期刊>2019年第6期>综述>美国新重型直升机CH-53K接近形成初始作战能力

美国新重型直升机CH-53K接近形成初始作战能力

U.S Marine’s New Heavy Lift Helicopter CH-53K Approaching IOC

李明     2019年12月18日

收藏

2019-6-6-1.jpg

 CH-53K重型直升机


 

CH-53K基本情况及发展历程


美国当前主要有3种重型军用直升机,分别是陆军的CH-47支奴干、海军/海军陆战队的CH-53E“超级种马”和V-22“鱼鹰”。其中,CH-53E机队在伊拉克、阿富汗战争中损耗严重,后续将面临大批的停飞或退役,但海军陆战队却向舰上对陆地的机动运输能力提出了更高需求,新直升机相比CH-53E的运输能力要提高一倍以上。为不额外增加后勤保障压力,同时能适应舰载需求,美国海军分析中心和兰德公司分别进行了新直升机方案的评估。


美国海军分析中心在对海军陆战队兵力结构、各直升机数量及运输能力比较分析后发现,V-22与重型直升机协同作战更能发挥整体优势,若以CH-53K取代CH-53E会是最好的选择。兰德公司对CH-53K、单旋翼与纵列式旋翼两种新型常规构型、无尾桨的共轴“空中吊车”直升机、桨尖安装小型发动机的桨尖喷气直升机、带升力风扇的复合直升机、4旋翼倾转旋翼机等7种方案,进行了包括技术、生存性及可生产性等方面的全面、综合评估。评估发现所有方案的费用都很高,且需要多年的研发时间,而以CH-53E为基础改进改型的CH-53K是满足未来重型运输直升机需求的最佳选择。


美国海军陆战队于21世纪初启动了CH-53K的研发工作,原计划在2015年形成初始作战能力(IOC)被推迟到2019年12月,但受高温燃气吸入、尾桁尾桨结构、主旋翼阻尼器过热、燃油系统异常等问题影响,该时间将继续被推迟。


2019-6-6-2.jpg

 CH-53项目发展历程


CH-53K在2015年首飞,2018年首架交付美国海军陆战队。2017年进入低速率初始生产(LRIP),第一批次生产2架、第二批次生产6架,第三批次生产8架,第四批次生产13架。预计在2021年年初进行初始作战测试和评估(IOT&E),2023—2024年开始部署。按当前计划,CH-53K订单总量200架,约277亿美元,于2020年开始批量交付,持续生产到2028年。


由于具有超强的环境适应能力、强大的运输能力及一定的抗损伤能力,CH-53K届时将担负起多种运输、突击支援等任务,对海军陆战队的作战能力形成阶跃式提升。

 

CH-53K装备能力及技术特点分析


CH-53K是美国最大最重的军用直升机,航程、有效载荷、生存能力、可靠性、成本等性能指标都较现役CH-53E有大幅提升。最大起飞质量高达39.9t,巡航速度为315km/h;单点挂钩的额定载荷为16.3t,双点挂钩最多可承载11.4t。特别是在海军高温/炎热环境下,能在204km的任务半径内,承担约12t的外部负载,该项能力是CH-53E的3倍。


CH-53K性能及结构参数表

2019-6-6-4.jpg


突出的运输能力,使其可执行以下多种任务:第一,重型运输任务,包括武器、装备、物资、人员等突击运输;第二,支撑前方弹药与燃料补给和快速地面加油;第三,对撤退和海军特殊军事活动的突击支援;第四,医疗后送;第五,坠机、装备及人员的回收;第六,突击支援的空中控制。


利用其强大的装载和吊运能力,CH-53K可以与高速、远航程的倾转旋翼机V-22形成优势互补;CH-53K还可以像CH-53E一样,改装成反潜、搜救、扫雷直升机及特种作战直升机,具备更大的控制范围和作战潜力。


这些突出能力的形成,一方面由于CH-53K延续了CH-53E的经典布局,设计之初就考虑了其使用需求及CH-53系列多年的使用经验;另一方面,除先进动力系统外,还综合集成旋翼系统、复合材料机体等多种先进技术,其中电子及飞控系统等还考虑了未来的软件升级。


2019-6-6-3.jpg

 CH-53K技术特点


旋翼系统:第四代复合材料旋翼桨叶及先进的叶型、后掠的桨尖、加宽的桨叶等优化设计提高了悬停和前飞性能;可自动折叠,适应舰载需求;弹性、低维护需求的主旋翼桨毂;全新叶型尾桨。


力矩分流式减速器:3个功率输入模块,通过4个驱动轴分流后输出给主旋翼驱动齿轮,具备30min干运转能力。


电传飞控系统:光电系统取代复杂、笨重的液压机械系统,具有先进的增稳和飞行控制模式,降低飞行员负担。


综合飞行器健康监测系统:具有诊断功能,可检测轴平衡、旋翼平衡、旋翼轨迹和平衡以及尾桨平衡。


复合材料机体:轻质、坚固,减轻质量,提高载重能力。


数字化座舱:具备联合交互操作功能,提高人机功效。


全数字化设计:降低研发成本,优化设计方案。


先进技术在提升CH-53K运载能力的同时,还将大大提高可靠性、维修性、协同作战能力,同时降低全生命期成本,使之成为好用、用得起的先进装备。

 

先进动力系统发展及特点分析


动力系统能力提升,是CH-53K性能发生飞跃的核心因素。2006年,针对CH-53K的需求,GE公司正式开始研发T408,内部编号GE38-1B。


2019-6-6-5.jpg

T408发动机发展历程


CH-53K选用了3台T408涡轴发动机,单台额定功率为5600kW(地面测试最高达6200kW),相比CH-53E采用的T64发动机,其功率增加了57%,单位燃油效率提升了18%,但零件数减少了63%。


T408系统及性能参数表

2019-6-6-6.jpg


T408是在GE27先进技术验证机、T407涡桨发动机的基础上发展而来,借鉴了GE27核心机的总体结构、单元体结构、高压比单转子压气机及其冷却方案、润滑系统和支承方案;还参考了T407的3级动力涡轮,其中气冷的第一级涡轮可提高耐久性和功率增长能力,并有一个独立的封闭模块以防止轴承和油槽受污染。


2019-6-6-7.jpg

T408发动机


T408还融合了一系列新技术,包括新的三维气动设计、冷却方案和先进材料,与T407相比,同等进口气流和燃油消耗下,功率提高约45%。热端部件的冷却设计可防沙粒堵塞,并采用改进的材料和涂层,以防冲蚀和腐蚀。压气机叶片前缘设计得更坚固,以提高耐久性;同时采用T64发动机的抗蚀涂层。由于采用了整体叶盘压气机、无螺栓转子、低稠度/高功率涡轮及空心管路附件系统,从而减少了发动机零件数。


针对特定作战环境设计的T408,已完成超过6000h包括飞行试验在内的各种试验,验证了其出色抗风沙侵蚀和盐水腐蚀能力以及强耐久性,能够理想地在海军陆战队严酷的作战环境下使用。由于耗油率较低,T408还能显著降低CH-53K的使用成本。

 

结束语


CH-53新型重型直升机经过近15年的发展,性能超过预期。虽然发展中遇到不少技术问题,但这也是新机研发必经的坎坷。CH-53服役后,将大大提升海军陆战队的登陆作战和垂直突击能力,观其研发历程,有以下初步认识。


首先,需求明确是前提。根据长期的实战经验,经历了伊拉克战争的损耗,同时考虑美军未来会频繁介入局部战争、海军陆战队将承担大量地面战斗任务的特点,急需补充、加强重型运输直升机,以提高快速机动的运载能力;同时需要提高维修性、可靠性,降低使用成本。发展之初,新型直升机的定位清楚、需求明确,为后续的方案选型、主要参数等关键决策的确定奠定了基础。


其次,融合新技术,继承性发展。根据任务需求,在对7种方案全面综合评估后,发现将CH-53E改型发展的CH-53K是最佳选择。一方面是由于CH-53系列直升机已服役50多年,其总体布局经历了实战的考验,延续改进了舰载兼容性;另一方面是改型的技术难度相对低,相应的费用和风险也较低,能够较迅速形成作战能力。在发展中,CH-53K融合了新设计、新材料等大量新技术,例如旋翼桨叶、复合材料机体等;或借鉴了已有的成熟先进技术,例如来自RAH-66科曼奇的分流减速器;这些新技术的融合,是CH-53K能力的重要保障。


最后,动力是核心能力。“一代动力、一代装备”,CH-53K区别于其他CH-53直升机的关键是前者采用了全新的动力,相比同量级的其他发动机,T408针对实战经验、严酷使用环境进行了优化设计,其功率更大、结构更简单、更省油、更能抗沙粒侵蚀、更耐用。5600kW的额定功率使T408成为美国功率最大的涡轴发动机,仅次于乌克兰的D-136涡轴发动机,强劲的动力使两者配装的米-26、CH-53K分别成为运载能力世界第一、第二的直升机。但米-26采用的D-136发动机为20世纪70年代研制,T408较其而言,最大热效率提高了7.4%,起飞耗油率降低了6.9%,综合性能更优。  


(李明,中国航发研究院,高级工程师,主要从事航空发动机发展战略与科技情报研究)

标签: CH-53K
登录注册 发表评论
相关文章
往期期刊
关于我们

《航空动力》期刊由中国航空发动机集团有限公司主管、中国航空发动机研究院主办,《航空动力》编辑部出版。国内统一连续出版物号为 CN10-1570/V;国际标准连续出版物号为 ISSN 2096-5702;邮发代号为82-467;广告发布登记号为京顺工商广告登字20190001号 。


办刊宗旨

关注世界航空发动机前沿动态,反映国内外航空发动机管理与技术创新成果,传播航空发动机知识与文化,促进我国航空发动机自主创新能力的提升。


栏目设置

《航空动力》设有专稿、综述、技术、管理、市场、维修、动态等主要栏目,每期还围绕航空发动机及燃气轮机在技术、管理等方面的新理论和新方法策划相应的专题。


服务对象

《航空动力》面向航空发动机及燃气轮机领域的决策、管理、科研、生产、使用、维护的专业人士,高校师生,以及关注航空发动机及燃气轮机事业发展的热心人士。



文章要求

《航空动力》所刊登的文章密切跟踪世界航空动力、燃气轮机领域的最新科技动态,准确把握发展规律,权威预测发展趋势,及时展示创新成果,为科研和管理工作提供支撑。


投稿方式

以Word文件格式,发送至:

tg@aerospacepower.cn
请在邮件主题中注明:

《航空动力》投稿+作者姓名+联系电话


联系方式

地址:北京市顺义区顺兴路21号
邮编:101304
电话:010-56680887
网址:http://www.aerospacepower.cn

版权声明

本刊享有以数字化方式复制、汇编、发行并由互联网传播所刊载文章的权利,相关著作权使用费均包含在本刊一次性支付的稿酬中。作者向本刊投稿,即视为同意我刊上述声明。如有特殊要求,请在投稿时声明。未经本刊书面授权擅自使用上述版权作品之个人、机构或媒体,均属侵犯本刊合法权益,本刊保留依法追究的权利。

ICP备案/许可证编号:京ICP备18031095号

《航空动力》编辑部 版权所有

读者登录
密码找回
  • 填写用户名

  • 验证身份

  • 设置新密码

  • 完成

  • 用户名:
    赵*封
  • 以验证手机:
    135*****888
  • 短信验证码:
  • 请输入新密码:
  • 再输入一遍:
已完成
读者注册
  • *用户名:
  • *密码:
  • *电子邮箱:
  • *手机号码:
  • *手机验证码:
  • 关注领域: