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欧美军用直升机技术发展研究

2012-09-16郑震山

直升机技术 2012年4期
关键词:航展军用直升机

徐 明,郑震山

(海军装备研究院航空所,上海 200436)

0 引言

从2004年上半年美国陆军宣布取消“科曼奇”武装直升机项目以来,世界主要军事强国的军用直升机研制进入了一个徘徊期。美国陆军直升机装备发展的指导思想从追求高技术高性能转变为发展低成本实用型直升机装备,美国海军直升机“减型增效”的装备发展转型也悄然展开。2009年以来,欧美等国的高速直升机试飞验证和先进无人直升机的研制步伐明显加快。在此背景下,第49届巴黎航展于2011年6月在巴黎北郊的布尔歇机场如期举行。

法国总统萨科齐在本届航展开幕式上发表主题讲演,强调航空航天产业是法国的战略核心。本届航展主题定为“创新与环保”,为了更好地突出这一主题,主办方特别邀请了刚刚试飞成功的世界最大的太阳能飞机——瑞士制造的“太阳驱动”号和其设计团队前来参展。在本届航展上,来自世界48个国家的2100多家参展商展出飞机142架,其中42架飞机参加飞行表演。除新型民用客机、大型运输机以及先进战斗机参展外,欧美主要航空公司还展出了多型直升机、无人机、水上飞机等。法国的“阵风”战斗机与其竞争对手“台风”战斗机和F-16战斗机通过精彩的空中飞行表演展开了激烈的竞争。

欧直公司X3复合构型直升机的飞行表演和美军C-5“银河”飞机的庞大身躯给观众留下了深刻印象。X3复合构型直升机是欧直公司的最新产品,结合了直升机的垂直起降能力及固定翼机的高速巡航能力,使其最高时速比一般直升机的最大平飞速度提高近50%。而“银河”是美国最大的重型战略轰炸机,可以运输美陆军师所配备的97%的各类武器装备。该机最大起飞重量378吨,有近120吨的载重量。该机最与众不同的特点是它的“免装卸能力”,装甲车能够由C-5“银河”的尾部开进货舱,并从位于驾驶舱下方的前舱门驶出。

1 欧美军用直升机的发展趋势和技术特点

本次航展虽然各型直升机的展品只占全部展品的五分之一左右,但西方主要直升机研制厂商都展出了各自的主力军用直升机产品。综合来看,欧美军用直升机的发展趋势和技术特点有三点。

1.1 复合构型的高速直升机正在加速试飞和验证

虽说巴黎航展是飞机制造商的盛会,但欧洲直升机公司研制的X3复合构型直升机样机,无疑是本届巴黎航展几个最耀眼的明星之一,每天都把许多参观者的注意力吸引到了自己身上。首次亮相巴黎航展的这种型号的直升机是一种复合式构型直升机,机身两侧各带有一个小短翼,每个短翼上都安装有一个台型螺旋桨发动机。观众在航展现场内外,都可以看见这种新构型直升机进行低空盘旋飞行表演。

据了解,X3利用了“海豚”直升机的机体,配备两台涡轴式发动机,旋翼为5片桨叶,在两侧短翼上各装一副推进螺旋桨。X3将直升机的垂直起降能力和固定翼飞机的高巡航速度有机地结合起来。欧直公司于2010年9月开始试飞,X3展示出惊人的爬升和下降速度及出色的机动性,2011年5月12日,X3验证机在稳定水平飞行时达到了每小时430千米。据试飞员讲,X3的飞行特性与目前最好的直升机相当,且振动水平很低。

近年来,美国西科斯基飞机公司也研制出了自己的高速直升机样机X2。它靠一副共轴反转旋翼和一个后置推进螺旋桨实现飞行与控制,其最大飞行速度达到每小时460千米,是目前世界上飞行速度最快的直升机。据报道,俄罗斯直升机公司下属的米里设计局和卡莫夫设计局将从俄罗斯政府获得36亿卢布(13亿美元),用于高速直升机研究。卡莫夫的卡-92概念方案与西科斯基的X2基本相同,采用共轴反转旋翼和单一尾部推进器。米里设计局的米-X1概念方案则使用了单一旋翼和可产生矢量推力的尾部推进器。但俄罗斯的两款高速直升机方案目前均无试飞报道。

图1 欧洲直升机公司的X3高速直升机

图2 西科斯基公司的X2高速直升机

1.2 垂直起降的无人飞行器已经走向实用

本届航展的另一大亮点,就是无人机技术以前所未有的发展态势席卷各大参展商,从昆虫大小的微型无人机到翼展堪比波音-747的大型无人机,可以看出世界无人机市场正在走向繁荣。在此,仅就参展的部分旋翼类无人机进行分析。EADS展出了F-WDKE无人机(见图3)。该机属于小型单旋翼,具有一定隐身能力的垂直起降无人机。

以色列IAI公司展示了几款新型无人机,其中一款造型独特,该机由四个圆形动力系统组成,机腹下装有一个监视装置(见图4)。该无人飞行器可以完成悬停以及任意方向飞行。奥地利展出的S-100垂直起降无人机也引来众多关注,该飞行器开创了百年巴黎航展无人机飞行表演的第一次,也从一个侧面反映了该型无人机的技术先进和性能可靠。

图3 EADS提供的F-WDKE无人机

图4 以色列展出的怪异无人机

在世界所有垂直起降无人机中,明星当属美国诺斯罗普·格鲁曼公司的“火力侦察兵”RQ-8A无人直升机以及后续发展型。该机最大起飞重量1200千克,最大平飞速度230千米/小时,满油时任务载荷不到100千克。之后,该机由RQ-8A改进到RQ-8B,再发展到多功能的MQ-8B(任务载荷超过300千克),曾以海军型和陆军型两种型号同时发展。

据英国《国际飞行》2012年4月24日报道,美国海军于4月23日宣布,授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份价值约2.62亿美元的合同,为其研制新改型MQ-8C。MQ-8C将保留MQ-8B的部分航电和数据链系统,将机体换为更大的贝尔407平台,其最大起飞重量将达2.3吨左右,显著提高其航程、航时和任务载重。海军发布的合同中要求诺·格公司在26个月内研制2架样机,并进行飞行试验,此外还包括6架低速预生产型机。

1.3 现役军用直升机在不断改进并拓展功能

在此次巴黎航展中,除了复合构型直升机的飞行表演吸引观众眼球,各型无人直升机琳琅满目外,美国和欧洲军方还展出了多型武装直升机以及运输直升机,许多直升机公司也展出了若干大、中、小型民用直升机。其中两款直升机在一定程度上代表了世界直升机强国对现役军用直升机不断改进和功能拓展的发展趋势。现将有关情况以及技术特点分析如下:

1)Bell407民用直升机的武装型

Bell407直升机因为其具有机身小巧、飞行灵活的特点,特别适合执行公务、医疗急救、航拍等任务。Bell407民用直升机最大起飞重量2270千克,座位数7个,巡航速度 250千米/小时,航程 675千米,单机价格约330万美元。

美国贝尔直升机公司在2011年直升机航展(Heli-Expo 2011)上正式公布了其民用直升机Bell407的武装改型Bell407AH,该型号主要面对空中执法和国土安全保障市场。407AH是Bell公司开发轻型单发武装型直升机的又一次尝试。美国陆军曾选择在Bell407的基础上研制的ARH-70作为其武装侦察直升机[1]。Bell407AH安装的武器包括7.62毫米机载机枪和2.75英寸火箭发射器,其他可选的部件包括箔条/曳光弹发射器、滑动舱门、货物吊钩和座椅装甲。新的407AH型是贝尔公司首次将取证通过的武装型直升机投入商业市场。

图5 武装型Bell407

图6 可空中受油的EC725

2)EC725多用途军用直升机

在巴黎航展中,EC725中型军用直升机吸引了大批观众驻足观看。EC725多用途直升机是“美洲豹”系列直升机的新成员,旨在执行包括作战搜寻与救援(CSAR)、远距离战术运输、后勤支援以及其他特殊任务。与“美洲狮”MK2+直升机相比,该机装有两台功率更大的涡轮发动机,最大起飞重量达到11.2吨。该机机身下部前后有4个应急浮囊用于海上迫降。为提高飞行速度,起落架可半收入机身下部。该机安装有舱门机枪,可携带火箭弹。最为特殊的是该机机头右下方安装有空中受油管,可在飞行中进行加油。

法国空军是EC725直升机的发起用户,已经装备了6架用于执行CSAR任务。法国陆军也装备了8架EC725用于执行特种作战任务。法国国防部2008年12月又增订5架EC725直升机,计划于2012年底交付完毕。2008年9月,欧直公司还赢得了马来西亚空军12架EC725直升机的合约。

与此同时,欧洲直升机公司在“美洲豹”直升机的基础上发展11吨级民用直升机EC225,该机采用了EC725军用直升机的主要技术特征和设计理念。EC225的旋翼为5片桨叶、球柔性桨毂,改善了升力性能和可靠性,先进的翼型也使机身的振动值更低。第一架EC225直升机已于2004年12月交付阿尔及利亚政府。由于EC225的飞行性能优异,操纵性好,系统可靠性高,日本政府在2005年初购买EC225直升机,用于日本天皇和VIP宾客运送,年底日本海岸警卫队又购买2架用于海上搜索和救援。据悉,近年来我国交通部也采购了4~6架EC225民用直升机用于海上搜索与救援。

由此可见,军用直升机与民用直升机装备技术可以相结合,并取得良好的效果。

2 军用直升机在海上多样化军事行动中的作用

1995年6月美军《非战争军事行动联合纲要》的出台,标志着美军的多样化军事行动理论进入了成熟发展的阶段。美军2006年版《联合作战纲要》取消了战争行动与非战争行动的界限,明确终止了“非战争军事行动”这一提法。2008年版美军《联合作战纲要》提出:整个美军应实施三类多样化军事行动:第一类是军事接触、安全合作、威慑行动,第二类是危机反应和有限应急行动,第三类是必要时的大规模军事行动和战役。美国海军不但可以参加大规模作战行动,还可参与和平时期几乎所有的军事行动,其主要作战样式有:前沿存在、海上威慑、制裁与海上拦截、确保海上航运与飞行自由、海上反毒品、海上反恐等[2]。

进入21世纪,我国的经济利益和安全利益在海洋空间逐步拓展。国家利益的拓展,对海军战略运用提出了新的需求,主要表现在两个方面:一是海军近海防御战略原来确定的防御范围已经不能完全适应国家利益拓展的需求,必须调整到既有近海海域又包括特定的远海海域的防御范围;二是海军兵力运用上,要在重视战争运用的同时,特别关注非战争运用,如海上军事存在与威慑、海上补给与日常勤务、海上救援等多样化军事任务,以逐步建立有效维护国家根本利益的海上安全体系。

与此同时,海军除承担繁重的近海非战争军事任务外,远海非战争军事任务如护航与打击海盗、海上救援与撤侨、海上联合军演等数量日益增加,对海军装备建设与发展提出了新的更高的要求[3]。据报道,海军舰艇编队赴索马里、亚丁湾海域的护航行动从2008年底开始已经历时3年零8个月,海军共派出12批护航舰艇编队,每批编队在海上执行任务时间达4到5个月。主要装备包括驱逐舰、护卫舰、综合补给船、登陆舰等二十余艘,以及卡-27、直8、直9二十多架。大型水面舰艇执行任务的时间更长,如“微山湖”综合补给舰连续执行第1批和第2批护航任务,时间长达8个多月,创造了中国海军多个第一。繁重的远海多样化军事任务,对海军舰载直升机装备也提出了更高的要求。

军用直升机在海上多样化军事行动中可承担的任务主要有:在战时,执行搜/攻潜、反舰/目标指示、海上搜救、垂直补给等,提高水面舰艇编队的综合作战能力;在平时,执行护航、巡逻、监视、驱赶、侦察/查证、人员/物资运送等,提高各类水面船只海上执法的能力和效率。而军用直升机在平时的使用频度和效益要明显高于战斗机、导弹等高精尖武器。

2012年4、5月份,我国“渔政310”渔政执法船去黄岩岛海域巡逻执法,由于未携带直升机,虽然有GPS定位,但仍然花了较长时间才找到真正的黄岩岛(露出水面仅1.5米,面积2~3平米)[4]。据了解,该船设有直升机起降平台和机库,配有宽带卫星通讯系统、光学跟踪仪取证系统等,还设有海上红外成像仪和彩色鱼探仪等特种设备,是中国渔政系统船舶中总体性能最先进、特种设备配备最齐全的渔政船。但不知“渔政310”为什么没有携带直升机去巡逻执法,是用不起还是不会用呢?实际上,除了人员和物资运输外,中小型无人直升机完全可以执行海上监视、侦察和查证等任务,大幅度降低使用有人驾驶直升机的费用和风险,用较小的代价提高我国渔政或海监船执行任务的效率。

3 几点启示

两年一次的巴黎航展是世界主要军事国家航空产品展示和飞行表演的盛会,从一个侧面也反映出世界军用直升机的先进技术和发展趋势。通过分析美国、法国、俄罗斯等国家军用直升机的装备现状和技术特点,可以得出以下几点启示:

1)采用军民融合式发展模式,降低军用直升机的使用维护成本。

多年来,美国投入大量经费研制并装备众多武装直升机,但随着先进军用直升机采购价格和使用成本的飙升,美军方也感到资金缺口在加大。因此,近年来美军开始提出充分利用民用直升机成熟技术,研制低成本的军用直升机。将民用直升机Bell407改装为武装型就是一个典型的实例。众所周知,一般直升机军用型和民用型的旋翼系统、动力系统、传动系统、机身结构、振动与噪声控制等技术,具有广泛的通用性。中低端军用直升机与民用直升机的技术通用性可达85%以上,高端军用直升机(具有高机动性的武装直升机)与同吨位的民用直升机也有约60%的通用技术。特别是取得适航证的民用直升机,其主要部件具有寿命长、可靠性高、安全性好、维修方便等优点,由此发展军用直升机可大幅降低装备的采购成本和使用保障费用。这一点值得我国直升机界认真研究和充分借鉴。

2)加快新构型直升机的研制,抢占垂直起降飞行器的制高点。

在持续开发和改进常规布局直升机技术的同时,西方军事强国仍然在不断探索先进构型垂直起降飞行器,美国的X2和法国的X3都已经取得了重大突破。俄罗斯卡莫夫设计局近年来也提出了时速达450千米的高速直升机概念方案,并认为若采用喷气发动机推进,飞行速度还可以大幅度提高。很明显,世界军事强国都在加快新构型直升机的研制,以期抢占垂直起降飞行器技术的制高点。考虑到我国直升机技术储备较薄弱,笔者认为,相关研究机构应该根据自己的技术基础,适当开展新构型直升机的探索:高等院校可多开展一些新概念飞行器研究,研制小尺度的原理样机进行试验试飞;而有实力的研究所和厂商应瞄准一个重点方向,研制大尺度或全尺寸原理样机,对新构型直升机进行深度探索。

3)大力发展各型无人直升机,拓展中小型直升机的应用范围。

随着电子技术、控制技术、计算机技术的发展,无人直升机的研制难度和门槛在降低,而国内正在开展小型无人直升机研制的单位较多,积极性也很高。上级主管部门应加强引导,研制单位应加大研制生产力度,全面推进小型无人直升机工程化和产业化的步伐。通过不断试验和试用,发现问题并及时改进,降低使用门槛和保障难度,争取三到五年内有一批中型(200~500千克)无人直升机装备我国渔政执法、海洋执法船队以及边界巡逻部队。从近期的周边形势来看,我国近海海域的形势比远海更严峻,近海的海洋权益也比远海要大得多。因此,大力发展无人直升机等垂直起降飞行器,一方面可以解决海军以及准军事部门的当前急需,另一方面也可以缩短与发达国家在直升机气动总体设计、结构与系统制造、试验测试等技术方面的差距。总之,加快发展各型无人直升机,可以降低直升机的使用门槛,拓展军用直升机的应用范围,有效提升我海上力量在近海和专属经济区内巡逻与执法的能力。

[1]徐明,常斌.美军用直升机装备转型的主要特点与启示[J].论证与研究,2009(2).

[2]伍其荣.浅析美国海军多样化军事行动的理论与实践[J].海军杂志,2009(8).

[3]幺志楼.远海护航的常态化准备[J].海军杂志,2010(1).

[4]郑 蔚,赵征南.五星红旗插上黄岩岛[Z].文汇报,第7版,2012-5-17.

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