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飞转的重型旋翼——美军21世纪初重型战术空运手段的发展方向

战略思路

21世纪初,指导美军新世纪建军方针的《联合构想2010》提出了主宰机动、精确打击、全维防护和集中后勤四大原则,其中第1条和第4条都离不开战术空运。重型垂直空运手段的军事价值主要体现在不受地面限制,向战场垂直投送作战车辆,实现垂直包围和垂直机动,避免了线式作战,因此有人称之为“空中机械化”。

CH-53E超级种马直升机准备起吊LAV-25装甲车。

同时,它也有利于建立一个“从中心到战士”的垂直后勤补给体系。因此,未来美军需要的战场空运能力包括:补充现有战略空运装备,在数天内从美国或中间停留基地(ISB)直接向战场投送地面部队;为挫败敌方反进入战略(即不让美军进入某些地区作战),可以不依靠前进基地或固定机场向前沿运送部队;使部队在多个战术交战区之间迅速机动,掌握主动,赢得战机;利用强大的前沿空运能力,不需战区库存,也能持久保持快节奏作战。

美军海上直升机补给作业

在美军的全球作战体系中,战术空运的主力是空军的C-130'大力神”运输机,它对野战条件的适应性首屈一指,但起飞和着陆仍需要滑跑1091米和518米(着陆重量58.967吨时)。最新的C-130J起飞需要1003米,爬升到15米需1433米,采用所有辅助措施(包括助推火箭)后起飞滑跑距离最短为549米,着陆滑跑(重量58.967吨)距离427米,从15米高度算起着陆距离为777米。

图示:C-130“大力神”运输机的最新型号 C-130J,有着堪称完美的带有多功能显示设备的驾驶舱、用新一代阿里逊/劳斯莱斯涡轮螺旋桨发动机驱动六桨叶螺旋桨,对系统进行了多处改进以减少人工操作,降低了成本和维护费用,节省了生命周期成本。在性能方面,J型爬升得更快更高,能以更高的巡航速度飞得更远,可以在比早先的“大力神”更短的距离内起降。

美军KC-130J同时为2架CH-53E直升机空中加油

研究表明,美国实现陆军转型而规定的96小时内向世界任何地点部署一个旅的要求,在很多地方因缺少可供C-130起降的跑道成为一个重大问题。

因此在战区内装备机动和后勤运输方面,重型垂直/短距起降(V/STOL)运输能力的意义日渐突显。不必说美国陆军在阿富汗一类恶劣地形的远征作战,海军转型的三大支柱之一的“海上基地”概念、海军陆战队远征机动战概念强调的“来自海上的作战机动/由舰到目标的机动”以及空军的空天远征军概念,都需要战区内空运支援,尤其是特种部队更离不开大载重量、高速、远距离的垂直渗透能力。

美半潜式“海上基地”概念图。

为明确对重型垂直/短距起降运输能力的需求,近年美军参谋长联席会议组织了有四大军种和英军参加的两项研究——1998年的联合先进旋翼机技术(JART)和2000年的旋翼机通用性交叉评估(ORCA),最终形成了联合通用空运(JCL)计划。

贝尔公司的四副倾转旋翼机(QTR)能够携带未来战斗系统进行远程机动

对JCL性能的初步设想是:有效载荷9.08~18.16吨(高温高原条件),主要考虑是覆盖美国陆军转型后的未来主力装备——重16~20吨的未来战斗系统(FCS),航程1111~2222千米,速度324~555.6千米/小时。由于不确定因素较多,特别是各军种要达成一致难度较大,所以这些指标范围较宽。如果各军种联合研制,JCL可望从2016年起代替CH-53E、CH-47F和MH-47D/E等型号,从而节省超过90亿美元的经费。

众口难调

鉴于需要巨大的资金投入,JCL计划首先排除了美军任何军种单独研制直升机、特别是重型运输直升机的可能。然而,虽然有JSF战斗机一机三型、满足三个军种要求的成功先例,但重型垂直运输领域的根本矛盾在尺寸上——舰载需要限制重量和尺寸,陆军则需要尽可能大的载重能力,故协调起来难度不小。至少目前看来,美国陆军仍在继续探讨自己的计划,海军陆战队暂时以CH-53X改进型为重点。各大厂商的计划虽然极力照顾各军种需求,但各军种的统一需求仍只能由美军最高层来协调。

美国现役最大的战略运输机C-5'银河'运载CH-53直升机

黄色派:陆军的口味

有趣的是,美国陆军20世纪90年代末先提出了多军种运输旋翼机(JTR)计划,后来改称未来运输旋翼机(FTR)计划,设想从2018年起代替CH-47。FTR计划希望借助最新技术,使结构重量减少20%~25%(2000~2005财年间,利用直升机传动系统、航空机械、发动机和结构方面的技术进步,能使FTR的总重从102吨减少到64吨。但技术进步的影响并非线性发展,因而2005年之后将只有9吨的减重潜力可挖)。巡航效率增加20%~25%,油耗减少40%,传动系统减重35%,机动性/灵敏性增加100%,全寿命成本降低25%~50%。

美军未来的新型作战直升机概念

具体战术要求包括:在高温条件(39℃)下从海平面吊挂一辆22.4吨的车辆,能将FCS直接送到前沿;短距起飞时要求达到1000千米任务半径(对重型运输直升机的作战性能而言,不光在于它能吊运多重的装备,更在于它能把货物吊运多远);能在无准备场地起降;车辆能快速装卸(10~20秒);能在海军陆战队现有两栖攻击舰上起降,但并不要求能驻舰。

2001年11月美国陆军又将FTR计划改为先进机动运输机(AMT)计划。这一名称的变动似乎也暗示着陆军不希望过早确定哪种类型的飞机。AMT要求运载近20吨的战斗状态的FCS飞行500千米,并特别重视高温高原能力,包括在海拔1219米高度、气温35℃时,只使用95%的起飞功率,在起飞总重状态下实现无地效悬停。海军陆战队的高温高原条件要求是海拔914米、气温33℃。

先进机动运输机(AMT)机型示意图

鉴于目前CH-47平均机龄已达30年(最终全部退役时最高的将达75年),在AMT计划启动之前,美国陆军在中近期将重点依靠CH-47的最新改进型CH-47F/MH-47G。

以机尾着陆、机头悬停的美军CH-47直升机正在阿富汗山区执行人员转移任务

从2003年开始,欧洲直升机德国公司也开始研究新型重型运输直升机(HTH)方案,准备代替德国空军的CH-53G等老机型,支援北约和欧盟快速反应部队。

目前德国陆军航空兵司令部与法国武器装备总署(DGA)已共同提出了基本要求:机组2人,载员70人,3台涡轴发动机总功率15兆瓦,货舱长10米,宽3米,高1.6米有效载荷10吨左右,最大起飞重量40吨,最大航速300千米/小时,航程1200千米,空中加油后可达5000千米,还将采用电传操纵、玻璃化座舱和复合材料等先进技术,可望在2015~2020年投产。

不过,HTH与美国西科斯基公司的HLH大同小异,欧洲的订购数量可能非常有限,因而欧洲希望能与美国合作,但美国对这一换汤不换药的方案可能兴趣不大。

在HTH问世之前,一时找不到替代机型的德国空军将耗资21亿美元,改装现有的CH-53G/GS直升机,使其能服役至2020年,但数量将从96架减少到80架,2015年结束。2002年以来,德军已经改装了20架CH-53G,增加了油箱,改进了自卫系统和夜间低空飞行能力。

德军的CH-53G“海上种马”

V-22的不足

V-22'鱼鹰”终于实现了几十年的梦想,使直升机的垂直起降和固定翼飞机的高速优势相得益彰。然而通过定量分析可知,除技术因素外,其现有尺寸主要是根据海军陆战队的需要决定的。虽然内部装载9.072吨载荷短距起飞时航程3336千米,但载重能力明显低于陆军“理想部队”(美陆军“理想部队”是以先进技术为基础,以“未来作战系统”为核心组建的部队。预计2030年整个美国陆军将转变为“理想部队”,能够在96小时内向世界任何地方部署一个具有作战能力的合成旅,24小时后部署1个师的其余部分,30天内部署5个师)要求的高温高原条件下载重20吨/500千米活动半径”[注1]。

[注1]对担负前沿支援任务的突击运输机型而言,更能说明问题的指标不是航程而是活动半径,因为它最好有能力不加油而自行返航,否则要由前沿为其提供加油保障。

“鱼鹰”旋翼机正面近照

以陆军的高温高原要求,V-22只能达到2.7吨/500千米,以海军陆战队的要求只能达到3.6吨/500千米。即使陆军将运载FCS的距离要求降低到400千米,现有倾转旋翼技术仍需要较大的性能突破才能满足。V-22的有效载荷能力能覆盖的地面装备范围也不大,两个外挂吊钩单独使用能吊挂4.53吨,同时使用可吊挂6.804吨,仅陆战队就有很多装备超过这一重量。另外,外挂吊运时V-22的速度优势也发挥不出来。

在进度上,V-22就更不能令人满意,原计划1991~1992年投产,但从1989年3月首飞算起,直到最近才安排预生产,主要原因除了一些技术难题外,也包括各军种使用方式的不一致。

从V-22计划的进程也能看出其定位的演变。1981年计划提出时它被称为多军种先进垂直起降飞机(JSAVLA,简称JVX),要求四大军种共同研制一种多任务飞机,总投资200亿美元,共计划采购1086架。

1982年该项目要求美国陆军负责,但陆军宣布并不需要JVX,因而1983年1月转由美国海军负责,主要代替CH-46和CH-53。如今形成的海军基本运输型MV-22A、海军战斗搜索和救援型HV-22A、空军远程特种作战型CV-22A三种型别已明显看不出陆军的应用前景。其中很重要的原因就是军种需求难以统一。如果单按美国海军的要求,即使对未来重型垂直运输机也只需要载重12吨,任务半径204千米。

图示:V-22“鱼鹰”衍生了很多后继型号,其中CV-22A是空军使用的陆地型运输直升机,能在任务半径为1300公里的范围内运输12名特种部队成员,或以463公里每小时的速度运送1300公斤的物资,

如果只考虑陆军转型的轻型化趋势,陆军和海军陆战队的要求可望在20吨左右达成统一,但综合考虑未来战场前沿的危险性,外挂吊运对速度和生存力的牺牲始终是一块心病,因而很可能要求未来机型内部能载重20吨,这又会在重量和尺寸上与舰载的要求形成根本矛盾。因而JCL计划很可能必须有一个军种牺牲某些关键要求:现在看来很可能牺牲的是海军和陆战队的舰载要求。不过,虽然海军两栖攻击舰可能永远也装不下JCL计划的机型(关键是占用机库空间太大),但“21世纪海上力量”计划中的“海上基地”肯定将建造大型海上平台,完全能容纳它的起降,不一定非要随舰驻扎。

美军在缺乏前进基地支援的情况下,“海上基地”提供了靠前部署的手段。

2004年4月美国海军陆战队司令迈克尔·哈吉表示,海军陆战队和陆军都需要一种载重类似于C-130、能在大型舰只上起降的重型运输机,以便从海上基地直接支援前沿地面部队。陆战队甚至建议该机载重量达到22吨,主要满足陆军的需要并留有余量。

经过联合垂直空运特别小组(JVATF)一年的研究,2004年10月底美国国防部向参联会联合需求监督委员会提交了未来垂直空运的正式需求文件。该文件综合考虑了JCL和AMT的要求,性能指标初步统一到有效载荷约21.8吨,航程925千米。由于还需要一些关键技术突破,目前研制日程尚未确定,比较谨慎的设想是需要15年的时间研制,2015~2021年间交付,还可能寻求类似F-35JSF战斗机那样的多国参与模式。

超越直升机

奇怪的是,尽管阿富汗战场再次显示了重型垂直运输能力的重要性,但近年除了V-22“鱼鹰”倾转旋翼机正在步履蹒跚地试飞,美国直升机并无重量级新面孔出现。究其原因,除了投资暂时优先向一线作战平台倾斜外,直升机自身的局限是重要原因。对此陆军并不否认。

单纯利用直升机技术,JCL要求的有效载荷能力可以实现,但速度和航程就无能为力了,包括设想中的CH-47X和CH-53X两种改进方案都力不从心。考虑到陆军要求的高温高原使用条件,这些指标难度更大。其次,因为舱内空间有限,现有直升机的最大有效载荷常常是在外挂吊运时达到的,但此时速度非常受限(比如吊运安装“陶”式导弹的高机动多用途轮式车时,CH-53E速度不得超过241千米/小时,这不是直升机的问题,而是因为超过这一速度外挂物本身会不稳定),生存力也比较脆弱,这也是起重直升机的概念未能大行其道的原因之一。

显然,未来重型垂直/短距起降机型必须寻求非传统直升机技术。事实上,在美国各大公司的计算机和风洞内,已经在悄然孕育着一场革命。为JCL考虑的方案包括贝尔-波音公司的四副倾转旋翼机(QTR)、波音的先进战区运输机(ATT)和西科斯基公司的HLR计划,复合直升机和X翼机概念也在评估之中。

四副傾转旋翼机(QTR)除传统任务外,还可改装成加油机,实现一机多能。

四倾转翼的波音-贝尔QTR方案

发动机将是JCL计划的关键,目前仍在初步考虑之中。但陆军如果需要JCL,应在5~7年内投产,因而全新研制发动机不太可行,很可能在功率4.41~5.15兆瓦之间的现有发动机或其改进型中选择。比如4.58兆瓦的罗·罗-阿利逊AE1107C(现用于V-22)及可能的派生型、3.32兆瓦的GET64-416(由普·惠加拿大公司用于庞巴迪冲-8Q400支线客机的PW150A涡桨发动机改进的涡轴发动机)和4.41兆瓦的霍尼维尔T55-715B。俄罗斯有5.52当量轴兆瓦的Ivchenko DV-12涡轴发动机,耗油率307克/(当量轴千瓦/小时),重657千克。

现用于V-22的罗罗-阿利逊AE1107C型涡轴发动机

虽然各总承包商尚未涉及发动机细节,但现有涡轴发动机技术有相当的发展空间,只要有投资,就能制造出适用的发动机,否则各公司也不敢提出种种雄心勃勃的总体方案。

另据报道,由于缺乏资金,过去几年美陆军寻求未来运输机基本上处于停滞状态。伊拉克战争的爆发使陆军的这一需求更加迫切。美国防部很快将对JHL项目的命运作出决定,尽管陆军、海军和海军陆战队对该项目的需求还存在一定的分歧。陆军希望新的运输平台载荷能力达到18.15吨,能够运送现有直升机以及FCS,而海军陆战队希望新的运输机能够用于海上基地,载荷12.244吨,具有垂直起飞和着陆的能力。美国防部期望2007年1月决定是否正式进入方案研究阶段,并且确定现有的方案是否能满足不同军种的需求。

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