尾桨击毁仍能安全飞行,西科斯基引以为憾的武直,最终让路阿帕奇

尾桨击毁仍能安全飞行,西科斯基引以为憾的武直,最终让路阿帕奇

作者:丁尹

上世纪60年代末,西科斯基公司的直升机业务经过近30年的发展,开发出了许多优秀的型号,并在业界打造出了良好的口碑。然而,繁华的表面之下却是“万丈深渊”,西科斯基公司如果再走错几步,便有可能要万劫不复——已有的合同订单即将交付完毕,西科斯基却没能得到美国陆军这个“老伙伴”的任何新合同。

▲西科斯基S-61/SH-3 海王直升机就是当时西科斯基60年代的优秀作品之一

在美国陆军的常规通用直升机、大型通用直升机、轻型侦察直升机、先进空中火力支援系统和重型运输直升机等项目中,以直升机技术享誉全美的西科斯基竟然全都落败,这对于西科斯基公司上下——尤其是在士气方面——而言不啻是一种“毁灭性”的打击。

▲1956年,美国陆军打算寻求一种新的涡轮动力直升机代替当时在役的西科斯基CH-37莫哈维“重型运输直升机”(如图),最终促成了一代经典CH-47支奴干的诞生

其中尤以“先进空中火力支援系统”为甚,因为相比于西科斯基,当时的洛克希德在直升机方面的成就实在乏善可陈,竞标中败给洛克希德迫使西科斯基公司不得不正视其他航空企业在直升机方面的长足进步,也使其深刻认识到:西科斯基公司绝对不能再放过任何机会了。他们开始紧盯着美国陆军的计划,并且提出了许多全新的设计概念和方案,本文的主角S-64 Blackhawk 〔此黑鹰非彼黑鹰〕正是其中之一

✈ 败给洛克希德

在60年代初,美国陆军就开始考虑打造一种空中火力支援平台,但是项目伊始,谁也不知道这种空中火力支援(FAS;Fire-support Aerial System)平台大概该是个什么样子,贝尔提出了UH-1B休伊直升机的武装改型计划,美国陆军寻思着差不多能用,就暂且先采用贝尔的方案临时过渡,同时也积极展开调研,来探索和谋求一型真正的FAS平台。

▲配备重型武器的贝尔UH-1B休伊直升机

1964年,经过近两年的调查研究,美国陆军对FAS的概念越发清晰了,于是陆军参谋长决议将FAS重命名为“先进空中火力支援系统”(AAFSS;Advanced Aerial Fire Support System),并为其制定了一系列任务需求指标,同年8月,美国陆军正式向148个潜在的承包商下发了征询建议书。作为回应,贝尔公司提交了基于D-255的改进方案D-262,不过该机是一种传统布局的直升机;西科斯基公司提交了S-66方案,该机以“Rotorprop”闻名,所谓“Rotorprop”实际上是指该机的尾桨既是一种旋翼(作为常规尾桨而言),也是一种螺旋桨(它能够旋转90°从而变成一副真正意义上的尾部推进螺旋桨);洛克希德公司提交了CL-840方案,这是一种刚性旋翼设计,尾部不仅加装了尾桨,同时还有一副推进螺旋桨。

▲西科斯基的S-66设计理念比当时的CL-840还要激进

次年,贝尔的常规直升机设计首先被美国陆军淘汰出局,剩下洛克希德和西科斯基展开竞争。按照美国陆军任务需求指标,两家公司各设计了三种配置模式来满足要求。美国陆军的评估委员会对双方的几种方案进行了综合研究、评估和打分,最后在当年年底的时候,宣布洛克希德公司最终入选,其主要原因是:洛克希德的方案估价更便宜、交付速度更快而且技术风险也更小。于是S-66落选,CL-840正式定型为大名鼎鼎的AH-56 夏延复合式直升机。

▲飞行测试中的夏延直升机

✈ 机会需要自己创造

洛克希德虽然拿下了AAFSS项目,并且将其在“刚性旋翼”方面的技术积累在AH-56夏延上应用的淋漓尽致,但是离成功始终还是差那么点。当洛克希德开始跟不上项目进度表的时候,西科斯基公司觉得机会来了,于是他们将当时西科斯基最优秀的反潜直升机SH-3海王(S-61)进行了武装化改型,试图推销给美国陆军,但是当时美国陆军对夏延仍抱有希望,所以并没有接纳西科斯基的改型方案。

1969年年底,西科斯基公司开始着手进行S-67黑鹰高速武装直升机的总体方案设计工作。次年,AAFSS项目进度拖延已经触及美国陆军的“底线”——刚性旋翼系统在高速飞行状态下存在的技术难题迟迟未能攻克导致夏延的正式交付日期变得更加难以预料。得知这一消息的西科斯基意识到这可能是他们介入AAFSS项目的最佳机会了,于是S-67项目在西科斯基公司内部被确立为最优先事项,最优秀的工程师和技术专家都被分配到S-67项目组展开研制工作。

▲载满武器装备的S-67

1970年2月份,S-67的设计和方案论证工作全部完成,开始投入研制,同年8月20日,“黑鹰”武装直升机腾空而起,完成了首次试飞。此后,西科斯基就开始针对S-67进行了一系列飞行测试工作,并创下了一系列直升机的飞行速度记录(最高达到355.485千米/时)。次年,S-67在12个美军基地展开了“巡回演出”,跨越5633公里,完成了155次低空翻滚机动和140次S型转弯,收获了大量的赞誉。

▲飞行中的S-67正面图

✈ 勒紧裤腰带搞创新——S-67技术特点

▷S-67的总体布局

西科斯基S-67黑鹰武装直升机从总体布局来说是一种加装辅助短机翼的〔复合式高速武装攻击直升机〕。飞行员和副手坐在纵列式布局的座舱中,坐在前排的副手从右侧进入座舱,坐在后排的飞行员从左侧进入座舱,座舱后方有一个隔间,可以用来存放额外的设备或者运载兵员。

▲沙漠迷彩涂装的S-67机头近景

S-67的机身极其狭窄,只有1.2米宽,在气动上,较小的横截面积减小了机身阻力,有利于高速飞行;在战术上,较小的横截面积使得整机的“展示目标”更小,更容易躲避敌方火力,从而提高了该机的生存能力。

▲S-67的尾部视图,注意其垂尾和尾鳍的弧度设计,这种非对称设计能够在高速的时候提供侧向力来平衡一部分反扭矩

▷费用和时间都要节约

因为没有美国军方的项目支撑,所以S-67从设计到制造到测试,都需要西科斯基公司自筹经费,此外,美国陆军对AAFSS项目的完成度要求还是比较严格的,为了抓住机会,西科斯基的时间安排也很紧张。也就是说,西科斯基公司在S-67项目上既要节省费用,也要节省时间。

为此,经过研究团队的反复论证,他们决定采用成熟的SH-3海王直升机的动力传动系统。该系统由两台1500马力的通用电气T58-GE-5型涡轮轴发动机及对应的传动轴、减速器、液压系统和电气系统等部件组成。

▲即将装上海王直升机的T58型发动机正在被检查

▷创新同样不能落下

S-67同样也采用了来自海王直升机的旋翼系统,不过对其进行多种创造性的改进:

①加装了一套改进的旋翼桨毂整流罩,大幅降低了直升机高速前飞状态下的桨毂阻力(桨毂阻力是直升机前飞废阻的主要来源之一),从而提升了飞行速度;

②将旋翼桨叶的桨尖部位设计成了后掠20°的独特桨尖,如此一来可以延缓直升机旋翼高亚音速压缩性的来临,并且能够克服旋翼系统高速飞行状态下的巨大振动问题;

▲西科斯基关于S-67先进桨叶设计的专利图片

③采用了一种独特的被称为“Alpha-1”的总距连杆布局方案,该设计方案能够提升直升机总距操纵的敏感度,等于是从另一个方面扩大了总距操纵范围。

其实S-67在旋翼系统方面的所有改进都是为了高速飞行而服务的,同样为高速飞行而服务的还有该机的起落架设计:安装在两侧的主轮能够收缩到短翼内。两副短翼都有武器、辅助油箱或额外设备的挂载点。每个短翼还有三个“气动刹车”制动片,相比于没有气动刹车的直升机,作为第一架装备有气动刹车的直升机,S-67的制动速度提升了2倍有余。此外,气动刹车的存在也赋予了S-67无与伦比的机动性,使其能够作出更为惊人的直升机机动动作。

独特的尾部设计:S-67配备了一副5片桨叶,直径3.2米的尾桨系统,尾桨装载在上垂尾的左侧,上垂尾连接在尾梁上面,与下垂尾(尾鳍)保持在同一竖直平面内,尾鳍下方带有不可伸缩的尾轮。这副巨大的垂尾采用了一种独特的非对称弧面设计,使其能够一个较大侧向力。一般来说,只要S-67的飞行速度超过74千米/时,上下垂尾就能够产生足够的侧向力来控制该机的飞行状态,这时候,即便尾桨被敌方火力击毁,S-67也能安然无恙地飞回基地,安全着陆。

▲这项设计发展到X2阶段,就演变成了垂尾“襟翼”,通过襟翼的偏转来实现侧向力的改变效率更高,操纵性更好

✈ 黯然落幕

1972年5月,美国陆军对S-67和贝尔的Model 309〔“眼睛蛇王”,贝尔试图用该机取代即将告吹的夏延项目,所以与西科斯基再次展开了竞争,详情可参阅:只是越战“临时工”?不,要做武直之王,揭秘贝尔直升机幕后型号〕进行了细致的飞行评估,美军对S-67还是比较看重的,并且给予其分配了一个军方型号AH-3。虽然S-67性能出众、机动性优异,受到了不少美国陆军高官的称赞,但是评估报告仍然指出该机存在一些值得注意的缺点。

▲贝尔“眼睛蛇王”,当时的武装直升机,机身普遍比较“狭长”

尽管这些缺点可以通过技术手段持续改进,但是由于多方面的压力,美国陆军已经决定放弃AAFSS计划,因此他们既没有给西科斯基公司合同,也没有给贝尔公司合同,同时也取消了洛克希德的夏延项目,并最终启动了一个新的武装攻击直升机项目——先进攻击直升机AAH——并最终促成了阿帕奇的诞生。

没有得到美国军方订单的西科斯基公司没有气馁,他们决定尝试将该机出口到其他国家。1972年底,西科斯基启动了S-67的欧洲和中东“巡回演出”,很多国家都对这架在飞行表演中展现出非凡性能的武装直升机很感兴趣,尤其是以色列,但是却没有任何国家下订单。

▲S-67凭借飞行表演中展现出的出色性能和机动性收获了很多赞誉

1974年8月,S-67抵达英国,准备启动另一场欧洲巡演。9月1日,试飞员库尔特·卡农和副手斯图·克雷格登上S-67进行练习,为即将到来的范堡罗航展做准备。然而,他们不知道这将是他们最后一次登上直升机:在顺利完成第一次低空翻滚之后,卡农决定降低飞行高度,完成第二次翻滚,但是不幸的事情发生了,滚转中的S-67突然撞向地面,飞行员试图操纵调整姿态,但是该机离地实在是太近了,根本没有充足的时间留给飞行员“扳回机身”,S-67猛击地面,轰然坠毁。

▲S-67撞击地面的一瞬间

唯一的一架原型机被摧毁,西科斯基内外交困情况下,只能终止S-67的计划。但是该机的旋翼系统和尾桨系统等许多尖端试验性设计却为西科斯基在之后的直升机发展之路中奠定了坚实的基础。

1976年,美国陆军宣布,其通用战术运输机系统竞标计划(UTTAS;Utility Tactical Transport Aircraft System)最后的获胜者为西科斯基的直升机,该型直升机的旋翼系统技术就来自S-67武装直升机,其型号为YUH-60,美军称之为“BlackHawk”黑鹰。

​▲YUH-60 黑鹰通用直升机原型机

一样的名字,好巧。