CH-53K系列重型直升机

CH-53K重型运输直升机

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尽管五角大楼正在谋划具有更高运输性能指标的新一代“联合通用重型运输机”(Joint Heavy Lift aircraft,简称JHL)。但在实战中痛感重型直升机运输能力不足的美国海军陆战队,还是现实地选择了西科斯基公司为其研制一种基于现有型号技术的新型运输直升机。美海军陆战队似乎总是对CH-53系列直升机情有独钟。

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44年前,美国海军陆战队放弃了三军通用垂直/短距起降运输机计划的产物XC-142A,选择了CH-53A直升机。后者在海军陆战队中服役并屡建战功,经过不断改进已经发展到CH-53E型。

美国海军陆战队采购CH-53K首先是因为现有的CH-53E机队在伊拉克战争中因为高强度出勤而损耗严重。1999年美军进行的机体寿命评估显示,在役的CH-53E机队平均有6120飞行小时的剩余寿命,现存的CH-53E将在2011年前后开始进入批量停飞阶段,大约每年有15架退役。其次,在近年来美军频繁介入的战争中,海军陆战队认为他们急需加强重型运输直升机的 STOM ( ship-to-objective manoeuvre,从舰上到目标的机动)模式运输能力,这对部属于海上或者近岸的海军陆战队的装备运输能力提出了更高要求。与此同时.为了不增加额外的后勤保障压力,海军陆战队需要一种运输能力比现有的CH-53E多一倍,且不占据更多舰上甲板空间的直升机。

2005年12月,美国国防部批准了西科斯基公司的CH-53K发展计划。CH-53K预计将在2015年全面形成战斗力,分批取代现有的CH-53E。该机能在33°C 的气温条件下,以约914.4米的巡航高度,携带12300千克有效载荷,执行半径200千米的运输任务。CH-53K将“悍马”车的运输量由过去的一辆增加到了两辆,或者携带一辆LAV轻型装甲车。

即将与西科斯基公司签署的这项合同预期金额将达到29亿美元,这被认为是以生产直升机闻名的西科斯基公司又一次光辉的胜利。从细节上来看,CH-53K是一种全新设计的型号。预计在2006年年底,西科斯基公司将负责 牵头选择出直升机动力系统、气动外形设计、飞行控制系统设计、动力系统、辅助动力系统、起落架及油料供应系统,以及机体设计等诸多飞行器基础设计方面的子系统承包公司,成立一个联合各参与企业的“53号小组”来统一研制这样一种可谓脱胎换骨的CH-53K。

集众家之长的CH-53K将拥有更强劲的动力,更高效的传动机构,重新设计的新型冀尖后掠桨翼。将比现有型号多提供2270千克的有效载荷。和CH-53E相比,CH-53K旋冀数量并不改变,桨毂的结构也不做太多的修改,但是先进复合材料和优化结构的采用将使该机最大起飞重量达到38400千克,比现有运输直升机多出5300千克。

采用三台发动机的CH-53K在机体上设置了第四台发动机的预安装位置,单台所需功率预计达4500~4900千瓦。至于动力系统的竞争上,来自英国的老牌著名航空动力公司——罗·罗公司希望能采用他们的AE1107C发动机(该发动机已经是海军陆战队MV-22B“鱼鹰”的配属动力)。美国的通用电气公司拿出了GE38,普拉特·惠特尼公司则准备了PW150,这两款发动机都已经在美国国内的一些民用机型上实现了系统测试。莱康明公司为CH-47研制的T55涡轴发动机的改进型号也出现在候选名单上。鉴于MV-22B多次出现的机毁人亡事故,CH-53K项目负责人强调在动力系统的选择上将从成本、安全性指标以及实际使用性能等方面综合进行筛选。

CH-53K预计将引入当前逐渐成为主流的“玻璃化座舱”、整机电传操纵控制等技术。西科斯基公司目前正与英国宇航公司(BAE)展开S-92直升机以及UH-60M直升机电传操纵系统的研制,预计这一新技术也将在逐步的完善中应用于CH-53K。

CH-53K的机身部分气动外形和CH-53E相似,但是机舱要比后者宽半米左右,目的是为了更好地适应美国空军标准的436L集装箱的尺寸。这样,每架CH-53K可以完全将事先集装打包好的各种军需物资以集装箱模块的方式快速装机,运送至前线。

CH-53K的第一架原型机将是地面测试机,预计将在2010年9月底前后进行测试。首批的4架YCH-53K工程验证原型机将在2011年11月前后实现首飞。三架低速生产型将于2014~2016财政年度期间制造完毕,预期将在2015年成立首个CH-53K 飞行中队。在2017财政年度,CH-53K将进入每年24架的量产阶段,首批交付日期暂定2018年。到2021年,包括先前生产的四架工程验证原型机、一架地面测试原型机在内,总计156架CH-53K 将全部交付。到那个时候,最后一架CH-53E将功成名退。

2007年5月,西科斯基飞机公司已选定4家子承包商,向其为美海军研制的CH-53K重型直升机设计和制造主要的机体部分。此次组建的西科斯基机身制造小组是通过为期12个月的激烈竞争,细致评估选拔出来的。参与设计、制造的4家公司分别是:极光飞行科学公司、EDO公司、GKN航宇公司和Spirit航空系统公司。 本次对外承包项目主要工作包括:驾驶舱和机舱(Spirit公司负责)、后过渡段(GKN公司负责)、尾翼塔座和短翼(EDO公司负责)、主旋翼塔座(Aurora公司负责)。西科斯基公司将在机体完成制造后负责整体集成和试验工作。设计工作将在各子承包商场所与西科斯基公司重型直升机开发中心之间的合作环境下进行。将广泛选用复合材料和钛合金以提供卓越的抗疲劳性能和抗腐蚀性,并降低重量。新的制造工艺,如共固化、自动部件制造、超高速切削以及确定性装配(determinant assembly)将被采用以确保结构的经济可承受性。按照"系统开发与演示"(SDD)合同,西科斯基公司负责选择和管理分系统供应商。最近外包的项目其它分系统包括:发动机、电传操纵飞控系统和电源系统。预期在未来几个月将外包的其它主要分系统包括:辅助动力系统、起落架系统、液压系统、燃油系统和驱动系统。SDD合同旨在最终为美海军陆战队现役的CH-53E"超级种马"直升机提供156架替换用机CH-53K。CH-53K直升机将担负与前者相同的任务使命,只是其在高温高原环境条件下将拥有更大的有效载荷(载重24516千克飞行203千米)。CH-53K的最大起飞重量将从CH-53E的32915千克增加至38454千克。CH-53K的其它改进包括:联合互操作玻璃驾驶舱、电传操纵飞行控制系统、第四代桨叶、低维护弹性旋翼头、起飞重量提高、升级的发动机系统、货物锁定系统等。

2007年7月,通用电气(GE)公司将在2008年开始用于西科斯基CH-53K重型直升机的GE38-1B涡轴发动机的部件试验,这将导致2009年的首台发动机试验和2011年的飞行试验。通用电气公司正在按照一项合同研制功率为5600kW的GE38发动机,该合同包括为5架研制飞机使用的6台地面试验发动机、5000多试验小时和20台飞行试验发动机。GE38是建立在上世纪80年代运转的GE27和90年代撤消的洛克希德P-3海上巡逻机的T407涡桨发动机改型的基础上的。核心机适用于通用电气公司/霍尼韦尔公司的CFE738喷气公务机涡扇发动机。通用电气公司说,与装备现有的CH-53E的尺寸相似的T64发动机相比,GE38的功率大57%,耗油率低18%,零件数少60%。通用电气公司说,GE27 的总体结构、单元体结构和高压比单转子压气机空气动力学以及其冷却方案、润滑系统和支承方案都用于GE38。3级动力涡轮是根据T407设计的,第1级是气冷的,以提高耐久性和功率增长能力,并且是一个独立的封闭单元体,以防轴承和油槽污染。通用电气公司说,GE38采用新的三维气动设计、冷却方案和材料,使其功率比空气流量和油耗相当的T407提高约45%。热端的冷却设计可防沙堵塞,并采用改进的防腐和耐磨材料和涂层。叶片前缘设计得更坚固,以提高耐久性,压气机叶片采用现正用于T64的耐磨涂层。由于采用压气机整体叶盘、无螺栓转子和减少转子叶片和导向器数目的低稠度涡轮,零件数目减少了。全权数字发动机控制系统包括预诊断健康管理。装三台涡轮发动机的CH-53K将于2015年在美国海军陆战队投入使用。

2008年2月,诺·格公司被美海军航空系统司令部选中,为美海军CH-53K直升机编队开展APR-39雷达预警接收机(RWR)集成计划的第二阶段。雷达预警接收机是一种机载电子系统,用于探测所有雷达信号、判定威胁级别并随之采取对抗措施。根据价值1700万美元的合同条款,诺·格公司将集成APR-39雷达预警接收机现有产品中A(V)2 和B(V)2版本中的所有电子战(EW)能力—包括电子战控制器、集成界面以及多导弹和激光预警传感器,合并到现役的CH-53K直升机编队中。第二阶段计划也包括APR-39雷达预警接收机同每架直升机上的诺·格公司的定向红外对抗(DIRCM)系统的集成。

2008年6月25日,当前大型涡桨发动机市场两端各有一种发动机:欧洲涡桨国际公司通过其超过10000轴马力(7460kW)级别的TP400-6占据了高端,罗·罗公司通过6000轴马力的AE2100/1107家族占据了低端。未来一段时期内在这两极之间巨大的市场空白进行开发的时机已经成熟。首先向这一空白区域进发的是GE的7500轴马力GE38-1B发动机,该发动机于18个月前被美国海军选中,配装38.4吨的西科斯基CH-53K舰载运输直升机。GE终于首次透露了GE38研发项目的细节,并就重型涡轴/涡桨发动机市场提出了部分看法。GE涡轴/涡桨发动机业务副总裁及总经理Ed Birtwell,以公司现有配装西科斯基UH-60"黑鹰"通用直升机和波音AH-64"阿帕奇"攻击直升机的最大的3000轴马力T700发动机及其它发动机为基准,比较预测了新的GE38的市场潜力。他说:"我们希望该项目获得其他用途,以获得可以比肩T700的成功。"在这一预期下,新的重型直升机和中型固定翼运输机将在下一个十年出现。市场上也将出现类似CH53K的现有直升机升级版本,或是全新飞机。美国直升机协会执行理事Rhett Flater称:"我们对类似黑鹰这样的中级直升机需求始终强劲;另一方面,部分美国舰队及陆军的在阿富汗以及伊拉克经历证明需要能够运送更高载荷的直升机。"  GE的另一个选项是从罗·罗公司占据的重载市场夺取一定的份额。美国海军陆战队正研究用GE38-1B发动机替换贝尔-波音公司的MV-22"鱼鹰"倾转旋翼机现装的AE1107C发动机。陆战队官方已经就AE1107C发动机在伊拉克服役期间吸入沙尘在耐久性方面的影响表达了关切。罗·罗公司称:"AE1107C发动机压气机保护涂层在抵御沙尘侵蚀方面未能普遍发挥作用,但我们已经向客户描绘了一项即将开始使用评估的发动机涂层项目。"洛·马公司同样可能需要提升古老的C-130J大力神有效载荷,该机在竞争美国陆军未来战斗系统的载荷将从大约20吨增长至27吨。届时相对于AE2100GE38发动机将是一个有吸引力的选项。Birtwell拒绝评价GE38在CH-53K之外的特定用途,但清晰地描述了GE对于获取这些项目浓厚兴趣。"GE也就这一项目进行了投资,而不仅仅是政府出资。我们这样做的原因是,我们对这一动力级别大量其他用途非常清楚。"GE的竞争对手也非常清楚这一潜在的新市场。霍尼韦尔将为波音公司新型CH-47"支奴干"直升机制造5000轴马力的T55-GA-117发动机,并已开始为更为强劲的下一代机型55-L-71X展开宣传。

面对这样的竞争压力,GE暂不考虑未来其他装机对象,专注于准时为西科斯基CH-53K项目交付GE38-1B发动机。Birtwell称:"我们确实需要专注于这一特定需求,因为我们需要首先将该发动机弄好然后我们就可以去做其他的事。"6月,GE已完成发动机零件向供应链发图。经过这一内部里程碑意味着公司已经冻结了发动机部件设计,首台用于测试的发动机部件制造可以开始了。首次装配测试计划于6月进行,用以分析燃烧室。随后是2009年第一季度的第二次装配测试,以检查俯仰及偏航条件下发动机不同姿态下的润滑油系统。首次整机测试计划于明年上半年安装在GE的测试台架上进行。GE正为5架CH-53K原型机制造20台发动机,以支持其6000小时的飞行测试。GE38-1B发动机派生发展自上世纪80年代GE27"成熟技术验证发动机",该发动机曾提议用于后来被取消的洛克希德P-7巡逻机。GE38-1B基于同样的结构,但功率提高了20%,这是升级核心热端部分并重新设计功率涡轮的结果。最初GE准备为CH-53K提供现在装于CH-53E机队T64发动机的一个升级版本。但Birtwell称:"由于涉及的功率需求提升过大,已经超出了T64构型能够承受的范围。"

2008年7月,美国涡轴发动机制造商正在等待美国陆军授予的首份合同,以启动一项为其8年的竞争来替换已经服役47年之久的霍尼韦尔公司T55系列发动机。陆军的未来可承受涡轮发动机(Fate)计划的目标是用功率范围在4470-5215kW(6000-7000shp)的新型发动机替换T55,作为 CH-47"支奴干"的发展型或者后继旋翼飞机的动力装置。Fate的目标包括将耗油率降低35%,生产和维护成本都减少40%-45%,并将功重比提高 90%。陆军航空技术处希望尽快授予合同用于研发改进的涡轮技术,第二轮合同将集中在研发下一代压气机,然后将在2012财年启动为期4年的Fate技术验证机项目,到下一个十年末将有全新生产的发动机可用。通用电气、普·惠和霍尼韦尔公司已经确认参加Fate项目,而T406和AE1107C发动机的制造商罗·罗公司则拒绝对此发表意见。即使在陆军持续争论是启动全新的联合重型运输旋翼机还是投资以T55为动力的波音CH-47"支奴干"发展型号的同时,Fate项目仍将继续向前推进。发动机供应商对于支持Fate和"支奴干"发展型的态度仍然不明朗,而后者需要在4800shp的T55-GA-714基础上的进一步提高功率。霍尼韦尔已经准备好了功率为6500shp的T55-GA-715发动机的成套设计。

2010年2月美国海军2011财年的旋翼机预算经费需求已增长到50亿美元,而当年的航空装备采购总预算额为185亿美元。UH-1Y“休伊”和AH-1Z“眼镜蛇”是美国海军陆战队现役的通用直升机和武装直升机,两个型号间有84%的零件可以通用。2011财年的预算中,这两个型号共有31架直升机列入了预算,总额为9.855亿美元,包括AH-1Z“眼镜蛇”的2架新机采购、8架现役机的改型,UH-1Y“休伊”的18架新机制造和3架用于海外紧急行动(OCO)的新机,这3架直升机的总价为9200万美元。MH-60R(或称为Romeo)是目前海军最新的反潜/反舰攻击平台,于2009年8月开始部署。2011财年在MH-60R上的预算为11.6亿美元,包括24架新机采购和保证从2007~2011财年的5年期采购合同的执行。MH-60S(或称为Sierra)也在这份5年期的合同之中,海军要求以5.88亿美元的价格采购18架S型机。Sierra为多用途型,任务包括垂直补给、舰间运输、空中作战和搜索救援等。在近期和Romeo一起的部署使用过程中,这两个型号的表现类似于“猎手-杀手”小组。“有机空中反雷措施”也已作为Sierra的主要任务加入到其任务谱系中。2011财年将开始执行下一代Romeo和Sierra通用驾驶舱和任务系统的多年采购合同。第二代Romeo和Sierra多年期采购将于2012财年开始。美国海军陆战队的V-22倾转旋翼机采购需要28亿美元,包括35架飞行器的采购,其中30架MV-22和5架空军型CV-22。海军的采购需要22亿美元,空军则为4.067亿美元。采购内容为458架直升机,其中408架属于海军和海军陆战队。海军陆战队的重型直升机CH-53K项目需要为研究、开发、试验和评估(RDT&E)投入5.77亿美元,但对于2011财年RDT&E 的总需求177.5亿美元来说只是很小的一部分。CH-53K系统研制和验证的第六年工作将于2011财年继续进行。

2010年10月美国西科斯基飞机公司即将开始对CH-53K使用的系统进行测试,试验将在西科斯基公司新建的系统集成试验室(Systems Integration Lab,SIL)进行。CH-53K是西科斯基公司为海军陆战队研制的新一代重型直升机。SIL建于西科斯基公司位于斯特拉特福德的工厂内,面积约10000平方英尺(930平方米)。SIL分为5个实验室,分别用于测试航电、电气、电传飞控、液压飞控和发动机控制5个子系统。每个子系统均会在集成前进行独立的评估。实验室能够模拟在实际飞机上的系统集成,并可使飞行员进行模拟任务飞行,以便对一些定性的性能进行评估,如飞行员工作载荷及告警能力等,以及飞机的实际外观及感受。西科斯基公司于2006年4月5日获得一份价值30亿美元的系统开发及验证(SDD)合同,为海军陆战队CH-53E重型直升机研制替代机型。该项目包括了超过200架飞机的生产工作。目前,CH-53K项目正处于SDD阶段,西科斯基公司已经发布了99%的主要转包合同,总价值超过11亿美元。

2011年3月由于以色列空军的西科斯基C-53运输直升机在短期内没有候补机型,以空军决定利用残骸零件和堆积数年之久的废弃部件重建一架直升机。2010年7月,以色列一架CH-53在罗马尼亚坠毁,直接导致了重建直升机的需求。这架直升机当时正在进行联合演习,机上6名以色列机组人员和1名罗马尼亚观察员全部丧生。根据以色列《空军杂志》的报道,以空军第22维护部队将负责重建任务,重建直升机将按照2025年的标准进行现代化,将安装20个新系统,包括先进电子战装置和卫星通信设备等,提升其作战能力。此外,以色列打算采购西科斯基的下一代CH-53K,该机型由美国海军陆战队主持研制。

2011年4月美国政府问责办公室(GAO)在最近的一份报告中称:经历了初期的拖延后,CH-53K“超级种马”直升机项目重新步入正轨。 在这份本周发布的报告中,GAO表示:通过针对在系统开发初期所暴露难点的攻坚,CH-53K项目已经取得了进展。该项目在2010年7月进行了一次成功的关键设计评估,并已对项目未来风险采取了规避措施。

2014年5月,CH-53K正式亮相。

CH-53K

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