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国外军用运输直升机的发展(一)  
  

  前言
  运输直升机是用来运输旅客、货物、作战人员、武器装备、各种军用物质、器材以及空投物资等的直升机,按用途主要分为军用运输直升机和民用运输直升机两大类。根据运输直升机运载能力的大小可分为小型、轻型、中型、大型和重型五类(见表1)。
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  1 现代军用运输直升机面临的使用环境
  现代军用运输直升机的发展趋势,要求运输直升机的通用性很强,除要求为陆军执行士兵和装备的运输任务外,一般要求经过必要的改装后,能供海军、空军使用。
  因此,军用运输直升机一般要求陆、海、空三军都可使用,将面临在山地、砂尘和海洋三种不同的环境中执行任务。
  (1)军用运输直升机面临的山地环境
  从历次战争中可以看到,大多数战争特别是地面战争大都在山地环境中进行,并且对山地战略要地的占领和控制能力往往决定着战争或战役胜负的关键。军用运输直升机在山地战争或战役中往往能发挥重要的作用,同时也提出了更高的要求,这主要是由山地环境的特点和对直升机性能产生较大影响决定的。归纳起来山地环境有如下一些特点:海拔高,地形复杂,气候恶劣多变,山地后勤支援困难等。
  (2)军用运输直升机面临的舰载环境
  运输直升机的舰载使用环境特点有:海上风浪环境中舰船的运动,舰面飞行甲板区域流场复杂,舰面飞行甲板的尺寸小和周围障碍特多,海上气象变化复杂,"舰面共振"等。
  运输直升机的舰载使用限制条件包括:直升机的升力限制,机上仪表设备限制,载重能力的限制;舰上起飞/着舰的限制,其中涉及到直升机着舰点的偏差,容易引起直升机单点着舰,产生滑移,风速风向的限制,舰面设备的限制,飞行人员驾驶技术水平等其它限制。
  运输直升机的舰载使用中应注意的问题有:起飞重量和有效载重明显减小;活动半径范围减小;海上悬停困难;腐蚀严重,可靠性降低;气象状况预报困难等。
  (3)军用运输直升机面临的砂尘环境
  运输直升机所担负的任务,要求它能在野外场地起降、低空悬停及贴地飞行等。由于旋翼下洗流扬起的砂石对发动机、旋翼等造成损伤,自然砂尘环境和诱发砂尘环境严重地影响着它的使用。因此,运输直升机防砂尘是一个要解决的重要问题。
  在最近的几次局部战争,特别是海湾战争和伊拉克战争中,砂尘对运输直升机的作战影响巨大。
  军用直升机的砂尘环境,按其浓度分成5级,如表2,该浓度值定义在直升机旋翼轴前0.15R(R-旋翼半径)机身上表面处。测试诱发砂尘环境浓度时,空气相对湿度应不大于40%。
  
  军用直升机应能在2级砂尘环境中正常地使用;对于防砂尘要求较高的军用直升机:在3级砂尘环境中应能正常使用;在4级砂尘环境中可以使用,但其工作时间不应超过各部件设计寿命的2%;在5级砂尘环境中可执行特定任务,但应严格限制使用,而且使用后要进行全面检查,其使用寿命可酌情降低;军用直升机各部件、系统和机载设备均应具有相应的防砂能力。
  在对军用直升机的使用砂尘环境有所规定的基础上,军用直升机各部件、系统及机载设备一般应满足表3所示的详细要求。
  
  (4)军用运输直升机的结冰环境
  直升机同其它各类飞机相比,在结冰条件下飞行时,最容易出现空中结冰,不仅发动机进气装置上结冰,而且直升机旋翼和机体上也结冰。直升机结冰后危害较大,往往造成严重的后果。归纳起来,直升机在结冰环境中飞行时产生的问题主要有:结冰可能造成发动机故障;旋翼和尾桨结冰和不对称除冰,可能引起强烈振动;旋翼结冰阻力增加,致使所需功率增大,还会破坏旋翼系统的自转性能,威胁飞行安全;旋翼桨叶除冰过程可能造成生命和财产的危害;直升机空中结冰引起操纵问题,例如,空速受限,桨叶过早失速,续航时间和航程显著下降等等。
  长时间在结冰区飞行,一旦防冰系统出现故障或失效,就可能产生严重的后果,尤其是舰载直升机在海上飞行更加危险。曾经有一架美国的HH-3直升机在冰岛坠毁,原因是双发中的一台发动机防冰系统增压活门发生故障所致。因此,直升机在设计和使用过程中都要特别注意结冰防冰问题。
  军用运输直升机除了要满足山地环境和舰载环境的使用要求外,随着包括肩扛式导弹、高射炮等地面防空火力的越来越强,面临着如何躲避地面火力进攻的问题。解决这个问题有三条途径:一是提高运输直升机的性能,包括提高飞行速度、机动性、贴地飞行性能等;二是装备必要的防御性武器,如导弹、机枪等;三是采取措施提高运输直升机的防护能力,如为防止导弹袭击,装备干扰弹投放器等。
   2军用运输直升机的特点、主要任务及应用启示
  (1)军用运输直升机的使用特点
  军用运输直升机具有如下主要的使用特点:军用运输直升机不受地面条件限制,能准确地将作战人员、军用物资和武器运送到预定地点;能快速有效地完成战场机动任务;可与地面部队密切协同,有利于战斗任务的完成;运输直升机的有效载荷谱较宽,轻型设备或少量人员的运输可使用小型或轻型运输直升机,中型设备或一个作战小分队的运输可使用中型或大型运输直升机,而大型设备或大量作战队员的运输可使用重型运输直升机;运输方式隐蔽,便于保存自己;部分军用运输直升机有一定的自卫能力,能发起突袭并保护自己等。
  (2)军用运输直升机的战场任务
  陆海空兵力投送能力是快速反应部队能否快速部署的关键,同时提高布雷和扫雷效率是夺取制海权的决定因素之一。当前国外军队普遍认识到其投送能力与其战略要求不相适应。外军为使其快速反应部队具备快速机动、快速部署和较强的突击能力,十分重视装备军用运输直升机。概括起来,军用运输直升机的主要军事用途有:机降部队,运送武器弹药等作战物资,后勤支援运输,医疗救护运输,搜索救援运输,要人运输等。
  (3)伊拉克战争中运输直升机使用的启示
   2003年3月20日爆发的伊拉克战争使用了大量的军用直升机,据统计,美英联军在伊拉克战争中总共约有884架各型直升机参战,其中运输类直升机占一半以上,主要有UH-60"黑鹰"、"支奴干"、"山猫"等。这些军用运输直升机执行的主要任务是部队运输和机降、运送武器弹药等作战物资、后勤支援运输、通信联络、指挥控制、战场救护、搜索与救援、以及要人接送等。
  通过各次战争中使用军用运输直升机的情况来看,军用运输直升机虽然取得了很好的战效,但也存在一些问题,如美英联军直升机在伊拉克战场上虽然发挥着重要的作用,取得了较好的作战效果,但在使用中也暴露了不少问题,因故障或被伊方击落多架直升机。特别是非战斗损失较大。2003年3月20日至5月2日的整个战争期间,美英联军总共损失了13架直升机,造成32名士兵死亡,其中运输类直升机7架,死亡士兵全部是由运输类直升机造成的。
  从以往战争及伊拉克战争运输直升机的应用情况,特别是战斗和非战斗损失的分析,针对未来运输直升机的应用和发展,我们可以得到如下启示:
   ① 运输直升机可靠性应进一步提高
  直升机结构复杂,旋转部分较多,承受交变载荷的零部件很多。这一先天性特点使直升机产生振动、疲劳、松脱、渗漏、电路等故障的概率较大,特别是现代军用运输直升机,精密仪器众多,如何使众多精密仪器可靠地工作,要在未来运输直升机的研制中引起更高度的重视。
   ② 直升机飞行员适应复杂环境条件的培训应进一步加强
  伊拉克战争中直升机非战斗损失较多,并且造成人员的较大伤亡,其中人为因素是一个主要原因。由于在战场上主要是倚重直升机的特殊优点,多使用于地形复杂而生疏或气象条件不佳的情况,又得不到当地环境和局部气象报告的指导和帮助,而且时常是执行缺乏预先准备的紧急任务(如急救、抢运等)。因此,直升机飞行员需要大力加强日常训练,特别是在复杂环境中的训练非常重要,以提高他们适应复杂环境的能力。
   ③ 需要进一步提高运输直升机抗坠毁技术
  直升机抗坠毁设计是军用直升机提出的特殊要求。抗坠毁设计能保护坠落的直升机飞行员和乘员的生命,这无疑对鼓舞士气,提高作战能力有很大的作用。以前往往对武装直升机的抗坠毁设计较重视,而对军用运输直升机的重视不够。从伊拉克战争中可以看出,抗坠毁设计标准较高的AH-64D"长弓阿帕奇"武装直升机虽然受到伊方的攻击,或因事故而坠毁多架,但并没有造成人员伤亡。而抗坠毁标准较低的运输类直升机CH-46"海上骑士"、"海王"Mk7、UH-1Y"休伊"、UH-60"黑鹰"等则造成了大量的人员伤亡。可见在未来的军用直升机发展中,不仅要进一步提高武装直升机的的抗坠毁标准,而且应大大提高军用运输直升机的抗坠毁标准,目前军用运输直升机的抗坠毁设计标准还远远满足不了现代化战争的要求。
   ④ 运输直升机应密切相互之间及与其它武器之间的配合
  随着现代化战争的综合程度越来越高,各兵种联合作战越来越密切,运输直升机也不能独立于其它诸兵种武器之外,而应更进一步加强与其它兵种的联合作战,以使发挥其最佳运输效率。如在伊拉克战争中,两架英国皇家海军"海王"Mk7直升机在空中相撞,造成7名机组成员全部遇难,做为较低飞行速度的军用运输直升机发生空中相撞事故是难以接受的,说明运输直升机之间,以及运输直升机与其它武装之间的配合还有许多可改进的地方。
   ⑤ 适应环境的能力还需加强
  军用运输直升机在沙漠地区作战,由于细沙对发动机、直升机动部件损伤很大,出现机械故障的概率会大大增加。在伊拉克战争中,特别是从3月25日起,伊拉克南部刮起猛烈的沙尘暴,能见度只有100m。这对高空飞行的战斗和轰炸机的飞行影响不大,但对于低空飞行的直升机来说,其影响是巨大的。当天就有美军的一架"阿帕奇"直升机和一架"黑鹰"直升机一时在风暴中失踪。此后几天,美英联军的直升机基本上都停飞,无法起飞执行任务。可见,直升机适应环境的能力还不能完全满足战场复杂环境对直升机提出的更高要求。(作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 张广林 张慧)(责编姜)
国外军用运输直升机的发展(二)  



  3 国外军用运输直升机的型号发展情况
  (1)主要国家和地区军用运输直升机的装备情况
  根据2004-2005年《军事平衡》等公布的军用直升机装备数据进行统计得出各主要国家和地区军用运输类直升机装备数据(包括计划采购架数和封存架数)见表4。
  
表4 各主要国家和地区运输类直升机装备数据表

国别/地区
总架数
运输类
运输类占比
典型机型

法国
899
819
91.1%
AS555、SA330、AS365、NH90、EC725、SA342

德国
749
669
89.3%
AS532、NH90、EC635、BO105、CH-53、“山猫”

英国
720
653
90.7%
SA341、CH-47、EH101、“山猫”、“海王”

印度
678
678
100%
“猎豹”、“印度豹”、米-26、“海王”、卡-28

意大利
841
781
92.9%
AB212、NH90、A109、AB205、CH-47、EH101

日本
912
819
89.8%
BK117、KV107、CH-47、UH-60、EH101、MH-53

韩国
563
498
88.5%
CH-47、BO105、UH-60、SA319、“山猫”、UH-1

俄罗斯
3235
2312
71.5%
米-8、米-26、米-14、卡-27、卡-29、卡-226

中国台湾
350
258
73.7%
BELL47G、UH-1H、MD500M、S-70C、CH-47SD

美国
6506
5582
85.8%
UH-1、CH-47、UH-60、MV-22、CH-46、CH-53





  由于除武装直升机外,包括运输直升机、战勤直升机、侦察直升机、反潜、反舰等军用直升机都具有一定的运输功能,并且有许多型号是一型多用,因此在统计分析中将他们归为运输类直升机。表中数据是除武装直升机外的所有军用直升机。从表中可以看出,各主要国家和地区的运输类直升机装备量占整个军用直升机的装备量都超过70%以上,武装直升机占有的比例较小。这主要是因为现代战争对军队的战术机动能力要求越来越高的必然结果。
  (2)美国军用运输直升机的型号发展
  美国对部队的战术机动能力越来越重视,因此,大力加强了军用运输直升机的研制和装备力度。不仅CH-47F获准批量生产并装备部队,CH-53K研制工作取得较大进展,MV-22"鱼鹰"开始在伊拉克执行任务,而且正在顺利推进5个重型运输直升机方案的概念设计和分析论证工作。
   ① 美国加强对军用运输直升机的研制和采购力度
   2007财年美国国防预算申请中用于直升机费用总计达68.14亿美元:9亿美元购买36架AH-64"阿帕奇",1.41亿美元购买8架武装侦察直升机,6.2亿美元用于制造2架CH-47F"支奴干"和改进21架,2.54亿美元用于研制"作战搜索与救援"(CSAR-X)直升机,1.99亿美元用于购买39架轻型通用直升机,9亿美元用于支持25架MH-60R直升机有关工作,6亿美元支持18架MH-60S直升机有关工作,9亿美元购买38架UH-60"黑鹰",23亿美元购买16架V-22"鱼鹰"。可见美国的直升机研制和采购力度很大。同时,美国一批型号研制工作也取得了较大进展。
  如2007年5月,西科斯基飞机公司已选定4家子承包商,为CH-53K重型直升机设计和制造机体。该机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。采用新的制造工艺,如部件制造自动化、超高速切削以及定位装配等。合同规定西科斯基最终为美海军陆战队现役CH-53E"超级种马"直升机提供156架替换机CH-53K。CH-53K担负CH-53E相同任务,但在高温高原环境条件下将拥有更大的有效载荷。CH-53K的最大起飞重量将从CH-53E的32915kg增加至38454kg。CH-53K的其他改进包括: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、弹性轴承桨毂,并提高了起飞重量,升级了发动机系统,配有货物锁定系统等。定于2014年交付首架CH-53K。
   2007年7月,波音公司获得美国陆军授权开始批量生产CH-47F"支奴干",8月14日12架直升机装备首支作战中队。波音公司和美国陆军于2006年12月19日签署了总价值超过15亿美元的合同,涉及高达66架CH-47F"支奴干"直升机。CH-47F"支奴干"于2007年4月成功完成作战测试,陆军对CH-47F在各种假定任务环境下的性能进行了严格的测试,其中包括空中突击、战斗补给和空中运输,累计测试时间超过60h。CH-47F直升机的机体经过重新设计,先进的航空电子系统增强了机组人员的态势感知能力。此外,为提高CH-47F的生存能力,该机还装备了通用导弹告警系统和改进后的干扰物投放系统。CH-47F装有两台3578千瓦发动机,最高速度可达281km/h,有效载荷超过9534kg。由于装备了增程燃油系统,该机的任务半径超过了643km。
   2007年9月17日美国海军陆战队的第一个MV-22"鱼鹰"倾转旋翼机中队-263中队离开北卡罗来纳州航空基地,该中队的10架MV-22搭载于"黄蜂"号两栖攻击舰,准备部署到伊拉克,这是MV-22首次参加作战行动。目前美国海军陆战队已经组建了5个MV-22中队,该机最终将会取代现役的CH-46E"海上骑士"直升机,用来承担人员输送和后勤补给任务。预计MV-22的生产速度将会从现在的每年14架增加到36架。
   ② 美国提出发展下一代运输旋翼机计划
   2005年年初,美国防部同意陆军提出的发展下一代战区运输旋翼机计划,并要求陆军继续开展联合重型旋翼机(JHL)方案研究。美陆军要求JHL能运输重达20t的"未来作战系统"`(FCS)车辆,规划的性能指标是悬停升限约3000m,能携带一个3.4m宽,2.8m高,15.2m长的集装箱,最大航程达3900km,能在没有机场的地方起降。制造商们提出了一系列设计方案。2005年9月,美国陆军宣布资助5个方案的概念设计和分析,波音公司获得340万美元从事先进纵列式直升机(ATRH)概念设计研究,贝尔和波音获得345万美元从事四旋翼倾转旋翼机概念设计研究(QTR),其它三个方案也获得相当资金的支持。这5种方案分别是:
   · 西科斯基公司的X2C,X2技术起重机--共轴式旋翼机(巡航速度306km/h);
   · 波音公司的先进纵列式直升机(ATRH)(巡航速度306km/h);
   · 西科斯基公司X2HSL,X2技术高速重型直升机--先进桨叶复合型直升机(巡航速度460km/h);
   · 贝尔-波音四旋翼倾转旋翼机(巡航速度510km/h)
   · 卡曼公司的OSTR--速度优化的倾转旋翼机(巡航速度575km/h)。
  (3)欧洲军用运输直升机的型号发展
   ① 欧洲各国加强对现役运输直升机的升级和采购力度
  英国一方面委托阿古斯塔·韦斯特兰公司为陆军和皇家海军开发"未来山猫",另一方面加强EH101"灰背隼"HC.3和"海王"的升级和采购力度,2007年初,英国采购了6架EH101,计划2008年3月由英国皇家空军78中队投入使用,这些直升机安装BERP IV主旋翼桨叶,提高了升力性能,并增加了飞行速度和航程,同时还安装了英国防御辅助设备和装甲保护,并布置成可运送24名士兵。阿古斯塔·韦斯特兰公司负责的35架皇家海军"海王"HC4两栖支援直升机延寿到2017年。该项目计划开展的升级工作包括安装一副5桨叶尾桨以及新的主旋翼桨叶。2007年底英国国防部还批准了一项价值9010万英镑(1.81亿美元)的项目,以确保其8架停飞的波音CH-47"支奴干"运输直升机最终从2009年起重新进入服役。
   2007年11月,法国为其陆军向NH工业公司订购了68架NH90战术运输直升机(TTH),这份订单的价值达18亿欧元。法国防务采办局(DGA)已经购买了12架NH90,并将在2010年继续购买22架,2011年购买34架。交付工作将从2011年开始。这是法国首次订购NH90TTH型机,这些直升机将用来替换陆军的"美洲豹"直升机。除此之外,法国海军已订购27架10t级NH90舰载直升机(NFH)。法国的订单使得NH90的总确认销售量达到507架。首批生产型NH90于2006年12月交付德国陆军,比预定时间推迟了两年多。德国共购买了112架战术运输直升机。意大利订购了70架NH90 TTH和46架NFH型机,首架机于2007年12月份交付陆军。而荷兰购买的首批20架NH90NFH机已经投入使用,该国订购的海军改型机预计要到2009年开始交付。目前为止,已经有14个国家购买NH90直升机。
   ② 法德计划联合研制新一代重型军用运输直升机
  重型直升机能力被认为是北约和欧盟新型快速反应部队的核心组成。2004年5月欧洲直升机公司已经开始研究重型直升机的方案,新项目称作"重型运输直升机"(HTH),新型重型运输直升机将在2020年之前面世。2007年,法国和德国正在就联合研制新一代重型军用运输直升机进行,计划签署关于该项目的技术可行性研究协议,项目的研制工作预计将历时4-5年,该机主要用来填补美国的CH-53直升机或是欧洲的NH90直升机与A400M军用运输机之间的空白。该项目的协作范围可能会扩大,如同NH90直升机项目那样,参与NH90直升机项目的国家包括德国、法国、意大利、荷兰和葡萄牙。由于欧洲的市场有限,欧洲直升机公司希望能进入美国市场,因此希望美国参与该项目,并与波音和西科斯基公司进行了探索性会谈,但欧洲和美国共同联合研制重型运输直升机的可能性很小。
  (4)俄罗斯军用运输直升机的型号发展
  俄罗斯不仅对现役的米-171、米-26等运输直升机进行改进升级,而且还安排了多个型号的研制工作。
  首先是俄研制新型多用途运输直升机米-38,该机于2004年10月1日完成了首飞 ,2008年计划推向军民用市场,该直升机能够运输30名伞兵。米-38在国际市场上的竞争对手是欧洲直升机公司的EH-101和美国西科斯基公司的S-92。
  其次,俄罗斯正在研制的米-54直升机计划于2011年前首飞,该机可运送12-13名旅客,航程达到350km。这种直升机可以在复杂地形条件下巡逻,沿河岸海岸搜寻救助受灾人群,可以在灾害发生地区侦察,同时也可用于军用运输等。
  第三,俄计划研制米-46重型运输直升机。俄罗斯航空公司代表在2007年中国北京举行的国际航展上宣布,莫斯科米里直升机厂邀请包括中国公司在内的外国公司合作研制和生产米-46重型运输直升机。俄罗斯航空公司代表指出,在制造运输能力达10-12t的新型直升机过程中,计划应用米-38和米-26直升机的研制和试验经验。(作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 张广林 张慧)(责编姜)
影响旋翼机产业发展的重大技术分析  



  前言
  旋翼机由于具有垂直起降、空中悬停、前后左右飞行及旋翼自转着陆的能力,在军民用领域已具有广泛的用途,并形成了一个较大的产业。根据国际预测公司预测,2006年~2015年十年间,包括军民用旋翼机及改进改型在内的整个市场达18593架,年均1859架;产值达1264.875亿美元,年均126亿美元;其中这十年间世界民用旋翼机的总产量为12195架,总产值250.851亿美元,每年的产值保持在25亿美元左右。此外,旋翼机产业由于是战略性的高技术产业,不仅对其它相关产业有较大的带动和促进作用,如制造业、运输业、旅游业等,其相关产值规模要远远大于上述数据,而且旋翼机产业事关一国的国防现代化水平,因此,美国、法国、英国、德国、意大利、俄罗斯等国都大力扶持本国旋翼机产业的发展。
  
表1 美国NASA用于旋翼机机体的预算分配

技术领域
工作内容
预算



降低旋翼机外部噪声
★不变几何形状旋翼的噪声优化;

★旋翼主动降噪概念;

★地面噪声减轻的座舱指示。
  

18%

降低旋翼机内部噪声
★减少噪声源;

★座舱噪声综合抑制。
8%



降低旋翼机的振动水平
★通过高功率激振器主动控制振动;

★通过宽的每分钟转数(RPM )控制振动;

★鲁棒振动控制算法。
  

16%



除低旋翼机的重量
★先进材料∕结构研究;

★减缓大升力结构的载荷;

★先进传动概念。
  

13%





提高旋翼机的巡航速度
★固定及旋翼系统主动流控制;

★通过非线性翼弦和扭转优化旋翼性能;

★宽的RPM 应用技术;

★“临界旋翼”的研究;

★增强微型旋翼机的性能。
  



16%





提高旋翼机的安全性
★先进的驾驶员辅助装置和传感器;

★驾驶舱信息记录器;

★先进的飞行控制系统;

★先进的健康状态应用/监测系统;

★传动系统干运转技术;

★先进的抗坠毁技术。
  



17%

提高旋翼机的使用性能
★有效和可靠的旋翼除冰;

★经济上可承受的障碍物探测传感器;

★经济上可承受的合成视频。
  

12%

飞行和实验演示
★2 架直升机,机组人员,试验设备等。
预算包含在上述各技术领域中


  
100%





  美国为了应对欧洲竞争者的挑战,出台了《响应呼唤:保持美国领先的航空计划》,美国国家航空航天局(NASA)在2006~2010年间计划每年提出5000万美元左右的预算来研究有关旋翼机机体的重大技术(另有年均1692万美元旋翼机动力装置技术的研究预算),有关旋翼机机体的技术研究的预算分配和主要工作内容见表1。
  欧盟在2003年~2006年安排了"用于验证计算流体动力学(CFD)程序的先进直升机空气动力学实验数据库建设"、"共轴式喷气噪声的计算"、"环境友好型直升机"、"直升机乘员安全技术的应用"等一批研究项目。其中在"环境友好型直升机"项目中要求达到的项目目标为:根据飞行条件,声音区域减小30%~50%;高速飞行时的燃油消耗减少6%以上;座舱噪声水平在75dBA以下,与正常巡航飞行的航班座舱相当;座舱振动降到0.05g以下,与同一飞行区域平稳飞行的喷气客机的舒适性相当。
  目前,国外旋翼机技术研究项目的安排主要针对未来旋翼机的市场竞争,绝大部分项目都是着力于提高旋翼机的安全性、经济性和舒适性。
   1 提高直升机安全性的技术
  直升机的事故率一直处于较高的水平,在20世纪90年代十年间,美国直升机事故率约为每10万小时13.21次,为固定翼飞机事故率的2~3倍。
  国外主要从三方面入手提高直升机的安全性,一是从直升机本身的技术发展来提高安全性,比如采用新材料和新结构来提高直升机的强度,采用抗坠毁技术来提升坠机时对乘员的保护,采用防冰除冰技术等来提高在复杂气象环境区域飞行的安全性;二是通过制定型号安全性大纲规划全机的安全性工作,利用安全性分析技术来提高安全性;三是开发故障监控和对障碍物进行探测的设备来提高安全性;四是大力加强对飞行员的培训工作,使其更熟练地应对各种复杂环境。国外对影响直升机安全性的重大技术:如直升机状态与使用监控系统,抗坠毁技术,以及防冰除冰技术已基本掌握,并在直升机产品中得到了普遍使用。
  (1)直升机状态与使用监控系统(HUMS)
  发展现状和趋势:导致HUMS问世的直接原因是20世纪80年代初在北海发生的一次严重的空难事故,1架波音234民用型"支奴干"直升机坠入北海,造成机上近50人丧生。事故原因是主减速器的一个齿轮出现裂纹。此次事故引发了人们对直升机飞行安全的高度关注,促使了1982年英国直升机适航审查专家组的成立,并揭开了研制HUMS的序幕。1985年,V-22"鱼鹰"研制项目开始提出机上HUMS要求,1995年,英国国防部提出HUMS工作计划,1999年,第一个作战型HUMS在美国军队中开始使用,即美国海军V-22"鱼鹰"上的振动结构寿命与发动机诊断系统,2000年,海军陆战队CH-53E"超种马"和MH-53E"海龙"机队的综合机械诊断HUMS开始初始小批量生产。从此,HUMS真正走向大规模的应用。目前国外大部分直升机上都装有HUMS。如美国UH-60、AH-64,法德合作研制的"虎"式直升机等均装备有动部件监测、故障诊断定位系统。
  目前正在研制、生产的第3代HUMS是已开始投入服役的一些军民两用HUMS系统,如古德里奇宇航公司的综合机械诊断HUMS、史密斯重工的通用HUMS等。第3代HUMS系统采用了当代信息等技术的最新成果,其中包括:现代数字处理器技术,开放的地面站环境,商用软件,大量改进的传感器,基于非光学的旋翼调整和平衡,采用适应于扩展的使用数据库处理算法等。未来HUMS的发展则主要关注:升级能力,适用能力,灵活性,稳健性,可扩展性,智能化等。
  关键技术点:旋翼轨迹和平衡、机械诊断、发动机性能评估(属于状态监控),超限监控、工作使用量监控和结构使用监控(属于使用监控),新的/现有数据库的数据融合(属于接口)等。
  (2)直升机的抗坠毁技术
  发展现状和趋势:美国的抗坠毁技术发展走在世界前列,如AH-64"阿帕奇"的机身、座舱、旋翼及传动系统、油箱等都有装甲保护,并采用吸能起落架,直升机坠毁时可吸收全部坠撞能量的50%,坠毁时机头可充分吸收能量,保持座舱不变形。法德联合研制的"虎"式武装直升机机身能抗10.5m/s坠毁速度,起落架在以6.5m/s垂直速度着陆时不产生永久变形。南非的CSH-2"茶隼"的驾驶舱两个座椅都装有陶瓷装甲板,机身及其他部位都采用丙烯酸材料装甲,装配密封油箱,起落架和座椅能吸收撞击能量。
  未来抗坠毁技术的发展则主要关注以下几个方面:直升机结构抗坠毁性能,即直升机结构保持生存空间的能力;系留系统的强度,即在坠毁过程中,防止由于系留强度不足,造成乘员、货物或设备甩脱,影响乘员的安全;乘员的加速度环境,即在坠毁时,系留约束完好的乘员所经受加速度的大小和持续时间;乘员周围的环境,即在乘员附近的障碍、凸出物和松脱的设备可能造成的碰伤;坠机碰撞后的危险,即碰撞后,火、水和暴露物等对乘员生存构成的威胁;直升机倾翻时对机舱的保护;防止旋翼和传动装置等高速旋转部件对乘员的伤害等。
  关键技术点:抗坠毁技术涉及面非常广,包括座舱、座椅、起落架、油箱等的设计、结构、材料等各个方面。归纳起来,关键技术点主要包括:吸能材料技术、吸能结构设计技术、装甲保护技术、油箱和燃油管路自动封闭技术、吸能起落架技术、抗坠毁座椅设计技术等。
  (3)直升机的防冰除冰技术
  发展现状和趋势:国外在20世纪50年代就着手开展了直升机防冰系统技术的研究工作,其系列产品在各型军、民用直升机上得到了应用。同时形成了数家从事结冰探测、防冰控制和试验的知名专业性公司,如美国的罗斯蒙特、古德里奇和汉胜公司,俄罗斯的脉冲设计局、米里设计局,欧洲的欧直公司等。
  国外大多数机上都安装了旋翼桨叶防冰除冰系统,如在美国的V-22"鱼鹰"、CH-47"支奴干"、AH-64"阿帕奇"、UH-60"黑鹰",欧洲的NH90,以及俄罗斯的米-17系列和米-171等。
  目前,防冰除冰系统向轻质、低功耗和抗电磁干扰的方向发展。如美国汉胜公司已研制成功了电排斥除冰系统,并成功应用于贝尔214等多种直升机上,其功耗仅为108瓦/平方米,不到电热除冰的1%;重量仅为(0.98~1.46)千克/平方米,使用寿命高达(100~150)万次,且对其他系统影响小,没有电磁干扰问题,具有良好的市场前景。
  关键技术点:结冰机理研究,结冰速率探测技术、除冰控制模式技术,轻质低耗的除冰执行机构的设计和制造,除冰加热元件的设计和应用,以及相关实验验证等。
   2 提高直升机经济性的技术
  直升机售价大约是同等民用固定翼飞机的3~8倍。民用直升机的单位运行费(人/千米或吨/千米)约为固定翼飞机的10倍。民用直升机的经济性的改善主要有赖于民用直升机的技术进步和民用直升机的普及应用。直升机的经济性涉及到许多技术领域,其中与其关系较密切的有:成本控制设计技术,低成本制造技术,以及维修保障性技术等。
  (1)直升机的成本控制设计技术
  发展现状和趋势:直升机的设计成本是具有决定性的成本,产品设计费用只占产品总成本的5%,却决定了产品成本的60%~70%。因此,国外直升机,特别是民用直升机的研制都不同程度地应用了成本控制设计技术。在设计阶段,国外主要采用如下途径来降低直升机全寿命成本,提高其经济性:
  采用计算机、三维数据库、仿真系统和数控加工设施等为基础的一体化设计、制造技术,有效减少设计、协调工作,提高工作效率,降低设计制造成本,并确保设计和制造质量。
  大量采用仿真技术,不仅低成本、高效地对直升机整机进行优化设计,而且大量减小了实物模型的制造成本,节省大量经费,并且加速了设计速度。
  尽量采用相对成熟、成本合理的新技术,有效地改善新机的飞行性能和飞行特性,提高直升机的任务效能和成本效益,如采用技术相对成熟的先进旋翼系统,实现视情维护,并使桨叶达到无限寿命。
  大量采用性价比高的复合材料,甚至一些关键部位也采用复合材料,有效延长直升机的使用寿命。
  机身与一些主要部件采用模块化结构,大大减少了零部件数量,简化了结构的复杂性,便于维护和维修,减轻了维护负担,节省维护费用。
  采取低维护设计,如采用结构整体化、附件集成化、无润滑、自检系统等。
  关键技术点:设计、制造、试验、测试等一体化的数字化环境建设,成本构成分析,性能成本分析,仿真技术,功能样机建设,虚拟实验技术,虚拟测试技术,低成本材料技术,模块化设计技术等。
  (2)直升机的低成本制造技术
  发展现状和趋势:20世纪80年代末期以来,以美国为首的西方发达国家开始研究并采用数字化研制技术,其一是采用全数字化建模与虚拟制造及装配技术,包括全面采用数字化三维设计、虚拟装配技术、快速原型制造技术、反向工程技术,实现并行工程和虚拟制造系统,极大提高研制水平和创新能力,使资源和能力合理配置和高效运作,如NH90、RAH-66、V-22等研制中采用这些技术取得了良好效果;其二是采用制造过程仿真技术,在直升机实际产品制造之前,实现对产品的可制造性分析、成本和经济性估算,进行制造过程的仿真,提前发现产品设计和制造过程的缺陷以及不合理性,降低产品开发成本,缩短产品开发周期、提高产品质量;第三是以产品数据管理(PDM)为信息基础的制造集成系统技术,其中包括制造执行系统技术、企业资源规划/产品数据管理集成应用技术、制造集成系统仿真、控制和管理系统技术等。
  此外,采用先进旋翼及机身结构件的复合材料低成本制造技术来降低复合材料制造成本,采用批量生产快速转换技术,包括柔性化集成制造系统和模块化生产系统以及工业工程、企业流程再造、制造资源计划、企业资源规划等先进生产管理技术来适应军民用市场的快速变化。
  关键技术点:虚拟制造技术,数字化虚拟装配技术,快速原型制造技术,反向工程技术;产品的可制造性分析技术,制造成本和经济性估算技术,制造过程的仿真技术;低成本复合材料制造技术;柔性化集成制造系统和模块化生产系统以及工业工程、企业流程再造、制造资源计划、企业资源规划先进生产管理技术等。
  (3)可靠性、维修性和保障性技术
  发展现状和趋势:20世纪80年代后期以来,新研制和改型的直升机,如美国的V-22、AH-64D、S-70A和欧洲的NH90等都更加重视可靠性、维修性和保障性(RMS),如S-70A一共进行大约13000h的可靠性和维修性试验。从地面试验开始,一直到飞行试验及生产型直升机试验。通过专门的可靠性和维修性研制试验与系统研制试验相结合,以实现可靠性及维修性增长。其中,地面试验1900h,样机飞行试验2000h,生产型直升机试验8755h。随着信息技术等的快速发展,RMS的发展趋势是:RMS分析、可靠性试验、测试和保障、各种软件和硬件等更加综合化;RMS分析、故障检测与诊断、维修与保障、数据收集等更加自动化;故障诊断系统更加智能化;RMS管理更加信息化。
  关键技术点:可靠性、维修性和保障性要求的确定,可靠性和维修性模型的建立与分析,可靠性和维修性预计与分配,故障模式影响及危害性分析,可靠性和维修性试验与评定,可靠性增长及增长试验,维修级别分析、保障性评估等技术。 
   3 提高直升机舒适性的技术
   直升机与固定翼飞机相比,乘坐的舒适性欠佳,还远远满足不了用户或乘客的要求,当前直升机的舒适性越来越受到用户和乘客的关注,也严重影响了直升机的普及应用。
  (1)直升机的减振技术
  发展现状和趋势:目前,通过装减振装置、隔振装置的办法隔离或减少振源传给机身的被动式减振方法已相对成熟,不存在太多的技术难题,但这种被动式减振方法的减振效果远达不到直升机用户的要求。因此,目前国外重点研究的是结构响应主动控制(ACSR)等主动式减振技术。
   ACSR是将反共振概念与现代控制技术相结合的一种新的振动控制方法。其原理是通过一套传感器测量旋翼传给机身的载荷,用一台微机对测量载荷进行频谱分析,找出主要激振载荷的频率和幅值,受控的电液压作动筒产生一个对应的反向载荷,相互抵消,以达到隔离振动载荷的目的。地面试验和飞行试验均已表明ACSR减振技术能够显著降低直升机的振动水平,同时能抑制几个不同频率的振动,并且任务方向的振动不超过0.05g。特别是ACSR能适应旋翼转速变化及飞行状态的变化,而且系统重量比被动式减振系统要轻。因此,ACSR技术是一种最有发展潜力的主动式减振技术,US101就采用了这种技术,振动水平比EH101降低了85%。除此之外,国外还进行了高阶谐波控制,独立桨叶控制,主动副翼控制和主动扭转旋翼等主动式减振技术,但都没有取得较大进展,离实际应用都还有很大距离。
  关键技术点:振动特性分析,减振装置设计,隔振装置设计,传感器设计,受控液压作动筒设计,激振载荷频率和幅值的确定,试验验证等技术。
  (2)直升机的降噪技术
  发展现状和趋势:解决噪声问题,一是尽可能降低旋翼、减速器以及发动机等产生的噪声辐射,从噪声的源头进行控制,来降低噪声;二是采用被动和主动或半主动的方法,控制噪声在直升机结构和空间的传播,实现隔声或消声,最终降低直升机舱内的噪声水平。国际上针对直升机舱内降噪问题的研究始于20世纪70年代,美国兰利研究中心在对CH-53A进行舱内降噪改装设计和处理后,舱内噪声水平由改装前的平均115dBA降低到平均87dBA。西科斯基在S-92设计阶段就充分考虑到降噪问题,他们通过对舱内装饰与机体框架结构进行独特的隔离设计,不仅使得500Hz到4000Hz频段的噪声水平得到极大的降低,同时具有重量轻、便于维护等特点。近10年来欧洲在舱内被动降噪、主动噪声控制技术(ANC)以及基于统计能量分析(ASEA)的噪声预测技术等方面都得到了快速的发展。针对旋翼和尾桨的ANC技术在不远的将来有望得到实际应用。
  座舱主要采取如下措施降噪:一是在源头上解决座舱噪声传播,改进主减速器元件,并增加阻尼特性;二是在减速器和机身离合面间,采取隔音措施来降低噪声;三是在舱内壁板等上应用结构主动控制技术,降低结构和空气动力噪声。
  发动机主要是通过在发动机进气管和排气管加装吸收噪声的装置来降噪。
  关键技术点:旋翼、减速器以及发动机降噪技术,噪声预测技术,声场特性分析技术,有源噪声控制技术,试验验证技术等。
  (3)直升机的舱内环境设计技术
  发展现状和趋势:目前国外民用直升机普遍采用环控系统分别控制驾驶舱和座舱的环境条件,通过发动机引起实现加热功能,驾驶舱和座舱的环控设备基本采用相同的设计思路,大部分部件也是相同的,主要区别在于管路的布置和设计。除了装饰设计外,舱内环境设计一般采取以下模式:
  加热模式:通过从发动机所引的热气加热吸进的新鲜空气和循环气体,并通过控制或调节引气将驾驶舱温度稳定在设定的温度。
  除雾模式:通过发动机所引的热气加热气体,将除雾喷头处的混合气体温度加热到70°C左右。
  通风模式:在通风模态工作,通过风扇抽吸新鲜空气或环境的循环气体、风扇的吹风实现驾驶舱和座舱的通风。
  驾驶舱控制单元:驾驶舱环控组件安装在驾驶舱前部,由分配风扇、进气/分流管路组件、引气混合单元、温度传感器和温度开关组成。通过全权限的发动机数字控制,控制发动机引气切断阀,将温度控制在90°C左右。
  生化:设计成将生化污染的影响降低到最小。
  静电危害:提供防护措施,避免对人员、电气/电子和燃油系统造成静电危害。
  减振和降噪:采用上述相关的减振和降噪技术。
  关键技术点:高效空气-燃油换热器,数字化控制引气压力调节器,机载蒸发循环制冷系统等。(作者:中国航空工业发展研究中心技术所 张广林 张慧)(责编姜)
国外舰载直升机的型号和技术发展  



  舰载直升机,是以航空母舰或其他舰船为活动基地并能执行各种作战任务的直升机。随着现代海战向立体化、多层面发展,各国海军迫切需要掌握海上制空权。由于舰载直升机在海上担负侦察、搜救、运输、反潜、两栖突击、空中预警以及电子战、水雷战等多种使命,它的作用日益突出。因此,世界各国在竞相发展航空母舰和其他舰船的同时,舰载直升机也如雨后春笋,以其独特的性能纷纷登场亮相。目前问世的各型舰载直升机主要有:舰载反潜直升机、舰载反舰直升机、舰载水雷战直升机、舰载预警直升机、舰载运输直升机和舰载救援直升机等。这些被誉为"海空轻骑兵"的舰载直升机,在世界大大小小的海战中扮演了重要的角色,立下了汗马功劳。
  一、舰载直升机的作战任务和使用环境
  自从1942年德国海军拉开舰艇搭载直升机执行海上战斗任务的序幕以来,舰载直升机在运输、搜索救援、垂直补给、反潜和反舰、布雷和扫雷、侦察和电子干扰等方面执行多种作战任务。归纳起来,舰载直升机主要可执行的作战任务为:登陆作战,执行运输和火力支援任务;搜索救援任务;垂直补给任务;侦察和电子干扰任务;布雷和扫雷任务;反潜和反舰任务等。
  舰载直升机是以舰船为基地,主要在海上活动,其使用环境与陆基直升机有明显不同,它不像陆基直升机那样有坚固的起降场地,而是起降于摇晃不定的舰船甲板上,因而,舰载直升机的起飞,降落及甲板上悬停作业,比陆上飞行困难得多。总体来说舰载直升机的使用环境具有以下特点:海上风浪环境中舰船的运动;舰面飞行甲板区域流场复杂;舰面飞行甲板的尺寸小和周围障碍特多;海上气象变化复杂;"舰面共振"环境等。
  舰载直升机的主要任务极大的影响着其未来的型号发展趋势,而特殊的使用环境对舰载直升机的技术特点也有不同的要求。
  二、主要国家舰载直升机的型号发展趋势
  随着科技不断进步,舰载直升机执行的任务种类越来越多,为了适应当前海上作战对舰载直升机的要求,舰载直升机型号发展呈现出以下特点。
  (一)反潜直升机性能不断提高
  反潜直升机指的是指能通过机载搜潜设备,对水下目标进行搜索、探测、跟踪、识别及定位,并能利用机载攻潜武器对探测到的敌方潜艇实施攻击的直升机。现代反潜直升机除具有反潜功能外,还具有一定的反舰、海上搜索与救援和垂直补给等能力,是一种多任务空中平台。
   20世纪50年代中期以前,反潜直升机仍处于探索与试验阶段,尚未获得广泛的实战应用。这一时期的反潜直升机采用的都是功率小的活塞式发动机,只载有有限的搜潜设备,基本上不携带攻潜武器,只能完成简单的搜潜任务,不具备攻潜能力。到了60年代,随着美国对SH-3"海王"的改进,以及苏联卡莫夫直升机设计局卡-25"激素"、法国宇航公司SA-321G"超黄蜂"的推出,反潜直升机开始采用较大功率的涡轴发动机,其性能有了较大改善,既可携带各种搜潜设备,又可携带一定的攻潜武器,成为搜潜/攻潜功能相结合的平台。70年代,随着SH-2"海妖"和SH-60"海鹰"的问世,特别是美国海军实施的"轻型空中多任务系统"即兰姆普斯(LAMPS)计划,反潜直升机开始向机舰综合的多任务能力方向发展。80年代,EH工业公司和NH工业公司分别推出EH101和NH90通用直升机,使现代反潜直升机朝综合化方向发展,并具有了更强大的搜潜/攻潜/反舰及多任务能力。自20世纪80年代以来,反潜直升机有了引人注目的发展,不仅任务功能从搜潜、攻潜、反舰扩展到海上搜索救援、垂直补给、空中预警、航母战斗群的协同作战等,同时具备了全天候执行任务的能力。
  从发展过程来看,反潜直升机经历了一个由单一搜潜功能到搜潜/攻潜/反舰综合功能,再到多任务能力的发展过程。
  (二)反潜直升机的搜潜设备与攻潜武器不断发展
    自20世纪50年代反潜直升机首次采用AN/AQS-1型吊放声纳以来,搜潜设备有了较大发展,先后出现了近40种机载吊放声纳。到了60年代,特别是70年代以后,声纳浮标开始获得广泛应用。除吊放声纳、声纳浮标外,反潜直升机的搜潜设备还包括:声处理器、磁力探测仪、搜索雷达及红外探测仪等。反潜直升机的攻潜武器主要有深水炸弹和各型鱼雷,执行反舰任务时携带反舰导弹。
  (1)吊放声纳与声纳浮标结合使用
  目前,反潜直升机仍以吊放声纳和声纳浮标作为最主要的搜潜设备。声纳是利用声波在水中传播的特性,通过电声转换、信号处理和终端显示,完成对水下目标的探测、定位、跟踪、识别等任务。现在的反潜直升机通常是将两种声纳结合使用,以弥补各自的不足。单独使用吊放声纳或声纳浮标,都将会限制反潜直升机的反潜能力。
  (2)非声探测发展前途广阔
  除吊放声纳和声纳浮标等声学探测设备和相应的声信号处理系统外,目前的反潜直升机还采用一些非声探测设备,主要包括磁力探测仪、搜索雷达、红外探测仪等。磁力探测仪是磁异探测器、磁补偿器与水下异常探测器的总称。它作为重要的非声探测设备,战术使用时通常是在攻潜之前对已发现的潜艇进行识别和精确定位。搜索雷达主要用于搜索与跟踪露出海面的潜艇潜望镜或通气管,以及在水面上航行的潜艇及其它舰艇。有些雷达还具备对反舰导弹进行制导的功能。红外探测仪是利用红外技术感受潜艇通过某一水域所引起的海面水温的微小变化,从而在低能见度条件下发现与识别靠近海面的潜艇。这些新型搜潜设备的出现,使反潜直升机有了更大的选择余地。
  (3)攻潜武器不断发展
  反潜直升机的攻潜武器主要有鱼雷和深水炸弹两种。直升机携带的攻潜鱼雷一般都是小型的,但其威力足可重创一艘现代化的潜艇。目前反潜直升机使用的攻潜鱼雷主要有美国的MK46和MK50、英国的"魟鱼"、意大利的A244-S、瑞典的TP-42等。深水炸弹也是反潜直升机主要的攻潜武器之一,比较典型的深水炸弹有美国的MK54-1、英国的MK6和MK11、俄罗斯(苏联)的RGB-10/-12/-25/-60等。
  (三)布雷与扫雷直升机全部改型而成
  在海战中,直升机可布撒或扫除水雷,从而直接毁伤敌方海上舰艇,或为己方排除前进中的障碍。直升机布雷具有速度快,机动性好、能远距离布雷,且不受气候条件的限制的特点;而对于清扫水雷场来说直升机比水面舰船更有优势,具有速度快,安全性好,能借助空运手段快速部署到遥远的海域等特点。但扫雷直升机及其扫雷设备非常昂贵,目前使用这一扫雷手段的国家仍然不多,主要有美国、俄罗斯和法国,大部分国家的海军买不起足够数量的扫雷直升机。在直升机扫雷的研究与使用方面,美国处于领先地位。美海军正式投入使用的扫雷直升机都不是专门设计的,而是由其它直升机改装而成的,有RH-3A"海王"、RH-53D"海种马"和MH-53E"海龙"3种。RH-3A由SH-3A改装而来, RH-53D在CH-53基础上加装扫雷工具改成,"海龙"由CH-53E"海种马"多用途直升机改进而来。
  (四)舰载预警直升机越来越受到重视
  世界各国在分析了英阿马岛战争的经验教训后,纷纷展开了预警直升机的研制工作。英国在分析后认为,没有预警机,舰队不能及时发现低空敌机活动, 因此把两架"海王"直升机改装为"海王"Mk2 AEW预警直升机。之后,为提高直升机的预警能力,英国又研制了ASaC MK7预警直升机,ASaC MK7是"海王"MK2预警直升机的改进型,装备全新的"守门狗"(Cerberus)任务系统,以解决"海王"MK2存在的各种性能不足问题。1998年8月英国国防部决定出资进行EH101"灰背隼"预警型的研制,用于取代预警型"海王",以满足英国海军的前方预警要求(FOAEW)。
  苏联海军吸取了英国在马岛战争的惨痛教训和英国改装"海王"预警直升机成功的经验之后,在1987年由卡-27反潜直升机加装雷达改装而成的预警直升机试飞成功,编号为卡-31。卡-31预警直升机虽然与英国的"海王"预警直升机一样存在升限低、航程短的缺点,但对于缺乏大型航母的国家仍极具吸引力。卡-31可在航母、大型舰只或陆上基地起降,并且造价便宜,目前已有多架卡-31在俄罗斯海军服役。
  而美国最新研制的倾转旋翼机V-22"鱼鹰"既具有固定翼飞机的高速度、远航程特点,又具有直升机的垂直起落和悬停特点,是战术预警雷达的良好搭载平台。
  从几个国家近期发展来看,舰载预警直升机正在越来越受到各国政府重视。
  三、舰载直升机的技术特点
  舰载直升机的通用技术与其他军用直升机没有什么本质的区别,但由于舰载直升机面临的起降条件、气象条件、飞行环境等与陆基直升机有较大的差异,因此,在实际使用中对舰载直升机还有一些特殊的技术要求,例如,外廓尺寸较小;重心低稳定性好;系统可靠性高;可全天候使用;起降性能好;能在水面起降;可维修性良好等。在新研制的舰载直升机或改进改型中,常采用一些新技术来有效地改善新机的飞行性能和飞行品质,提高了它们的任务效能和成本效益。
  (一) 舰载直升机的通用技术
  从通用技术角度来看,这些舰载直升机具有以下一些显著的特点:
   (1) 采用新型旋翼系统,包括新的高效三维变化翼型、全新型复合材料桨叶、球柔性桨毂,如NH90就采用4片复合材料桨叶和钛合金球柔性桨毂,并采用先进的OA3桨叶翼型,"山猫"和EH101旋翼桨叶采用BERP(英国实验旋翼计划)桨尖,旋翼拉力比常规桨叶提高30%~40%,"山猫"直升机用这种桨叶于1986年8月11日创造了每小是时400千米的世界速度纪录,改善了直升机旋翼的气动特性,实现了视情维护,使桨叶达到无限寿命。
   (2) 大量采用了新型复合材料,甚至一些关键部位也采用复合材料,从而有效地延长了直升机的使用寿命,降低了直升机的结构重量。如NH90的机身结构为全复合材料,复合材料机身使空机重量比采用普通机身的降低了约15%,同时增加了机身的刚性和耐腐蚀性,提高了弹伤容限,减小了雷达和红外特征信号,提高了抗坠毁性能。
   (3) 机身与一些主要部件(包括发动机)采用模块化结构,大大减少了零部件数量,简化了结构的复杂性,便于维护和维修。
   (4) 采用更大功率的发动机,增大了有效载重,提高了直升机的性能。发动机装有先进的全权数字控制和状态与使用监控系统,如NH90就装有这两种系统,实现了对发动机的视情维护。
   (5) 采用先进的综合航空电子系统和任务设备,特别是数据总线、任务计算机和综合的多功能显示器以及信息数据融合技术,实现了信息共享和多路传输,加上先进的夜视传感器和探测系统,使得这些直升机具备了全天候使用的能力。这些先进航空电子系统和任务设备的使用,不仅大大减轻了飞行员的工作负担,同时有效提高了直升机的任务效能。如NH90的核心电子系统就是在双余度数据总线基础上构建的,通过多台计算机来综合直升机的任务设备系统,该系统由航空电子控制系统,控制和显示系统,通信和识别系统,导航系统,设备管理系统5个子系统组成。
   (6) 先进的电传操纵系统在新机中得到应用,有效改善了直升机的操纵品质。如NH90采用包括基本飞行控制系统和自动飞行控制系统的4路电传操纵系统,通过4台余度飞行控制计算机控制旋翼和尾桨的液压伺服系统;MV-22B则采用3余度电传操纵系统,其中包括3余度主飞行控制系统和3余度自动飞行控制系统以及3余度飞行控制计算机。
   (7) 采用先进的减振降噪技术,如单片桨叶的振动控制以及机体结构的振动主动控制以及噪声主动抑制等,大大减小了直升机的振动和噪声水平,提高了乘员的舒适性。
   (8) 采用一体化设计和制造技术,开发一些新的制造工艺,严格控制研制与制造成本,提高成本效能。如NH90桨叶采用CATIA/CAD/CAM设计,具有重量轻、耐腐蚀、抗雷达波、耐23毫米口径弹头弹击的最佳协调。MV-22B在生产型设计中成立了"综合产品小组",其任务是使用可得到的最好材料,以降低费用和重量并同时改进质量,综合产品小组使重量减少了1000千克,费用减少了22%,零件数减少了36%,紧固件减少了34%。
  (二)舰载直升机的专用技术
  除此之外,舰载直升机还具有以下的专用技术特点:
  一是旋翼和尾斜梁要能折叠,这主要是基于缩小舰载直升机的停放空间。目前服役或正在改进改型的舰载直升机大都采用电动旋翼和尾斜梁折叠技术。桨叶折叠一般过程如下(如EH101):①旋翼刹车;②启动自动折叠程序;③将旋翼的不折叠桨叶移至后部;④飞控系统被设计定在固定位置,确保有合适的折叠外形;⑤插入自动作动筒销,锁定自动倾斜器;⑥折叠桨叶的摇臂中每一个都装桨叶折叠机构,该机构卸下其中一个桨叶销,然后将其桨叶移向尾部;⑦尾部装置向前、后下移,使平尾位于后机身下方。
  二是为了便于水上降落,机身一般都是水密结构,并大都可选装浮筒或漂浮装置。
  三是为了便于装卸货物或士兵快速离机,一般尾部开有装载跳板/门。
  四是防冰除冰,由于舰载直升机在海洋环境下使用,防冰除冰是必须要解决的问题。当前一般舰载直升机大都采用电热除冰装置。当前,防冰系统正向轻质、低功耗和抗电磁干扰的方向发展。
  五是综合保障技术,舰载直升机需要在气象条件变化无常的海洋环境中飞行,经常在面积狭小、摇摆不定的舰船甲板上起降,又要完成各种复杂的海上作业,危及其安全性的因素很多,而舰载直升机的舰上起降、舰上停放、舰上牵引是影响其安全的三个要素,这也成为舰载直升机综合保障系统所要考虑的重点问题所在。
  六是舰载直升机动态对接飞行试验技术。自从使用舰载直升机以来,由于舰载直升机使用环境的特点,引起了陆基直升机没有遇到的附加难题。这些特点包括:舰的运动;舰的上部结构产生的尾流;飞行甲板有限的降落面积(尤其是搭乘直升机的小型舰船)。为了评估直升机在特定级别的舰上的使用能力,确定与这种使用环境有关的各种限制,大多数国家都制定并执行了舰载直升机飞行试验计划,并称之为动态对接试验。除了确定和量化各种舰载飞行条件下直升机的使用能力外,动态对接试验还须评估舰上航空设备和程序的适用性和安全性。影响舰载直升机安全使用的因素很多,飞行甲板的大小、形状、位置和标记,与舰上部结构的远近,不可预测的舰运动和扰动尾流的影响必然增加直升机舰上使用的困难。此外,舰上或周围的照明、飞控系统性能下降、基本直升机飞行特性较差等情况也进一步增大了舰上使用的难度。因此,动态对接试验要求系统地测量和确定这些潜在不利因素的影响及其复杂的相互关系,并给出直升机舰上使用包线。除了发展舰上使用包线,动态对接试验还评估和提供舰上相容性资料,评估舰上尾流、废气和舰上电磁干扰等对舰载直升机使用的影响。此外,还须评估舰上目视降落辅助装置、照明及飞行甲板标记的适用性。(作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 张广林 张慧)(责编洪山)
世界旋翼机市场预测及产业发展  



  旋翼机是指利用有动力驱动的旋转旋翼提供升力、推进力和操纵力的飞行器,具有垂直起降、空中悬停、前后左右飞行的能力。正是由于旋翼机具有这种能力,因而在军民用领域用途非常广泛,在各国的国防建设和国民经济建设中发挥着重要的作用,并已形成了较大的产业。
   美国、欧洲、俄罗斯等世界知名的直升机公司一直以来都致力于走产业化的发展道路,积极参与国际合作和竞争,特别是欧洲直升机公司、贝尔直升机公司等世界知名公司通过坚定地走产业化发展道路,已在世界旋翼机市场竞争中处于优势地位。
   1 世界旋翼机产业市场分析预测
  旋翼机经过几十年的发展,逐渐形成了一个较大的产业,根据近几年来的产量、产值、各直升机公司的销量和对未来的预测数据进行统计分析,可以得出目前和未来旋翼机的产业规模和和竞争态势。
  根据公开的期刊和各直升机公司网站发布的数据进行统计分析可知,2004年全球共拥有近5万架旋翼机,其中民用旋翼机约26120架,现役的军用旋翼机约23690架。
  根据国际预测公司预测,2006年至2015年10年间世界民用旋翼机的总产量为12195架,总产量从2006年的1417架下降到2015年的1089架,市场前景并不乐观,民用旋翼机的总产值250.851亿美元,每年的产值保持在25亿美元左右,显现出平稳的态势。与民用旋翼机市场低迷状态不同的是,在未来十年间,军用旋翼机市场显现快速增长的态势。军用旋翼机的平均单价为民用旋翼机的平均单价的8倍多,民用旋翼机产量占总数的65.59%,产值却仅占总产值的19.83%,与军用旋翼机改进改型的产值相当,而军用旋转翼机产量仅占总产量的27.24%,产值却占总产值的66.10%,未来十年,包括改进改型在内的军用旋翼机产值占总产值的五分之四,市场非常巨大,值得我们高度关注。
  无论从旋翼机产量和产值的历史数据还是对未来十年的预测数据来看,世界旋翼机市场基本上仍然被美国和欧洲两大巨头垄断,激烈的竞争也主要在它们之间进行,包括俄罗斯、中国在内的旋翼机产业的发展空间将会受到美国和欧洲的强烈挤压,前景不容乐观,如何在美国和欧洲两大旋翼机产业巨头之间寻找到我国旋翼机产业的发展之路是我们需要认真研究的课题。
   2 美国旋翼机产业发展分析
  美国研制生产旋翼机的公司主要有:波音公司,贝尔直升机公司,西科斯基飞机公司,恩斯特龙公司,施韦策公司,罗滨逊公司等。美国政府及各直升机制造公司为了保持美国未来在旋翼机产业的竞争优势,采取了一系列发展对策,主要包括:
   2.1出台保持美国领先的航空计划
  自第二次世界大战以来,美国在旋翼机技术方面一直是无可的世界领袖。今天,美国在旋翼机领域的世界领袖地位已不再无可,面临的不仅是基于集团层面的竞争,而且日益面临基于国家层面的竞争。正是基于这种认识,美国出台了《响应呼唤:保持美国领先的航空计划》,在该计划中对航空的国家需求、竞争前景、行动计划、综合计划和预算、空域系统、航空安全和保安、航空动力、高超声速飞机、超声速飞机、旋翼机、亚声速飞机、跨领域技术等做了全面的分析、研究和规划。其中有关旋翼机的计划内容就有近百页,该计划包含的主要内容如下:
  (1)旋翼机机体
  除一个全面的飞行演示项目外,该计划由26项单独的技术项目组成。该项目分为7 个研究领域,其中包括:内外噪声,振动和减重,气动效率和安全改进,零(云层高度)-零(能见度)飞行操作。这些项目代表了对满足美国国家需求有巨大影响的一批技术。这些项目多数以某类飞行演示试验或风洞试验结题。目标是由该计划提供经费,对所有主要的技术提供完整的综合演示。旋翼机机体领域的可交付成果包括5 个主要的演示验证,其中包括传动系统干运转演示、减振演示、旋翼机结冰试验、经济可承受的障碍物探测传感器演示、旋翼性能优化演示。
  (2)旋翼机动力
  该部分内容由8 项技术组成,主要集中在小型燃气涡轮(涡轴)发动机。这些技术的大多数同样可应用于一般的航空发动机上。由旋翼动力领域提出的计划包括作为里程碑和可交付成果的部件基础试验,其中包括:发动机高温测试设备;小型燃烧室试验台试验;涡轮反转试验台试验;陶瓷基复合材料(CMC)低压涡轮叶片试验台试验;可变进气口试验台试验;箔制空气轴承的旋翼动力学试验台试验;应急动力试验台演示。
   2.2美国军方安排多个项目推动旋翼机产业发展
   2006年2月布什政府向国会提交了4393亿美元的2007财年国防部资金预算申请。该申请比已获批准的2006财年的4108亿美元国防支出增加了285亿美元,增幅7%。国防部计划2007财年花费更多资金用于购买新武器系统、人员支出和战斗力使用与维护。研发支出仍将保持充裕。2007财年国防预算申请中用于旋翼机费用总计达68.14亿美元:9亿美元购买36架AH-64"阿帕奇",1.41亿美元购买8架武装侦察直升机,6.2亿美元用于2架CH-47F"支奴干"新机研制和21架改进,2.54亿美元用于研制"作战搜索与救援"(CSAR-X)直升机,1.99亿美元用于购买39架轻型通用直升机,9亿美元用于支持25架MH-60R直升机有关工作,6亿美元支持18架MH-60S直升机有关工作,9亿美元购买38架UH-60"黑鹰",23亿美元购买16架V-22"鱼鹰"倾转旋翼机。可见,对美国各直升机公司来说,美国军方的旋翼机型号研制和采购就是一个巨大的市场。
  不仅如此,美国军方还安排了A160"蜂鸟"、"无人小鸟"、TR918"鹰眼",Q-8A"火力侦察兵"等无人旋翼机项目,并且大都已进行飞行试验阶段。取得了一大批成果,如2006年"无人小鸟"和"鹰眼"两型旋翼机首飞成功,A160"蜂鸟"也重新试飞,"火力侦察兵"进入高速舰船试验,并完成了武装直升机控制无人直升机外挂武器的初步试验。同时美国政府一直对各公司新概念旋翼机的探索工作进行有力的支持,近几年来一方面继续支持推进新概念旋翼机开发和旋翼/推进桨复合功能布局无人机的研究工作,另一方面支持对"四发倾转旋翼机"进行了深入研究,并于2006年完成了模型风洞试验。更为重要的是前几年启动了一大批直升机研制项目,有力地支持着各直升机公司产业的发展,主要包括:
  (1)美国陆军的"武装侦察直升机(ARH)"采购计划
  (2)美国海军陆战队采用新技术升级AH-1和UH-1直升机
  (3)美陆军计划采购"轻型多用途直升机(LUH)"
  (4)美空军实施作战搜索与援救(CSAR)直升机项目
  (5)美军方提出联合重型旋翼机(JHL)方案
  (6)美陆军继续升级AH-64"阿帕奇"直升机
  
   3 俄罗斯旋翼机产业发展分析
  在苏联时期,其直升机技术和产业的发展水平与美国和欧洲一些发达国家相比,并不逊色, 尤其是军用直升机的技术水平和产业规模基本和美国势均力敌。但在20世纪90年代苏联解体之后,由于经济危机,俄罗斯军队已经停止订购新型直升机,没有国防订单,再加上航空客运急剧下降,整个航空业实际上处于瘫痪之中。直升机制造业,如同整个俄罗斯航空制造业一样,产量和出口量连年下跌,1999年直升机产量跌落到最低谷,全年仅新制造了40架直升机。俄罗斯的"米"和"卡"系列型直升机的世界市场占有量减少为5%~6%。自普京总统执政以来,这种情况正在慢慢好转,最近几年,俄罗斯直升机制造业取得了一定的增长。
   3.1当前俄罗斯旋翼机产业发展背景
  俄罗斯在经历了90年代的经济危机之后,开始对战略性行业的发展进行反思。为推动直升机产业走出低谷,恢复在世界航空市场上的强国地位,俄罗斯政府变换思路,出台了一系列政策和法规,以改善目前的不良状况。在这些措施和努力下,俄罗斯直升机产量不断增加,2006年,俄罗斯的直升机企业一共生产了99架直升机,与2005年的78架相比,数量上增加了14%,另外,2006年俄罗斯还维修了14架直升机。俄罗斯预测,到2015年,其在世界直升机市场上的占有量将达到15%,俄罗斯自己的预测数据与国际预测公司的预测数据有较大的差距,到2015年要实现这个目标有较大的难度,但如果俄军方大量增加国防订货,并且从现在起俄罗斯采取切实可行的措施扶持民用直升机的研制,也并不是完全不可能的。
   3.2俄罗斯旋翼机产业发展特点
  (1)在投资和管理方面,国家大力投入,进行行业整合
  俄罗斯的"卡"式直升机与"米"式直升机一直在世界军售市场享有很高的声誉,但近数十年来"卡莫夫"和"米里"两家直升机生产巨头为争夺俄罗斯国内市场而竞争得不可开交,严重影响了各自国外市场的发展,特别是在20世纪90年代,直升机出口急剧降低,如想打开被动局面,重新占领世界市场,首先必须消除企业的分散状态和内部竞争。于是,俄罗斯开始了直升机行业的整合。
  俄罗斯直升机行业的整合是在联邦目标规划《国防工业系统改革与发展2002~2006》框架下进行的,2004年12月俄罗斯总统普京颁布的法令,要求把与"米"系列直升机有关的设计单位和批生产厂整合在一起,成立直升机控股公司,并要求公司中国家资产比例不少于51%,直升机控股公司的上级管理机构的职能将由开放式股份公司-"国防工业"联合工业公司履行。同时,为了组建控股公司,俄罗斯政府还将吸纳其他各直升机制造企业的国有股份。卡莫夫直升机公司、喀山航空生产直升机厂与罗斯托夫直升机控股公司先后以不同形式进入直升机股份公司。
  成立直升机控股公司的主要目的是在直升机制造领域建立现代化的生产关系,恢复各独立企业之间的行政和科研关系,大型的控股公司能够有效地参与世界市场的竞争,并吸引投资。将来,俄罗斯直升机产业也将进一步进行整合,但具体方式尚无定论。
  (2)在产品销售方面,注重拓宽海外市场
  为增加销售收入,俄罗斯直升机公司在政府的支持下积极拓宽海外市场,近几年,俄罗斯直升机产品在国际航展频频亮相,吸引了很多国家和公司的注意。俄罗斯直升机目前仍在许多国家使用。近一两年来,俄罗斯又同拉美国家签订了一些新的合同,例如与委内瑞拉已经签订了五年内购买44架直升机的预订合同,其中前10架将包括米-17和米-35军用直升机,以及米-26重型运输直升机。俄罗斯国防出口公司还打算同智利空军和陆军签订合同提供米-17V5直升机。在亚洲,俄罗斯直升机有着不错的销路,在印度、巴基斯坦、韩国等国家俄罗斯直升机的飞行和使用性能受到高度评价。另外,西班牙、瑞士、加拿大等国也在使用俄罗斯直升机。为保持已有的市场,并占领新的国际市场,俄罗斯采取了一系列的措施,包括:
   ·建立维修基地,改善售后服务
   ·改换国外发动机,取得适航证
   ·放宽出口政策,实行价格优惠
  (3)依据市场要求和国家规划进行产品研制开发
  俄罗斯直升机在产品研发方面,更加注重市场需求,目标定位更加明确。由于国防订货的增加,俄罗斯开始重新大力发展军用直升机,民用方面主要依据民机发展规划进行产品研制。
  首先,军用直升机方面,俄罗斯增加了国防订货,在俄罗斯新出台的《国家武器发展规划2007~2015年》之中,国家预计在2015年前采购米-28N直升机67架,卡-50直升机12架;其次,民用方面,根据最新《2002~2010及2015年前民用航空发展规划》,俄罗斯将研制发展米-38直升机和卡-62直升机。
  总之,现今俄罗斯在直升机产业上已经开始逐渐摆脱20世纪90年代经济危机的影响,重新走上发展的道路。俄罗斯政府提高了对直升机产业的重视程度,增大了资金投入,加强了对企业的整合,直升机公司也对自身的发展提出了明确的目标,打破传统惯性,针对市场需求制定规划,形成军用、民用,轻、中、重型直升机共同发展的局面,尽管目前俄罗斯直升机产业还存在各种各样的困难,但产值已开始增加,发展开始进入正轨。当然也应注意,俄罗斯在国际市场上要面对来自美国和欧洲的强大竞争,未来的发展前景仍然不是十分明朗,其直升机产业能否快速发展,关键是要看俄军方的订货量和国内民用直升机的采购量是否有较大幅度的提高。
   4 欧洲旋翼机产业发展分析
  欧洲旋翼机产业非常发达,特别是在民用旋翼机的研制、生产、服务领域都走在世界前列,据统计,目前欧洲专业的直升机服务公司(不包括俄罗斯)就达418家,拥有直升机2463架。欧洲直升机研制公司主要有:欧洲直升机公司,阿古斯塔公司和韦斯特兰公司。欧洲在推动旋翼机产业发展方面主要采取了以下措施。
   4.1出台《欧洲航空计划》,推动直升机技术进步
  欧盟整合整个欧盟内部的研究力量,组织欧盟各航空企业,院校等开展航空技术攻关活动,出台了《欧洲航空计划》,其中直升机部分的研究项目包括:
  (1)用于验证CFD程序的先进直升机空气动力学实验数据库建设
  项目研究目标是:增强考虑整个直升机结构的欧洲直升机工业的空气动力预测能力;创建实验数据库,确认计算不稳定粘性流的三维不稳定平均雷诺数纳维尔-斯托克斯 CFD方法,其中包括计算整个直升机结构(主旋翼-机身-尾桨)的旋翼动力学,并强调气流分离及从层流转入紊流的粘性现象;评价和确认欧洲使用最多的预测整个直升机周围的粘性流(其中包括气流-结构耦合)的复杂的斯托克斯解决方法;为直升机结构周围的粘性流数字仿真建立最好的实践指南。
  (2)共轴式喷气噪声的计算
  项目研究目标是:验证和改进用于任意几何尺寸的共轴喷管喷气流预测的已优化CFD技术;开发能从CFD计算结果预测声场的航空声学程序;获取能验证这些程序的空气动力和声学数据。
   (3)为旅客和环境友好型直升机提供支撑的综合技术
  项目研究目标是:根据飞行条件,声音区域减小30%~50%;高速飞行时的燃油消耗减少6%以上;座舱噪声水平在75dBA以下,与正常巡航飞行的航班座舱相当;座舱振动在0.05g以下,与同一飞行区域平稳飞行的喷气客机的舒适性相当。
  (4)直升机乘员安全技术的应用
  项目研究目标是:在直升机坠毁中提高乘员的生存概率和降低受伤风险;基于汽车工业在安全约束方面比航空工业的安全标准要先进得多的事实,研究和发展工作主要集中于改进对乘员的保护;把主动和被动安全要素综合到直升机中,并且利用现有汽车工业的经验为直升机乘员发展和引进新的被动和主动安全设备。这种安全设备必须能够不受乘员体重、身材大小及座位位置(侧面座位、休息位置、躺在担架上等)的限制保护乘员。
   4.2成立欧洲直升机股份有限公司
   1992年1月,法国宇航公司与德国MBB公司直升机业务实行联合,成立了欧洲直升机股份有限公司,法国宇航公司实际握有该公司70%的股份,德国MBB占30%的股份。欧洲直升机公司是世界上最著名的直升机公司之一,民用直升机研制水平、市场占有率与贝尔直升机公司相当,军用直升机的研制生产水平与波音直升机公司相当。目前正在大力扩大海外市场,如2006年,欧洲直升机公司新建的俄罗斯子公司-欧洲直升机沃斯托克公司,旨在俄罗斯推销欧洲直升机公司的产品和服务,此外它还将在瑞士和西班牙建EC135装配生产线,在新加坡将成立一所地区飞行员训练基地等。欧洲直升机公司在直升机技术方面也加大了投入力度,2005年9月欧洲直升机公司一架装有自适应旋翼系统的BK117直升机成功进行了首次飞行,2006年4月又使用一架EC145试验直升机完成了新开发的5桨叶"先进技术旋翼"的首次飞行。该公司不仅在旋翼技术方面具有很强的实力,而且在电传操纵和光传操纵、复合材料应用等方面的研究工作也都走在世界前列。2000年欧洲直升机公司整体加入了欧洲宇航防务集团(EADS),成为其中的一个业务单元。目前,欧直公司的主要发展策略为:
  (1)通过不断新研和改进改型抢占市场
  欧洲直升机公司自1992年初成立以来,就制定了通过不断加强改进改型,研制技术先进、性能好、适用性强、价格便宜的新型直升机来抢占市场的策略。2006年欧洲直升机公司销售民用直升机252架,无论是产量还是产值都位于全世界第一。积极的全球市场竞争和全新的以客户为本的策略使欧洲直升机公司在民用直升机市场上独占鳌头,巩固了它在民用直升机市场的老大地位。
  (2)积极参与世界军机市场的竞争
  欧洲的直升机制造商在军用直升机领域的竞争能力比美国要弱一些,但近几年在民用直升机领域取得不俗的成绩后,又积极参与全球的军用直升机市场的竞争,同样取得了不俗的成绩。如欧洲直升机公司在韩国直升机项目(KHP)中竞争获胜,另外,在美国陆军的"轻型多军途直升机"(LUH)的竞争中击败美国的竞争对手,争取到了美国陆军采购322架LUH的合同,总价值超过30亿美元。这是该公司首次作为主合同商赢得美国国防部的合同,有助于其赢得更多的美国合同。
   4.3加强国际合作,研制新一代旋翼机
  在20世纪90年代中期,阿古斯塔公司对重型多用途直升机市场进行深入分析和对多用途直升机市场需求进行研究后,积极调整并提出新战略目标:一是瞄准21世纪市场空缺,研制性能好、价格低、使用成本低的新一代直升机;二是加强国际合作、实现技术和优势互补。
   1998年11月,阿古斯塔和贝尔直升机公司签订协议,以美国得克萨斯州沃思堡为基地成立贝尔/阿古斯塔公司。共同承担BA609倾转旋翼机和AB139通用直升机的研制、生产和销售。1998年4月16日,阿古斯塔与韦斯特兰公司的母公司签订理解备忘录,合并各自的直升机部,并于2001年2月宣布合并。合并后的公司称作阿古斯塔·韦斯特兰公司,它宣称是欧洲第一大、世界第二大直升机公司。阿古斯塔公司为合并的公司带来了民用产品和销售经验以及与贝尔公司合作的份额。韦斯特兰公司带来了军用合同、计划管理和用户训练技术。
   5 国外旋翼机产业的发展经验和启示
  通过对美国、欧洲、俄罗斯等国有关旋翼机产业发展状况可以得出一些值得我国在发展旋翼机产业过程中借鉴的经验和启示。归纳起来,主要有以下几点:
  (1)政府重视科研投入,保持技术领先水平
  美国、欧洲,甚至俄罗斯都出台了有关旋翼机的科技发展规划,采取的方式主要是政府、科研单位及直升机公司等共同制定出旋翼机技术发展的中长期规划,政府对科研项目进行全额或部份补贴,以保持本国旋翼机技术处于世界领先地位,增强本国公司在世界军民用旋翼机市场上的竞争力。
  (2)大力加强政府采购力度,促进本国旋翼机产业的良性发展
  美国、欧洲,甚至俄罗斯等国近几年来大力加强了政府对旋翼机的采购力度,特别是加强了对军用旋翼机研制、改进改型及采购力度,这主要是因为一方面各国国防建设的需要,另一方面,也是因为近几年来民用旋翼机市场不景气,政府对旋翼机产业的支持,以保持本国旋翼机产业的良性发展。
  (3)各直升机公司进行产业重组,做大做强
  面对日趋激烈的市场竞争和用户越来越高的要求,一些老牌的旋翼机制造商虽然拥有某些方面的旋翼机技术优势,但难以独自承受高额的新技术开发和新机研制费用,同时,新机的市场开发也需要投入较大的人力和财力,并且还需要投资建立相应的售后服务体系。另一方面,各个国家的相关产业政策也不完全一致,这也给那些老牌公司的新机进入不同国家的市场带来一定的困难。通过产业重组,共同出资组建新的股份公司,共同研制新的机型,共同开发市场,就能有效的克服上述各种弊端,从而将产业做得更大、更强。
   (4) 国际合作,抢占市场
  国际合作,抢占市场,已成为当今世界各个主要大的直升机公司研制新型旋翼机的首选途径。这种合作开发方式,与某家公司独自开发相比,具有更多的优点,例如,按比例共同承担研制风险,分摊研制费用,共享市场和售后服务网络等。在这次国际合作的浪潮中,实力强大的世界知名直升机公司一直处于主导地位。
  (5) 军民通用,一机多型,系列发展
  由于旋翼机军民通用性强,除了武装旋翼机外,其他型别的旋翼机基本上都是军民通用的,因此目前世界各大直升机公司大都采用军民通用,一机多型,系列发展的型号研制策略。以降低新机的研制成本,争取时间,同时可以建立统一、有效的军用通用售后服务体系,减轻维护、保障负担,为用户提供便捷、廉价的售后服务,从而使用户乐于采用新型旋翼机。在各个系列产品的发展过程中,有以下几条发展途径:一是在研制阶段就考虑军民用两种型别;二是先研制军用旋翼机再改为民用旋翼机;三是先按民用要求设计旋翼机,再改为军用型,然后按照不同的使用要求,通过加装相应的任务设备,从而发展出民用运输型和军用运输型两种主要的型别,还可以发展出要员专机型、医疗救护型等;四是对军民用型不断地改进改型,抢占市场先机,如采用更换先进的、大功率新型发动机,改进传动系统,改进旋翼系统和机身结构,航空电子设备升级,增装防冰装置,改善座舱环境,以及加装其他任务设备等。
  (6)市场策略,求新思变
  面对市场购买力参差不齐、而用户又有使用需求的状况,从20世纪末开始,西方一些大的直升机公司推出了一种全新的旋翼机营销策略,叫做"部分拥有制"。所谓部分拥有制是指:在财力、人力、设施等资源有限的情况下,某个用户只需支付部分资金用于购买旋翼机,按他所支付资金的比例,他就可以优先享有相应时间的旋翼机服务,这样,他就可以不需要拥有自己的机库、飞行员、调度人员等。这种部分拥有制对经济欠发达的国家和地区来说,是非常值得借鉴的。当然,实行这种部分拥有制,有很多相关的问题需要研究解决。另外,寻求与有潜在市场的国家进行项目合作,转包生产,并进行适当的技术转让等也是各直升机公司常用的市场策略。因此,在军民用旋翼机领域,更新观念,求新思变,创新营销策略,是争取用户、扩大市场份额的有效途径。(作者:中国航空工业发展研究中心 张广林 张慧)(责编 洪山)
英国直升机HUMS技术发展现状  



  直升机健康与使用监控系统(HUMS)是一个集航空电子设备、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统。它使用传感器和机载计算机与地面支持设备的计算机相连以便连续观察、自动记录和分析飞行机载设备的性能特征,从而监测潜在失效,对早期故障作出诊断。英国自1991年研制世界上第一个HUMS以来,先后开发了三代产品。前两代HUMS系统的开发主要集中于20世纪后期,代表了上世纪HUMS系统的发展水平。目前正在研制、生产第3代HUMS系统。
  一.英国直升机HUMS系统发展概况
  英国国防部目前正在实施的直升机HUMS计划,主要包括史密斯航宇公司的通用HUMS(GenHUMS)系统项目和阿古斯塔·韦斯特兰公司的"灰背隼"HUMS(Merlin HUMS)系统项目。前者用于"支奴干"、"海王"、"美洲豹"、"山猫"直升机,后者用于"灰背隼"直升机。
   1.通用HUMS系统项目概况
   1994年,英国国防部为更新直升机机队HUMS系统,批准进行系统改进方案研究。该项目取得了积极的研究成果,并赢得了项目资金,其成果写入"支奴干"、"海王"、"美洲豹"、"山猫"直升机的辅助设备要求(MER)文本中。由于该系统可用于所有传统的直升机,故称之为通用HUMS系统。1995年英国防部为此展开竞标活动。史密斯航宇集团赢得合同后,于1996年开始在"支奴干"直升机上安装GenHUMS系统,2000年10月进入服役,2002年6月该系统实现全面使用能力。史密斯公司为验证此系统,收集了25000小时的运行服务数据,实现了预期目标。
   "海王"直升机于2001年7月开始实施通用HUMS系统计划,包括5种型别直升机,分别是Mk3、Mk3a搜索救援型、Mk4"突击队员"通用型、Mk5"多用途型"和Mk7"空中预警型"。该项目进展顺利,目前通过了初步设计评审和关键设计评审阶段,试验安装阶段于2003年12月开始。第一架安装了GenHUMS 的"海王"直升机于2005年进入服役,其余飞机将于2007年进入服役,所有90架"海王"直升机最迟于2008年全部装上GenHUMS系统。"海王"HUMS项目充分吸取了"支奴干"直升机的经验教训,使该系统的设计安装成为了GenHUMS系统硬件发展的里程碑事件,它甚至对"支奴干"HUMS系统的重新设计产生影响,以促使采用新的GenHUMS系统标准。
  由于英国国防部在选择"山猫"直升机陆军和海军各型别的替换机种上犹豫不决,在现有"山猫"直升机的能力升级需求上也存在分歧,致使"山猫"Mk8型HUMS系统安装合同在2002年11月才开始启动。该项目已成功完成关键设计评审,于2004年春季开始试验安装,2005年底进入服役。但是"山猫"直升机HUMS项目的未来走向将受到"战场轻型多用途直升机"(BLUH)计划和"水面作战海上旋翼机"(SCMR)项目的影响。如果未来"山猫"的派生型满足BLUH计划和SCMR计划,GenHUMS系统将理所当然地被该直升机选用。
  目前,"美洲豹"直升机HUMS系统的风险减低工作已经结束,设计规范也已经完成,招标活动正在进行。在该机上安装HUMS系统属于"美洲豹"直升机综合改装项目(PIMP)的一部分。"美洲豹"直升机的HUMS系统计划于2006年服役。
   2."灰背隼"HUMS系统项目概况
  英国Merlin HUMS系统与GenHUMS系统有显著不同,那就是所有Merlin HUMS系统的安装将在初始飞机采办合同中详细规定。这就意味着Merlin HUMS系统的设计、安装、实施与维护将由其制造商阿古斯塔·韦斯特兰公司来进行,并且该系统完全综合到飞机关键系统中。
  第一批安装了Merlin HUMS系统进行服役的直升机是英国皇家海军"灰背隼"Mk1型直升机,它于1998年服役。当时,飞机HUMS系统软件仍然不够成熟。为消除软件与数据转换的缺陷,阿古斯塔·韦斯特兰公司在飞机软件系统程序编制、调试和运行等方面用多年时间进行技术攻关。英国皇家空军(RAF)"灰背隼"各型号直升机于2000年进入服役,这些飞机HUMS系统的安装是基于"灰背隼"Mk1型直升机,但是附加上了一些传感器以实现增强型HUMS系统功能(EHUMS)。当时,飞机软件系统不具备处理机载传感器所提供的数据的能力,直到2004年才得以解决。这项数据处理能力首先得以在Mk3型直升机上实现,此后推广到Mk1型直升机上。
   二.英国直升机两种主要HUMS系统功能比较
   Merlin HUMS系统与GenHUMS系统都是全面的健康监测系统,但在基本功能上有些不同。表1和表2列出了具体细节。需要指出的是,除了结构使用监测、增强型结构使用监测、定量碎屑监测等功能外,GenHUMS系统能力达到甚至超过了Merlin HUMS系统能力。Merlin HUMS系统处理数据多以各自独立分散的处理单元进行(如表1所示),而GenHUMS系统的处理方法却采用相对集中的方式。
  
表1 Merlin HUMS系统功能

英文缩写 系统功能
IBCOS 机内监测系统
FDR 飞行数据记录仪
SUM 结构使用监测
ESUM 增强型结构使用监测
TUM 传动装置使用监测
TVM 传动装置振动监测
ETVM 增强型传动装置振动监测(只对Mk3型)
QDM 定量碎屑监测
EUM 发动机使用监测
EHM 发动机健康监测
RTB 旋翼跟踪与平衡(只对Mk3型)

表2  GenHUMS系统功能

英文缩写 系统功能
BIT 机内测试
CV/FDR 座舱语音/飞行数据记录器
RTB 旋翼跟踪与平衡
RHM 旋翼健康监测
AHM 机体健康监测
THM 传动装置健康监测
EHM 发动机健康监测
LCF 低周疲劳寿命(发动机)
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  这两种HUMS系统都需要地面支持设备的支持,包括高度综合的Merlin HUMS系统也是这样。GenHUMS系统的地面支持设备是一个独立系统,专用于对HUMS系统的支持;而Merlin 增强型健康与使用故障诊断系统(EHUDS)则完全集成到其它设备中,并保持跟踪能力。这两种HUMS系统在机载软件计算与下载的状态显示(CI)等方面也存在不同。例如,安装到"灰背隼"Mk1型上的Merlin HUMS系统对动力传动系统部件的每一个传动振动信号计算4个参数,而装备到"支奴干"直升机上的GenHUMS系统则要计算传动振动的50个参数,多数与轴承、齿轮与轴等零部件有关。
  三.英国直升机HUMS系统发展策略
   1.通用HUMS系统的发展策略
  为减少通用HUMS系统开发成本,GenHUMS系统的采办策略定位于商用货架产品,因而也限制了它与直升机其它系统的综合。机载软件系统执行SIL S2安全级别标准(英国军标,S2级别相当于系统每年重大失效概率为10﹣3到10﹣2),即它的运行是处在安全相关系统中,而不是在安全关键系统中运行。这就意味着GenHUMS系统提供的数据仅仅用于适航建议。保障GenHUMS系统数据上传、下载与综合的地面支持设备,同样也执行SIL S2安全级别标准。值得指出的是,系统软件虽然执行SIL S2安全级别标准,但仍然需要进行大量评审试验,进行程序编制计划、模块测试、系统基准测试和鉴定活动。GenHUMS系统软件的需求跟踪和鉴定测试使用的是面向对象的动态需求系统(DOORS)。为最终鉴定此系统,英国防部对每一型号的飞机进行了一系列的飞行测试,以验证每一个参数。
   HUMS系统的首要任务之一是,直升机运营者能利用其搜集的数据进行零部件寿命判断、发现早期故障、制定维修计划等。为实现此目的,HUMS系统的数据可靠性就成为一个关键问题。数据的可靠性保障系统因而成为GenHUMS系统采办策略考虑的主要因素。目前,英国飞机制造商和军方准备将软件系统设计到SILS4安全级别标准中,以确保数据完整性。
  考虑到执行SIL S2安全级别标准的实际状况,同时确保该系统在前线维修人员和机组人员面前不至于失去可信性,在GenHUMS系统进入服役前,英国采取了以下成熟策略。该策略是只有当供应商(史密斯航宇集团、HUMS综合产品组和飞机完好性监测辅助委员会)与用户(飞机平台综合产品组、前线工作站)同时鉴定得出该系统功能是成熟的、数据是确信的结论后,该系统方可进入服役。这个工作组是该策略的核心组成部分,称为"支奴干"HUMS系统成熟度工作组。例如,"支奴干"Mk2/2a型直升机HUMS系统成熟策略确定了以延长大修间隔期(TBO)、最终实现视情维修(OCM)的目标。这个最终目标可能短期内不能实现,但提供了HUMS系统的发展方向。"支奴干"HUMS系统的座舱语音记录器和飞行数据记录器(CV/FDR)是从飞机交付后就开始运行的,但由于软件性能问题,其地面支持设备直到2001年中期才开始运行。该HUMS系统初始运行期间,存在大量虚警现象,从而限制了飞机监测能力的使用(AUM)。此问题直到2001年末一个新的软件编制成功后才得以解决。另外,"支奴干"HUMS系统的旋翼跟踪与平衡(RTB)能力、传动装置健康监测(THM)能力、发动机健康监测(EHM)能力、充分数据的搜集等直到系统达到了充分的置信度才实现。2003年6月,该成熟度工作组批准通过了"支奴干"HUMS系统的旋翼跟踪与平衡能力、机体健康监测能力。2003年10月,设置了GenHUMS系统的传动装置健康监测参数初始门限值。现在,"支奴干"GenHUMS系统的所有功能都已实现。
   2."灰背隼"HUMS系统的发展策略
  相对于GenHUMS系统的更新需求,"灰背隼"飞机在初始合同中就指定了HUMS系统。作为制造商安装航电设备的一部分,HUMS系统与飞机其它关键系统共享传感器、数据处理单元以及交互机载显示能力。因而Merlin HUMS系统需要最高安全能力等级,即达到SIL S4安全级别标准。
  该系统的鉴定包括从HUMS传感器开始一直到地面支持设备,尽管它不是无缝隙的端对端的程序。这不但是因为地面支持设备是在单独的合同中采办,而且是因为此程序上存在逻辑中断。具体地说,就是机载HUMS数据是通过数据转换卡(DTC)传送的。此数据转换卡会从飞机上拆下,送到地面支持设备以供使用。
   Merlin HUMS系统同样采用递增式采办策略。它预先限定HUMS系统的一项功能或几项功能,然后,利用记录的和综合的数据对此项功能在试验台上进行试验。在取得成功的基础上,进行一系列仪表飞行试验。搜集的任何数据将通过数据转换卡来利用。而且,所获取的数据也将与飞机仪器上记录的数据进行比较。HUMS系统功能获得认证后,将会发行到最终用户,并帮助训练用户使用这些数据。这项策略目前正用于Mk3型HUMS系统。Mk1型HUMS系统的研发将在Mk3型HUMS系统后期进行,如果可能的话,将利用从Mk3型HUMS系统搜集的数据。
  在完成这些递增采办认证后,还有一个最终项目,就是完成从HUMS系统传感器到数据转换卡涵盖HUMS系统所有功能的鉴定。从数据转换卡到地面支持设备的HUMS系统保障链将单独进行测试。作为最后的认证,传感器到地面支持设备的鉴定将依据数据转换卡下载的一系列数据。
  四.两种HUMS系统的发展前景
   1.GenHUMS系统
   GenHUMS系统项目在采办周期的不同阶段较好建立了平台发展计划。"支奴干"Mk2/2a现在充分安装了GenHUMS系统,在服役的2年期内,实现了全面使用能力。"支奴干"Mk2/2a型GenHUMS系统的成熟策略被证明是非常有效的,它成为实现直升机充分价值的有力工具。而且,这种方法从使用者的角度证明了系统可信性,维持了GenHUMS系统的可信度。从"支奴干"HUMS系统获得的经验将用于"海王"、"山猫"、"美洲豹"直升机HUMS系统的成熟计划,而对于这些项目,预计会在短期内实现全面系统能力。
  另外,GenHUMS系统成熟方法相比较Merlin HUMS系统来说,成本较低,设计、采办和更新周期较快。作为用户,在决定改进什么,什么时间做出改进等方面拥有更多的自主权。
  推行货架产品GenHUMS系统主要障碍是飞机制造商不愿使用HUMS数据来评定零件寿命,制定维修计划。在目前的后勤保障体系下,制造商每次修理零部件后收取报酬,没有必要采用HUMS数据。然而,英国国防部致力于改革后勤保障程序,从传统的采购协议过渡到指定飞机和零部件可用性水平的合同。这种商业上的激励措施将会改变现状。制造商将会利用所获取的任何数据来保障零件寿命的延长,从而减少维修资源。制造商将依靠HUMS数据来提高飞机可靠性,增加利益。
   2.Merlin HUMS系统
  嵌入到"灰背隼"直升机软件中的HUMS系统执行SIL S4 安全级别标准,并被制造商明文规定。而且,设计商批准了对地面支持设备所处理的数据的使用。因此,在支持适航性决策中,任何HUMS数据的使用,都通过了从传感器到地面工作站的充分支持。
  然而,执行SIL S4 安全标准的HUMS系统的充分实施并不是一件容易的事。设计商必须确信HUMS功能充分得到验证,产生的任何信息将用于适航性决策,因此拥有大量风险在内。另外,也要考虑其全寿命成本,不紧紧是财政,还有成熟时间。增强HUMS系统性能也不能孤立地进行,而且,在有利于提高飞机性能的飞机软件的改进中,任何HUMS的改进方案也将有可能抛弃。例如,在"灰背隼"Mk1型HUMS系统的早期应用中,一个软件缺陷问题阻止机载系统向数据转换卡传递数据,这个问题困扰时间长达1年多。尽管机载HUMS系统在此时间内也在应用,但没有数据从飞机上传下来。这除了导致数据丢失外,还使发展和成熟该系统遭受重大影响。
  对于安装到"灰背隼"机队上的采用SIL S4安全标准的HUMS系统,尽管该系统必须进行端对端测试和预先验证,但是仍然采用递增式采办策略,这一点与GenHUMS系统类似。因此,最终用户不需要收集大量数据,因为可以从GenHUMS系统的研发历程中获取经验。但"灰背隼"HUMS系统是否能在数据完整性拥有更高水平、是否能完全综合到空中交通系统中去,还要拭目以待。(作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 于晓伟)(责编姜)
国外重型运输直升机发展  


  引言
   运输直升机主要是承担战术运输任务,特别是搭载作战部队、分队,实施战术机动和机降作战任务。重型运输直升机是指起飞重量大于20吨的运输直升机。由于重型直升机有较快的速度,运载能力大,能装运重型武器装备,且无需机场起降,是一个较好的兵员和军事装备的运载工具。
   当前,快速反应部队以其灵活、迅速的优势而引起极大的关注,成为各国军队建设的重点之一。例如,北约将"多国快速反应部队"作为军队建设的第一层次;俄军把快速反应部队作为其常规力量的重要组成部分;美军还成立了"应急部队司令部",用于随时派出部队对付地区性冲突和突发事件。
   外军为使其快速反应部队具备快速机动、快速部署和较强的突击能力,十分重视装备重型运输直升机,如美国海军陆战队等装备了大量的CH-47D重型运输直升机;日本的快速反应部队有直升机大队,装备有CH-47D重型运输直升机,能在几小时内由基地机动至几百千米以外地区。印度近年来十分重视发展空运力量,为提高快速投放能力,计划于本世纪初将运输机增至330架、运输直升机增至300架,一旦发生危机,可将2~3个步兵师空运至2 000千米以外执行任务。
   1 重型运输直升机的主要特点
   重型运输直升机之所以越来越受到各国的重视,并在战争中频繁使用,是因为它具有如下主要特点:
   (1)重型运输直升机不受地面条件限制,能准确地将作战人员和物资运送到预定地点,这是它要完成的主要任务,也是其主要特点之一。
   (2)重型运输直升机能快速有效地完成战场机动任务。与徒步、车载等地面机动方式相比,重型运输直升机实施空中机动具有速度快的突出特点。重型运输直升机则可在空中直线飞行,根据需要把人员和物资运送到最需要的地点,其运输速度快且效率高,而飞机、火车甚至汽车一般都还需要二次运输。
   (3)可与地面部队密切协同,有利于战斗任务的完成。重型运输直升机低空、超低空飞行,能准确、清晰地了解地面战斗的情况,并与地面部队保持密切联系,随时配合地面部队行动,将战斗人员、武器弹药和各种后勤补给,运送到最急需和最适合的地点。
   (4)重型运输直升机有效载荷大,运输效率高。如CH-47D主舱内可乘33~35名武装士兵,可吊挂11793千克货物,而米-26能载80名全副武装士兵。
   (5)运输方式隐蔽,便于保存自己。
   基于以上原因,国外竞相装备重型运输直升机,并且在海湾战争、伊拉克战争及车臣等战争中发挥着重要作用。
   2 重型运输直升机的主要作用
  (1)机降部队
   利用重型运输直升机机降地面部队和重型装备,是重型运输直升机的首要使命。在海湾战争中,美军一次出动的300多架直升机中,主要是 CH-47、"黑鹰"等运输直升机,在武装直升机保护下实施纵深突击机降作战。机降中很快将三个空中突击营的2000人、50辆军车和榴弹炮、大批燃料和弹药运到伊军纵深80千米的位置。紧接着美军大批运输直升机连续空运12小时,向这一地区运送了数以千吨物资,开辟了一个面积150平方千米的前进基地。同时另一部分直升机搭乘先头部队,采用蛙跳方式继续前进,像把尖刀直插伊拉克腹地幼发拉底河谷,切断了伊军29个陆军师、数十万大军的退路,取得了很大胜利。这可以说是现代战争大规模运用运输直升机机降成功的典范。
  (2)运送武器弹药等作战物资
   重型运输直升机可采用内装或外吊方式,将各种武器、弹药或其他作战物资,运送到作战地点。如,用于吊运榴弹炮,一架CH-47重型运输直升机可同时吊运155mm口径榴弹炮5门。
  (3)后勤支援运输
   重型运输直升机可到达战场前沿甚至战斗区域,为战斗部队及时、准确地运送弹药、油料、粮食、被装等作战急需物资。
  (4)海上垂直补给运输
   舰载或岸基重型运输直升机可能为海上执行各种任务的舰船和直升机提供后勤支援,运送它们所需的作战器材、物资和生活必需品。在登陆作战,或海上交通线、港口被敌封锁等情况下,直升机的海上垂直补给将发挥重要作用。
   3 国外重型运输直升机的发展情况
   根据《世界军用直升机》杂志上公布的数据统计,目前世界上各国或地区装备的军用直升机总数为28809架,通过对这些军用直升机的分析了解到,在装备的军用直升机中一般是运输直升机占1/3、战斗勤务直升机(用于侦察、通讯、指挥等)占1/3、武装(攻击型)直升机占1/3配置,其中,运输型直升机群主要是中重型直升机。
   20吨级以上的重型直升机,其构型多种多样,现在正在服役或正在研制的重型运输直升机主要有美国纵列式双旋翼构型的CH-47系列、单旋翼带尾桨构型的S-80(CH-53)系列和正在研制中的倾转旋翼机V-22系列,俄罗斯有单旋翼带尾桨构型的米-26系列。目前的总装备数量为1728架。
   CH-47"支奴干"系列是最有名的现役重型运输直升机,该机1956年开始研制,1961年9月21日首飞,已服役40多年。有CH-47A、CH-47B、CH-47C、CH-47D等16种型别。美国的CH-47系列直升机驰骋世界战场几十年,屡建卓越战功,发挥了重要作用。该机从1956年开始研制,1961年首飞,在美国已服役了四十多年,共生产了1168架,有578架升级为CH-47D。现在18个国家和地区使用。目前,CH-47机群仍是美国主要运输兵力和武器装备的主战机种之一,共有746架,有479架升级为CH-47D,有望服役至2030年。其主要优势是:载重量大,空间尺寸小,利于舰载;同时,具有很高的悬停效率,商载可以超过空重。通过不断的技术改进,其商载相当于三架10吨级通用运输直升机的总和,且迄今为止仍是世界上每吨千米成本最低的运输直升机。在海湾战争、科索沃、阿富汗和最近的伊拉克战争中,继续展示出了难以替代的优势,发挥了重要作用。美国正在不断对CH-47进行升级改造,如2004年6月波音公司综合防务系统部选定BAE系统公司为美国陆军新型CH-47F开发数字式飞行控制计算机。
   S-80(H-53)系列直升机是美国西科斯基飞机公司研制的3发重型多用途直升机,是在CH-53的基础上的重要发展型,是西方国家中尺寸和载重量最大的直升机,1971年开始研制,1974年3月1日首飞。共有CH-53E"超种马"、MH-53E"海龙"、S-80E、S-80M四种型别。S-80系列直升机交付总量为248架,其中美国海军和海军陆战队装备了219架CH-53E/MH-53E,日本海上自卫队装备11架S-80M,土耳其装备了8架S-80E。
   米-26是苏联米里设计局(现称米里莫斯科直升机厂股份公司)研制的重型运输直升机,这是当今世界上最大的单旋翼直升机。该机有米-26、米-26A、米-26T、米-26M等 11种型别。该机于1971年开始研制,1978年2月21日首飞。米-26总计生产了300架左右,出口到20多个国家,其主要用户有俄罗斯陆军(35架),俄罗斯空军(20 架)、白俄罗斯陆军航空兵(15架)、印度空军(15架)、哈萨克斯坦空军(24 架)、乌克兰陆军航空兵(24 架)等。
   俄罗斯发展的单旋翼带尾桨构型的米-26重型直升机,最大起飞重量为56吨,最大内载和外挂载荷达到20吨,相当于美国C-130运输机的载荷能力。但这种构型的总体效率较低(如米-26有效外载占最大起飞重量的比例还不到36%,而CH-47D超过50%)。而且,按照相同起飞重量比较,其结构尺寸大,而允许的重心范围也较窄。但在总体设计技术方面更为成熟,关键技术相对较少,只是大型旋翼和大功率主减速器的研制难度较大。
   V-22"鱼鹰"倾转旋翼机目前正在研制之中,原型机于1989年3月19日首飞。计划发展海军陆战队的基本运输型MV-22B、海军战斗搜索与救援、特种作战和舰队后勤型HV-22、空军远距特种作战任务型CV-22、陆军型4种型别。其中美国海军陆战队已采购12架MV-22B用于测试和飞行员培训,海军陆战队计划采购360架用于取代CH-46"海上骑士"和CH-53"海上种马"。美国海军计划采购48架用于战斗搜索、救援及后勤保障。美国空军计划采购50架用于远距离特种运输,美国陆军计划采购231架。
   目前,国外正计划发展新一代重型运输直升机。2004年5月欧洲直升机公司的工程技术人员已经开始在完成一种重型直升机的方案,计划从2015年开始替代陈旧的美制CH-53直升机。重型直升机能力被认为是北约和欧盟新型快速反应部队的核心组成。拥有大量CH-53的德国领导这一项目,法国也参与其中。该机最大起飞重量可能高达40吨,航程为1200千米,通过空中加油还可以提高到5000千米。该机将可运送自行火炮或70名士兵,并与欧洲的新军事装备项目(如"虎"和NH-90)具有通用性。欧洲直升机公司可能在2006~2007年正式开展这一项目。
   2005年年初,美国防部已同意陆军提出的发展下一代战区运输直升机计划,并要求陆军继续开展联合重型直升机(JHL)方案研究。JHL方案研究阶段预计费用为3000万美元,历时18个月,陆军投资2000万美元,余下的由海军和海军陆战队出资。美国的主要直升机制造商已经公布了各自的"联合重型直升机(JHL)"方案。美陆军要求JHL能运输其可能重达20吨的"未来战斗系统(FCS)"车辆,能在没有机场的地方起降。美海军陆战队则要求JHL能将其部队从海上基地运至陆地。作战要求将决定制造商的方案。JHL项目需要做出的一些重大决定包括:该机是否在现役的海军舰艇或未来的更大型海上基地上起降;该机是垂直起降还是极短距起降,美陆军倾向前者,海军陆战队倾向后者;该机是否需要高速度;FCS车辆的重量能否保持低于20吨;货物是否能吊装在机外,还是必须装在机内。由于存在如此多的变数,因此制造商们提出的是一系列的设计方案:波音公司提出了11种,西科斯基公司提出3种,贝尔公司1种。波音公司的方案包括常规直升机机、更先进的倾转旋翼机以及更新颖的涵道风扇方案和鸭式旋翼/机翼方案。西科斯基公司的方案是:CH-53"超种马"的先进型、一种"飞行共轴起重机"和前行桨叶方案。贝尔公司的方案是四旋翼倾转旋翼机方案,有可能与波音公司共同提出。
   4 国外重型运输直升机对比分析
   世界上目前装备或研制的主要重型运输直升机虽然只有米-26系列、CH-47系列、S-80系列、V-22倾转旋翼机系列四种,但涉及到单旋翼带尾桨式、双旋翼纵列式、及倾转旋翼式等3种构型。其性能和技术特点各有千秋。
   单旋翼带尾桨式构型的米-26TS、CH-53E 与双旋翼纵列式布局的CH-47SD的各种性能的没本质的距别,但倾转旋翼机的性能要明显优于另外两种构型的重型运输直升机。如倾转旋翼机(最大起飞重量23981 kg)和外形尺寸与其最大起飞重量和外形尺寸差不多的CH-47SD(最大起飞重量24494 kg)相比,V-22正常燃油航程是CH-47SD的1.49倍,带辅助油箱航程是1.67倍,无地效悬停高度是1.53倍,实用升限是2.34倍,最大爬升率是1.26倍,最大巡航速度是1.56倍,最大平飞速度是1.97倍。
   但另一方面,V-22的座舱容积只有CH-47SD的58.3%,最大内部载荷只有CH-47SD的69.8%,最大外挂载荷只有CH-47SD的53.6%,其主要原因是倾转旋翼有较坚固的机翼、倾转旋翼组件等,V-22的空重(15032 kg)为CH-47SD的空重(12284 kg)的1.22倍,在V-22空重中,机翼1294.7 kg,转换作动筒整流罩29.2kg,短舱结构622.8kg,机翼上整流罩141.5kg,他们合计达2088.2kg,占V-22空重的13.9%。
   可见作为重型运输直升机,倾转旋翼机有飞行性能方面比单旋翼带尾桨的直升机和双旋翼纵列式直升机有非常大的优势,但有效载荷,座舱容积方面又有明显的劣势。
   单主桨带尾桨的型式简单,它只需要单一的主旋翼操纵系统和单一的主旋翼传动系统。尾桨给出了良好的航向操纵,但它在平衡扭矩时要吸收功臣率,这就要使直升机的需用功率增加几个百分数。单桨式直升机一般只有很小的重心范围,尾桨对地面人员相当危险,且容易撞到障碍物引起直升机事故,尾桨在主旋翼和机身尾涡引起的不利的气动环境工作,降低了其气动效率以及增大了尾桨载荷与振动。对小型和中型直升机来说,单桨带尾桨的直升机型式是最简单和最轻的结构形式,但对重型运输直升机来说,并不一定是最好的构型。
   纵列式直升机有两个纵向布置、转向相反的主旋翼。庞大的机身是这种设计所固有的特性,因为有两个主旋翼要安装在机身上。由于利用差动拉力来平衡直升机的俯仰,所以纵列式直升机还有纵向重心范围大的特点。后旋翼在前旋翼的尾涡中工作,这就是振动,交变载荷,噪声和功率损失的根源。俯仰惯性的滚转惯性大,不稳定的机身气动力矩以及偏航操纵功效低都对直升机的操纵品质不利,后旋翼机架使结构重量增加。纵列式旋翼结构一般适合于中型和大型直升机。这种构型自平衡主旋翼扭矩并不需要吸收功率的尾桨,但旋翼-旋翼的气动干扰损耗吸收了差不多同量的功率。
   悬停时,纵列式直升机由于其较大的俯仰阻尼和较大的操纵功效,故其纵向操纵品质优于单桨式直升机,而另一方面由于其较低的偏航阻尼和较大的偏航和滚转惯性,故其横向操纵品质差于单桨式直升机。前飞时,纵列式直升机具有较大的迎角不稳定性。另外两副旋翼之间气动力的干扰在纵列式直升机的操纵品质上会产生一些影响。
   倾转旋翼机与一般直升机相比有速度快、噪声低、航程远等许多优点,但倾转旋翼机由于是一类新型航空器,技术有其特殊性,技术难度相当大,归纳起来,其关键技术和技术难点主要有:倾转旋翼机总体设计技术,其难点是总体参数的选取,尤其是倾转短舱间距参数的选取;旋翼倾转系统组件设计技术,其难点是机翼旋转结构和旋转式短舱结构的设计和制造技术;倾转旋翼机气动技术,其难点是倾转旋翼机的旋翼/机翼、旋翼/旋翼、旋翼/机体相互干扰问题;倾转旋翼机动力学技术,其难点是旋翼在倾转过程中的动力学分析、旋翼/机翼耦合动载荷和稳定性问题;倾转旋翼机旋翼设计技术,其难点是倾转旋翼参数选择及旋翼桨叶翼型设计;倾转旋翼机飞控技术,其难点是倾转旋翼机操纵控制技术及操纵系统动力学设计技术。(作者:中国航空工业发展研究中心技术所 张广林)(责编 洪山)
世界直升机市场分析  


  国际直升机市场已经走出了上世纪90年代末的危机,现已进入缓慢增长阶段。俄罗斯制造企业现在只占这一市场的5%份额。为增加直升机的出口,他们决定联合自己的力量。
   1、世界直升机市场下降后的缓慢增长
   直升机销售额最为"丰收"的年代还是在上世纪80年代,全世界每年制造1000多架直升机,这还未加上使用内燃发动机的轻型直升机。总体上讲,这些直升机都提供给了世界强国及其盟国的空军。随着冷战的结束,订货数量急剧减少。据美国蒂尔集团咨询公司(Teal Group)的统计,在近十年中,世界上共出售了7793架直升机(不包括使用内燃发动机的轻型直升机),总价值达511亿美元,其中军用直升机为394亿美元,民用直升机为117亿美元。下降最多的是1997~1999年,每年只出售700~750架直升机。但从2000年起,直升机市场转入缓慢的、但稳定的增长阶段。在近几年内,向订货者每年提供800~900架直升机。
  据Teal Group预测,在近十年内,世界市场需求量为8979架使用涡轮发动机的直升机,总金额为801亿美元。据美国另一家分析公司,即预测国际(Forecast International)公司的预测,在近十年内,将出售约9807架使用涡轮发动机的直升机,总价值为916亿美元,还有3527架使用内燃发动机的轻型直升机,价值为9亿美元。现在,按照所制直升机的数量,民用和军用订货平分秋色,但来自这两种直升机订货的收入却大为一样,军事订货收入占80%~85%,而民用订货收入只占15%~20%。军用直升机大多是超重型的,配备大量的机载设备,其中包括民用直升机上不需要的武器。
  近些年来,高度发达国家代替大型订货的是改进型军用直升机机群。新型装备的采购将主要用于替换已到服役期或在参加军事行动中损伤的本国直升机。同时,损伤直升机在很大程度上由同一机型进行更换,而且并不是完全新型的直升机。在冷战时代开始的大部分昂贵的未来军事计划(例如美国的新型攻击直升机"科曼奇"计划)已被取消。在东南方向国家,首先是中国和印度,一些阿拉伯国家和拉美国家,出现了对新型军用直升机的稳定增长需求。
  对于现代民用直升机市场,最为典型的是一些专用直升机订货数额的稳定增长,即消防、医疗、警用、海关、搜索与救援直升机。民用市场的最重要特点是对使用内燃发动机且价格不高的2~4座个人用途直升机的稳定增长需求,现在每年的供货量超过600架,已经接近于每年所提供的主要级别直升机的总数。
   2、欧美加强直升机制造的国际合作
  现代直升机制造业的特点是新型直升机研制计划的费用大为增加。因此,制造先进直升机的唯一可能途径是全面发展国际合作。甚至美国的贝尔公司和西科斯基公司都被迫走上这条发展之路。必须指出的是,世界直升机制造业多年的领先者贝尔公司,过去每年的直升机制造占据40%~45%的份额,而现在仅依靠军用计划保持着自己的市场主导地位。现在进行贝尔民用直升机制造的只有公司的加拿大分部。在民机市场上,保持着对公司传统产品的需求,如Bell 206、407和427系列直升机。对这一系列民用和军用改进型直升机的需求每年都超过150架。但是,由于直升机基本结构已经老化,对该系列直升机的需求出现明显的下降趋势。
  重型直升机现在是美国西科斯基和波音公司的直升机。西科斯基公司在提供新型装备竞争方面输给了欧洲的公司,其中在美国总统专用直升机竞争中也输掉了。波音公司能保留下直升机制造业务,只是因为有"阿帕奇"武装直升机的继续订货。美国第四大直升机制造公司MD直升机公司保持着每年40~60架轻型直升机的制造水平。
  近十年内,世界直升机制造业无可的领先者是欧洲的财团欧洲直升机(Eurocopter)公司,该财团是在法德两国直升机制造公司的基础上联合而成。财团保证达45%(在价值上超过20%)的新型直升机市场份额,也是世界上能够提供成批组装各种直升机的唯一制造者,其直升机的起飞重量从1.5吨到11吨。由于拥有直升机生产线和开展大量的国际合作(与波兰、比利时和南非),另一家欧洲集团公司,即意大利与英国的阿古斯塔-韦斯特兰(Agusta-Westland)公司保持着在世界市场上的稳定地位(5~6位),同时也积极与贝尔公司加强合作。
  现代直升机制造业的发展特点之一是积极推进亚洲、非洲和拉美的直升机装备许可证生产网络,印度已从许可证生产国转为研制国。去年,智利武装力量完成了Dhruv轻型直升机的一系列成功试验,该型直升机便是由印度的HAL(印度斯坦航空)公司制造的,配备有以色列IAI公司的航空设备。在近些年内,市场上有可能出现中国的直升机。
   3、俄罗斯直升机制造业的合并重组
  在上个世纪,苏联直升机占世界直升机的30%。但现在,俄罗斯的"米"和"卡"型直升机只占有世界市场的5%~6%。这一比例的下降有一系列原因。由于经济危机,俄罗斯武装力量已经停止订购新型直升机。国家继续以最低水平财政拨款用于新的设计,而成批生产厂也在制造老式直升机用于出口。此外,俄罗斯制造企业还是从原苏联时代便开始只制造中型和重型军用直升机,其对自己产品的转产尝试现在还没有获得大的成功。
  俄罗斯主要的直升机产品是米-8直升机,其改进型米-17和由喀山和乌兰乌德厂制造的数量众多的改进型。每年俄向外国提供达100架该型直升机。罗斯托夫的"罗斯托夫直升机"公司专门制造武装直升机(米-24及其改进型,其出口型为米-35,还有新型武装直升机米-28N),以及重型运输直升机米-26。新型"米"式直升机的设计和试验到目前为止由莫斯科米里直升机厂负责。但缺乏新的方案和成批生产厂的特殊性使这些工厂建立自己的设计局。在这一领域,首先进行的是喀山厂,现在已经制造出了起飞重量为3.3吨的"安萨特"直升机,现在正在研制1.5吨的"阿克泰"型直升机。
  卡莫夫公司也面临着同样的问题。该公司从原苏联时代便开始专门制造海军用直升机。现在,卡莫夫公司出现了一系列两用型和民用直升机,如卡-62、卡-32、卡-126和卡-226。但是,这些直升机的市场推广成果要比米里公司小得多,根据外国的评估,"米"型直升机现在占据着4.9%的市场(数量计算),而"卡"型直升机只占有1.2%。
  俄罗斯企业的继续分散状态和内部竞争将使俄罗斯退出国际市场。扭转这一局面的首次尝试是组建米里直升机制造集团公司,其首倡者是俄罗斯国防出口公司。去年年底,俄罗斯总统普京签署总统令,决定将"米"型直升机的制造企业联合成集团公司,而俄罗斯国防出口公司的下属机构"国际工业"公司成为这一集团公司的管理公司。预计在2005年夏季将组建完毕这一集团公司。
  俄罗斯喀山直升机厂总经理拉夫连吉耶夫表示,俄罗斯的直升机(主要是米-8和米-17型直升机)仍在东南亚等传统市场上有竞争力,现在也在进军其他市场。专家预测,对米-17型直升机的市场需求将持续20多年。乌兰乌德直升机厂总经理别雷赫表示,俄罗斯的米-17型直升机在价格与技术性能之比方面,在世界市场上有较强的竞争力,而且现在局面正朝着好的方向发展。俄罗斯国防部在长时间的停顿后开始购买新型直升机和改进现有直升机。同时,组建直升机制造集团公司可解决一系列问题,如形成现代的生产比例,杜绝本国企业间的无序竞争,吸引投资等。只有强大的集团公司才能与西方的公司进行有效的竞争。
   "罗斯托夫直升机"公司总经理斯柳萨尔表示,该公司将希望寄托在米-28N型直升机上。该机的首架飞行样机已经完全组装完毕,现已交付米里直升机厂进行国家试验。在2010年前,俄罗斯空军计划购买50架米-28N型直升机。同时,该公司也在大量改进米-24和米-35型直升机,而且去年已经签署了向拉美一个国家提供改进型米-35M型直升机合同。俄罗斯计划在未来占据世界直升机出口市场的15%份额。
  
下面是近五年内直升机市场分配预测(按利润额):

波音公司
20.4%

阿古斯塔-韦斯特兰公司
16.7%

西科斯基公司
16.6%

贝尔/波音联合企业
8.4%

贝尔直升机公司
6.5%

“米里直升机”
4.3%

川崎
1.5%

Robinson直升机公司
1.4%

其它公司
10.7%



(作者:刘 锁)(责编 洪山)
附议!:D
我最喜欢ROBINSON的R44
支持这个建议
  LZ 你来当这一栏的版主  怎么样
论文是看得多
可真正做出来的少
哎。。。。
LZ辛苦了!
俺倒是感兴趣去做所谓版主,不过眼下不是时候,要干也得到2009年春节后。
说句实在话,直升机/旋翼机比传统飞机设计要更困难,因为气动太复杂了。俺手头收集了关于直升机/旋翼机的教材、相关文章和一些资料。但内容太多了,也没有时间一一贴上。
潜艇和水面舰船差别还大呢,要不再开个潜艇版?
潜艇是非民用项目,真正了解潜艇的人很少。

直升机军民两用,民用今后的发展空间巨大,需要普及一些直升机知识。立直升机/旋翼机子版,就是希望能给直升机/旋翼机特别的专注。让更多的人知道直升机与飞机的区别。