超级军网【认知与探讨】关于直升机重量的一些个人看法
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 16:57:42
[认知与探讨]关于直升机重量的一些个人看法
前一段时间关于直20选择什么样的构型方面有很多热闹的讨论，但这些讨论中很多讨论其实并不深入，其中对直升机个各种重量尤其是实际运行中的重量大家讨论并不多，这里把收集到的一些数据和大家分享一下，在此基础上做些探讨。下面只是个人看法，未必对，供参考。
一、关于最大起飞重量和任务重量
大家通常说直升机是10吨级，这是一个粗略的划分方法，而这个10吨级别给大家一个印象似乎这些直升机总是以10吨左右的起飞重量在工作，实际上在直升机的使用中有个所谓任务空重的说法，其实说白了就是在一定载荷下具有希望的飞行机动性能，而最大起飞重量则不满足这个要求。具体情况可见美国陆军队黑鹰研制时的要求的情况以及黑鹰初始达到和实现的情况。
（下面内容来自张明德的文章）
从上面图中可以看出，美国陆军在提出针通用战术运输直升机时，要求的载荷是1.198公斤和3名机组成员（正副驾驶和一个机枪手），在一定的燃油和发动机功率下，能在1220米高度35℃下能够有2.3-2.8/S的爬升速度，而满足这个要求下的重量就是任务载重，陆军要求的任务重量是16540磅，合7503公斤，黑鹰达到满足性能要求的重量是7462公斤，而当时的黑鹰(UH-60A）的最大起飞重量已经超过9吨。这说明一点，就是直升机工作时通常不会以最大起飞重量工作，而是受到各种要求情况下要比最大起飞重量更低的重量起飞，而在这个任务重量下，10吨直升机的实际运输能力在扣除燃油后也就是1吨多点重量。
无独有偶，实际NH90也有这样的任务重量。
（下面数据来自《直升机技术》杂志1995年文章，与NH90当前实际数据会有一定差异）
根据上面NH90的任务重量减去空机重量，可以得出包括任务载荷约为2.7-3.3吨，而这个任务载荷是包含燃油的，NH90的油箱载油最多能够到2吨左右，如果燃油是2吨，那么载荷能力就是700-1300公斤，当然可以减少燃油换取更多的载货或人员能力，只是航程会有缩减。
实际上黑鹰后来由于各种设备的增加和从70年代到2000年前后士兵装备的变化带来了任务载荷的增加，所以相应的任务重量也节节攀升，具体情况见下：
（下面数据来自张明德文章）
（注意下表来自《黑鹰之路》的书，其作者为黑鹰的项目经理，后来此人成为西科斯基的主管研发的副总裁。另外注意数据和张明德文章有差异）
通过上面数据可以看出，直升机并不会总以最大起飞重量工作，大多数时候实际载荷能力比以最大起飞重量算出来的要低。
二、高原对载重能力的影响
高原空气稀薄会让发动机功率下降而旋翼升力下降，其总的载荷能力是在下降的。不过这个高原载荷能力数据不好找，后来找到卡曼公司的K-MAX起重直升机的数据，里面有各种高度载荷能力的数据，数据如下：
（数据来源卡曼公司的K-MAX宣传手册）：
从上面数值可以看出，海拔4500多米时直升机的最大起飞重量是在降低的，单纯从K-MAX直升机来说，起飞总重降低的比例是大约是14%，而载荷能力降低大约27%。需要指出的是，K-MAX就是单独为吊运而生产的直升机，只有一个驾驶员，没有内部座舱，其结构重量远比运输直升机要小。如果我们把这个14%的降低幅度带入到10吨级别的直升机中，那么10吨的最大起飞重量到高原只有8.4吨了，然后再结合前面任务重量的要求，其高原任务载荷能力会比海平面会更低。
当然上面只是粗略的看，实际上高原对任务要求不会像海平面那样去要求，譬如在海平面带多大重量还能具有什么样的机动性，到高原还是能做同样的要求，高原肯定要对爬升等性能也提要求，但应该相比海平面有所降低。
另外，高原对发动机特性要求也比较特殊，就是发动机性能随着高度增加输出功率降低较小，这对高原性能提升和载荷能力是有帮助的。
三、关于重量变化对性能的影响
前面看任务重量对重量变化对性能影响大家可能感受不深，这里请大家注意前面UH-60A在生成初期任务重量从7462公斤增加到7622公斤时的爬升率的变化，可以看出重量增加了160公斤后爬升率竟然从每分钟超过1000英尺降低到每分钟390英尺，爬升率只有原来的40%不到，这又是为何？
实际上这与直升机的特点有关，直升机是完全靠旋翼提供升力的，而爬升率则是旋翼提供升力中减去直升机重量后用剩下的升力来进行爬升，当任务重量增加而总的升力不增加时，能够提供给爬升用的升力进一步减小，而需要拉动的重量在进一步提高，其结果就是分子减小分母增大，重量增加对性能的影响是双向减退，爬升率降低得就非常明显。
另外还有一个情况是直升机的旋翼翼稍是有速度限制，翼稍速度不能超音速，接近音速都会使得旋翼上受音障的影响而载荷增加，噪音增大，所以提高发动机功率对载荷能力提升有帮助，但只提高发动机功率也不行，还需要考虑更换升力更大的旋翼（譬如让旋翼的弦长增加，也就是旋翼更宽，或者增加旋翼长度）。
四、关于直20的选择
关于直20的选择其实应该是个综合原因，但高原性能是肯定要的，这里再谈谈个人认为的理由：
就我们国家未来可能的边境冲突而言，主要就是青藏高原，因为和印度有领土争端，而且印度在1962年战败后还侵占了我们大片领土，尤其是所谓麦克马洪线的东段。这个东段之所以被占不少，与当时的政策、后来的国内政经发展有关，也与现实中我们缺少长期的军事防御补给有关。我们知道现代战争中作战武器的作用越来越大，而现代作战武器非常依赖后勤，而在麦克马洪线线东段印度的后勤补给非常方便，我们的后勤补给则要翻越喜马拉雅山，并且是地质和气象环境非常恶劣的地段：地震、泥石流、暴雪暴雨等。国内自上世纪70年代开始孜孜不倦的希望打通墨脱公路就是个鲜明的例证：70年代时开始修，技术装备和科研都不到位，路边修边被各种自然灾害损毁，后来泥石流把推土机和人员都推走，不得已放弃；后来又尝试，又放弃，直到2000年后大约2003年到2010年经过卫星照片判断自然灾害和现场多年的技术考察后，到现在才季节性开通，而且还不是什么车都能到，很多地方是单行线，由此可见情况之恶劣。当然这里说的墨脱是个特殊情况，但有时候战争会比这个更严峻，自然灾害已经让我们数十年努力才有当前季节性开通的成果，而一颗炸弹就完全把这个成果毁掉，在自然环境恶劣的地方扔下炸弹会引发自然灾害造成更大破坏。
对于中国军队而言，面临麦克马洪线东段这种可能的冲突一定是要有合适的武器装备，而这个武器装备必须得飞跃喜马拉雅山，就是必须有足够好的高原性能。现在我们手头的黑鹰和米171都是从国外购买的，而中国人过去的经验教训是外购的武器总会受到别人的限制，黑鹰就碰到这种情况，而米171的提供者俄罗斯也不见得会和我们利益一致，上世纪60年代中印冲突时苏联并没有支持我们，所以一定要有自己的东西。而目前研制的直升机中，直20就是这个填补空白的直升机。
对于直20选择当前的不带尾门的构型很多人有不同看法，我也发过一些帖子谈自己的个人观点。在这个帖子里，我们可以看到任务重量与最大起飞重量的差异，可以看到高原对性能降低的影响，也能够看到重量增加对性能下降的影响，可以说在特定环境下重量的变化对满足作战要求是多么重要，即便是像黑鹰UH-60A的生产初期到后期只有160公斤的任务重量增加都使得性能难以满足要求，我们也更能理解1984-1985年购买黑鹰前所提的3个6在当年的确不容易达到。
对于舱内运输和吊运，可以说舱内运输自然有其好处，但吊运恰恰是直升机的特点和优势，对于吊运《直升机设计手册》上是这样讲的：
从上面可以看出，吊运的确有吊运的好处。
那么对于藏南来说本身就是一个崇山峻岭间少有道路的地方，到目前不少地方还是靠人抗马托来运输，而战时道路一定会被毁，车辆只能发挥有限作用。而作战通常希望占据制高点，藏南的崇山峻岭的制高点很多到现在都没有路修通，作战时更不可能修通，所以相当多的武器需要吊运方式来进行，另外制高点往往地方狭小缺少直升机降落地点，需要索吊或悬空运输，而能够降落则需要起落架系统对场地适应能力强，这里对场地适应能力中前三点是有不利的地方，《直升机设计手册》上这样论述前三点起落架对重心的限制：
当然也不否认有尾门的好处，在当前我们能够获得的动力系统、旋翼系统等情况下如果可以很好满足作战要求，是可以去选择座舱多用途能力更强的带尾门大座舱的构型。如果不能满足，那么选择当前的直20也是很正常的，因为真的要运送当前一个全副武装步兵班飞跃墨脱周边山脉到制高点上卸载并不容易。
[认知与探讨]关于直升机重量的一些个人看法
前一段时间关于直20选择什么样的构型方面有很多热闹的讨论，但这些讨论中很多讨论其实并不深入，其中对直升机个各种重量尤其是实际运行中的重量大家讨论并不多，这里把收集到的一些数据和大家分享一下，在此基础上做些探讨。下面只是个人看法，未必对，供参考。
一、关于最大起飞重量和任务重量
大家通常说直升机是10吨级，这是一个粗略的划分方法，而这个10吨级别给大家一个印象似乎这些直升机总是以10吨左右的起飞重量在工作，实际上在直升机的使用中有个所谓任务空重的说法，其实说白了就是在一定载荷下具有希望的飞行机动性能，而最大起飞重量则不满足这个要求。具体情况可见美国陆军队黑鹰研制时的要求的情况以及黑鹰初始达到和实现的情况。
（下面内容来自张明德的文章）
黑鹰重量增加带来性能降低.jpg (148.06 KB, 下载次数: 1)
下载附件 保存到相册
从上面图中可以看出，美国陆军在提出针通用战术运输直升机时，要求的载荷是1.198公斤和3名机组成员（正副驾驶和一个机枪手），在一定的燃油和发动机功率下，能在1220米高度35℃下能够有2.3-2.8/S的爬升速度，而满足这个要求下的重量就是任务载重，陆军要求的任务重量是16540磅，合7503公斤，黑鹰达到满足性能要求的重量是7462公斤，而当时的黑鹰(UH-60A）的最大起飞重量已经超过9吨。这说明一点，就是直升机工作时通常不会以最大起飞重量工作，而是受到各种要求情况下要比最大起飞重量更低的重量起飞，而在这个任务重量下，10吨直升机的实际运输能力在扣除燃油后也就是1吨多点重量。
无独有偶，实际NH90也有这样的任务重量。
（下面数据来自《直升机技术》杂志1995年文章，与NH90当前实际数据会有一定差异）
11N90任务重量.jpg (106.58 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
根据上面NH90的任务重量减去空机重量，可以得出包括任务载荷约为2.7-3.3吨，而这个任务载荷是包含燃油的，NH90的油箱载油最多能够到2吨左右，如果燃油是2吨，那么载荷能力就是700-1300公斤，当然可以减少燃油换取更多的载货或人员能力，只是航程会有缩减。
实际上黑鹰后来由于各种设备的增加和从70年代到2000年前后士兵装备的变化带来了任务载荷的增加，所以相应的任务重量也节节攀升，具体情况见下：
（下面数据来自张明德文章）
黑鹰M重量增加.jpg (152.71 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
（注意下表来自《黑鹰之路》的书，其作者为黑鹰的项目经理，后来此人成为西科斯基的主管研发的副总裁。另外注意数据和张明德文章有差异）
黑鹰任务重量变化.jpg (57.92 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
通过上面数据可以看出，直升机并不会总以最大起飞重量工作，大多数时候实际载荷能力比以最大起飞重量算出来的要低。
二、高原对载重能力的影响
高原空气稀薄会让发动机功率下降而旋翼升力下降，其总的载荷能力是在下降的。不过这个高原载荷能力数据不好找，后来找到卡曼公司的K-MAX起重直升机的数据，里面有各种高度载荷能力的数据，数据如下：
（数据来源卡曼公司的K-MAX宣传手册）：
高度增加载荷能力下降.jpg (54.77 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
从上面数值可以看出，海拔4500多米时直升机的最大起飞重量是在降低的，单纯从K-MAX直升机来说，起飞总重降低的比例是大约是14%，而载荷能力降低大约27%。需要指出的是，K-MAX就是单独为吊运而生产的直升机，只有一个驾驶员，没有内部座舱，其结构重量远比运输直升机要小。如果我们把这个14%的降低幅度带入到10吨级别的直升机中，那么10吨的最大起飞重量到高原只有8.4吨了，然后再结合前面任务重量的要求，其高原任务载荷能力会比海平面会更低。
当然上面只是粗略的看，实际上高原对任务要求不会像海平面那样去要求，譬如在海平面带多大重量还能具有什么样的机动性，到高原还是能做同样的要求，高原肯定要对爬升等性能也提要求，但应该相比海平面有所降低。
另外，高原对发动机特性要求也比较特殊，就是发动机性能随着高度增加输出功率降低较小，这对高原性能提升和载荷能力是有帮助的。
三、关于重量变化对性能的影响
前面看任务重量对重量变化对性能影响大家可能感受不深，这里请大家注意前面UH-60A在生成初期任务重量从7462公斤增加到7622公斤时的爬升率的变化，可以看出重量增加了160公斤后爬升率竟然从每分钟超过1000英尺降低到每分钟390英尺，爬升率只有原来的40%不到，这又是为何？
实际上这与直升机的特点有关，直升机是完全靠旋翼提供升力的，而爬升率则是旋翼提供升力中减去直升机重量后用剩下的升力来进行爬升，当任务重量增加而总的升力不增加时，能够提供给爬升用的升力进一步减小，而需要拉动的重量在进一步提高，其结果就是分子减小分母增大，重量增加对性能的影响是双向减退，爬升率降低得就非常明显。
另外还有一个情况是直升机的旋翼翼稍是有速度限制，翼稍速度不能超音速，接近音速都会使得旋翼上受音障的影响而载荷增加，噪音增大，所以提高发动机功率对载荷能力提升有帮助，但只提高发动机功率也不行，还需要考虑更换升力更大的旋翼（譬如让旋翼的弦长增加，也就是旋翼更宽，或者增加旋翼长度）。
四、关于直20的选择
关于直20的选择其实应该是个综合原因，但高原性能是肯定要的，这里再谈谈个人认为的理由：
就我们国家未来可能的边境冲突而言，主要就是青藏高原，因为和印度有领土争端，而且印度在1962年战败后还侵占了我们大片领土，尤其是所谓麦克马洪线的东段。这个东段之所以被占不少，与当时的政策、后来的国内政经发展有关，也与现实中我们缺少长期的军事防御补给有关。我们知道现代战争中作战武器的作用越来越大，而现代作战武器非常依赖后勤，而在麦克马洪线线东段印度的后勤补给非常方便，我们的后勤补给则要翻越喜马拉雅山，并且是地质和气象环境非常恶劣的地段：地震、泥石流、暴雪暴雨等。国内自上世纪70年代开始孜孜不倦的希望打通墨脱公路就是个鲜明的例证：70年代时开始修，技术装备和科研都不到位，路边修边被各种自然灾害损毁，后来泥石流把推土机和人员都推走，不得已放弃；后来又尝试，又放弃，直到2000年后大约2003年到2010年经过卫星照片判断自然灾害和现场多年的技术考察后，到现在才季节性开通，而且还不是什么车都能到，很多地方是单行线，由此可见情况之恶劣。当然这里说的墨脱是个特殊情况，但有时候战争会比这个更严峻，自然灾害已经让我们数十年努力才有当前季节性开通的成果，而一颗炸弹就完全把这个成果毁掉，在自然环境恶劣的地方扔下炸弹会引发自然灾害造成更大破坏。
对于中国军队而言，面临麦克马洪线东段这种可能的冲突一定是要有合适的武器装备，而这个武器装备必须得飞跃喜马拉雅山，就是必须有足够好的高原性能。现在我们手头的黑鹰和米171都是从国外购买的，而中国人过去的经验教训是外购的武器总会受到别人的限制，黑鹰就碰到这种情况，而米171的提供者俄罗斯也不见得会和我们利益一致，上世纪60年代中印冲突时苏联并没有支持我们，所以一定要有自己的东西。而目前研制的直升机中，直20就是这个填补空白的直升机。
对于直20选择当前的不带尾门的构型很多人有不同看法，我也发过一些帖子谈自己的个人观点。在这个帖子里，我们可以看到任务重量与最大起飞重量的差异，可以看到高原对性能降低的影响，也能够看到重量增加对性能下降的影响，可以说在特定环境下重量的变化对满足作战要求是多么重要，即便是像黑鹰UH-60A的生产初期到后期只有160公斤的任务重量增加都使得性能难以满足要求，我们也更能理解1984-1985年购买黑鹰前所提的3个6在当年的确不容易达到。
对于舱内运输和吊运，可以说舱内运输自然有其好处，但吊运恰恰是直升机的特点和优势，对于吊运《直升机设计手册》上是这样讲的：
吊运.jpg (57.58 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
从上面可以看出，吊运的确有吊运的好处。
那么对于藏南来说本身就是一个崇山峻岭间少有道路的地方，到目前不少地方还是靠人抗马托来运输，而战时道路一定会被毁，车辆只能发挥有限作用。而作战通常希望占据制高点，藏南的崇山峻岭的制高点很多到现在都没有路修通，作战时更不可能修通，所以相当多的武器需要吊运方式来进行，另外制高点往往地方狭小缺少直升机降落地点，需要索吊或悬空运输，而能够降落则需要起落架系统对场地适应能力强，这里对场地适应能力中前三点是有不利的地方，《直升机设计手册》上这样论述前三点起落架对重心的限制：
起落架与重心.jpg (61.12 KB, 下载次数: 0)
下载附件 保存到相册
当然也不否认有尾门的好处，在当前我们能够获得的动力系统、旋翼系统等情况下如果可以很好满足作战要求，是可以去选择座舱多用途能力更强的带尾门大座舱的构型。如果不能满足，那么选择当前的直20也是很正常的，因为真的要运送当前一个全副武装步兵班飞跃墨脱周边山脉到制高点上卸载并不容易。
楼主好文。随便问问武直应该只能防步枪，狙击枪之类小口径武器攻击吧？炮弹打上去震也震掉了，装甲防护不能用新材料么？比如陶瓷，碳纤维之类，不就轻了？
stshop 发表于 2014-1-10 12:48
楼主好文。随便问问武直应该只能防步枪，狙击枪之类小口径武器攻击吧？炮弹打上去震也震掉了，装甲防护不能 ...
武直大部分机身能挡23mm高炮，这是用了凯夫拉的结果
不过武直座舱之类的位置只能到12.7，旋翼根部更是只有7.62……
楼主好文。随便问问武直应该只能防步枪，狙击枪之类小口径武器攻击吧？炮弹打上去震也震掉了，装甲防护不能 ...
武直大部分机身能挡23mm高炮，这是用了凯夫拉的结果
不过武直座舱之类的位置只能到12.7，旋翼根部更是只有7.62……
2014-1-10 13:40 上传
好文章啊，希望尽快直升机这块短板补上
哦，原来如此
楼主好文。随便问问武直应该只能防步枪，狙击枪之类小口径武器攻击吧？炮弹打上去震也震掉了，装甲防护不能 ...
黑鹰驾驶员座椅就是陶瓷的，脚底是凯芙拉。
黑鹰驾驶员座椅就是陶瓷的，脚底是凯芙拉。
楼主好文。随便问问武直应该只能防步枪，狙击枪之类小口径武器攻击吧？炮弹打上去震也震掉了，装甲防护不能 ...
黑鹰驾驶员座椅就是陶瓷的，脚底是凯芙拉。
黑鹰驾驶员座椅就是陶瓷的，脚底是凯芙拉。
直升机各种不同的重量，受制于不同的条件，挺繁琐的。楼主理的很有条理。
我倒是不纠结尾门啥的，但是个人觉得，如果在高原之外的地方，对于人员运输任务的话，CH-46E作为和UH-60L几乎同等级的直升机，运载能力强了一倍啊……
而且如果想纠结侧门的话，海骑士能开侧门的空间恐怕比黑鹰大了一倍不止……
而且如果想纠结侧门的话，海骑士能开侧门的空间恐怕比黑鹰大了一倍不止……
St_Satan 发表于 2014-1-14 21:17
我倒是不纠结尾门啥的，但是个人觉得，如果在高原之外的地方，对于人员运输任务的话，CH-46E作为和UH-60L几 ...
CH46本身的长条机身就比较好安排座位。
实际上当年20吨级别的CH-47和30吨级别的CH-53具有相当的座舱尺寸，而且CH-47的座舱还要长。
当然黑鹰本身的座舱是偏小的，不过当年美陆军提出要求也就是那样。
我倒是不纠结尾门啥的，但是个人觉得，如果在高原之外的地方，对于人员运输任务的话，CH-46E作为和UH-60L几 ...
CH46本身的长条机身就比较好安排座位。
实际上当年20吨级别的CH-47和30吨级别的CH-53具有相当的座舱尺寸，而且CH-47的座舱还要长。
当然黑鹰本身的座舱是偏小的，不过当年美陆军提出要求也就是那样。