置指示器，自动驾驶仪有12个位置的试验电门装在中央控制台上，自动由前飞状态进入并保持悬停状态。自动稳定系统的伺服装置能使用的行程占整个操纵行程的20%。

航电设备

CH－47装有雷达告警接收机、红外干扰机超战术空间导航系统、惯性导航系统、全球定位系统和箔条/曳光弹发射器。飞行仪表系统按标准的仪表板行规则设计，其中包括水平位置指示器，先进座舱管理系统（ACMS）和电子飞行信息系统，任务设备有卫星通信天线。

CH－53导航设备包括导航计算机、微型塔康导航系统、伏尔接收机、奥米加导航系统和多普勒导航系统。任务设备包括数字雷达寻的和告警系统、数字雷达告警系统、电子对抗金属箔条曳光弹投放机、电子对抗措施记录系统，多波束声呐、红外对抗系统。任务设备包括拖曳式声呐、扫雷装置以及电子扫瞄仪等。

米－26采用自主式导航系统多普勒设备和活动地图显示仪，可连续显示直升机的位置。装有机载闭路电视，用于监视货物装卸过程和飞行中的货物状态，共3台电视摄像机。军用型可装红外干扰仪、红外抑制器和编码的彩色识别曳光弹系统。

V－22机头左侧突出的雷达罩内装有地形跟踪、地形回避多功能雷达。飞行设备包括战术空中导航设备、甚高频全向指向标/仪表着陆系统、姿态航向基准系统、雷达高度表、超高频/高频自动无线电罗盘、轻型惯性导航系统、小型机载全球定位系统和数字地图显示器、备用姿态指示器、数据搜索和存储系统以及2台任务计算机加上波音/IBM软件。自卫设备包括有导弹告警系统、雷达/红外告警系统、箔条撒布系统。美国空军的V－22采用综合射频对抗装置，其中有雷达告警接收机、电子对抗雷达定位与干扰器。

对我国发展重型运输直升机的启示

（1）为降低直接研制重型运输直升机的风险，可利用现有直升机成熟技术，结合重型运输直升机特点，通过适应性改进而进行。

（2）我国在直升机技术上虽然已达到第三代直升机的技术水平，但均采用单旋翼带尾桨式机身构型，双旋翼纵列式与倾转旋翼式在我国直升机发展史上仍是空白。重型运输直升机在研发过程中会出现更多的技术难点，如果采用双旋翼纵列式或者倾转旋翼式会增加研发周期和研发成本。所以我国的重型直升机应优先考虑采用常规的单旋翼带尾桨式机身构型。

（3）为避免大尺寸单转子燃气发生器可能遇到的转子动力学问题，可采用自由涡轮式双转子涡轴发动机构型，通过增加增压级提高总压比。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.001