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赛斯纳庞巴迪

CH-53K直升机的技术特点

私人飞机网 更新时间:20年03月02日 来源:原创 字号:

  提高运力

  CH-53K直升机是一种全新设计的飞机,其外部有效运输能力

  将是CH-53E飞机的三倍,能够在110海里的作战半径外部吊挂运载超过27,000磅的物资。CH-53K直升机最大起飞重量达88,000磅,拥有功能强大的新引擎、轻质复合结构、新的旋翼叶片和电传操纵系统。与之前相比,这款机型可以在高海拔地区更加迅速有效地将部队和装备从军舰运输到海岸。”

  动力系统

  CH-53K直升机使用通用电气公司(GE)的T408发动机提供动力,与CH-53E飞机上的T64涡轮轴发动机相比,CH-53K直升机的三个发动机的功率提高57%,燃油节省20%。西科斯基飞机公司研制了一种新的传输系统,可以在一个同样大小的主变速箱内把多余的发动机动力转换为扭矩和轴马力。然后,该动力会转移到西科斯基公司有史以来生产的最大且技术最先进的主旋翼叶片上。该全复合材料叶片长35英尺,宽3英尺,比CH-53E飞机的叶片面积增大12%。

  机体材料

  由于机身是由强劲且轻质复合材料制成,与其前身相比,CH-53K直升机的设计保留了相同的外部空间,这是为了适应现有的美国海军舰电梯所需的规格;但它拥有一个13英尺宽的客舱。在飞行甲板内,罗克韦尔柯林斯公司的数字玻璃座舱,配备由西科斯基飞机公司、联合技术航空航天系统公司、伊顿公司和BAE系统公司共同开发的电传操纵飞行控制系统 [2]  。

  集众家之长的美国CH-53K直升机将拥有更强劲的动力,更高效的传动机构,重新设计的新型冀尖后掠桨翼。将比现有型号多提供2270千克的有效载荷。和CH-53E相比,CH-53K主桨叶数量并不改变,桨毂的结构也不做太多的修改,但是先进复合材料和优化结构的采用将使该机最大起飞重量达到38400千克,比现有运输直升机多出5300千克。 采用三台发动机的美国CH-53K直升机在机体上设置了第四台发动机的预安装位置,单台所需功率预计达4500~4900千瓦。至于动力系统的竞争上,来自英国的老牌著名航空动力公司——罗·罗公司希望能采用他们的AE1107C发动机(该发动机已经是海军陆战队MV-22B“鱼鹰”的配属动力)。美国的通用电气公司拿出了GE38,普拉特·惠特尼公司则准备了PW150,这两款发动机都已经在美国国内的一些民用机型上实现了系统测试。莱康明公司为CH-47研制的T55涡轴发动机的改进型号也出现在候选名单上。鉴于MV-22B多次出现的机毁人亡事故,CH-53K项目负责人强调在动力系统的选择上将从成本、安全性指标以及实际使用性能等方面综合进行筛选。

  美国CH-53K直升机预计将引入当前逐渐成为主流的“玻璃化座舱”、整机电传操纵控制等技术。西科斯基公司目前正与英国宇航公司(BAE)展开S-92直升机以及UH-60M直升机电传操纵系统的研制,预计这一新技术也将在逐步的完善中应用于CH-53K。

  美国CH-53K直升机的机身部分气动外形和CH-53E相似,但是机舱要比后者宽半米左右,目的是为了更好地适应美国空军标准的436L集装箱的尺寸。这样,每架CH-53K可以完全将事先集装打包好的各种军需物资以集装箱模块的方式快速装机,运送至前线。

  美国CH-53K直升机的第一架原型机将是地面测试机,预计将在2010年9月底前后进行测试。首批的4架YCH-53K工程验证原型机将在2011年11月前后实现首飞。三架低速生产型将于2014~2016财政年度期间制造完毕,预期将在2015年成立首个CH-53K飞行中队。在2017财政年度,CH-53K将进入每年24架的量产阶段,首批交付日期暂定2018年。到2021年,包括先前生产的四架工程验证原型机、一架地面测试原型机在内,总计156架CH-53K将全部交付。到那个时候,最后一架CH-53E将功成名退。

  系统配备

  2007年5月,西科斯基飞机公司已选定4家子承包商,向其为美海军研制的CH-53K重型直升机设计和制造主要的机体部分。此次组建的西科斯基机身制造小组是通过为期12个月的激烈竞争,细致评估选拔出来的。参与设计、制造的4家公司分别是:极光飞行科学公司、EDO公司、GKN航宇公司和Spirit航空系统公司。本次对外承包项目主要工作包括:驾驶舱和机舱(Spirit公司负责)、后过渡段(GKN公司负责)、尾翼塔座和短翼(EDO公司负责)、主旋翼塔座(Aurora公司负责)。西科斯基公司将在机体完成制造后负责整体集成和试验工作。设计工作将在各子承包商场所与西科斯基公司重型直升机开发中心之间的合作环境下进行。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。新的制造工艺,如共固化、自动部件制造、超高速切削以及确定性装配(determinantassembly)将被采用以确保结构的经济可承受性。按照"系统开发与演示"(SDD)合同,西科斯基公司负责选择和管理分系统供应商。最近外包的项目其它分系统包括:发动机、电传操纵飞控系统和电源系统。预期在未来几个月将外包的其它主要分系统包括:辅助动力系统、起落架系统、液压系统、燃油系统和驱动系统。SDD合同旨在最终为美海军陆战队现役的CH-53E"超级种马"直升机提供156架替换用机CH-53K。CH-53K直升机将担负与前者相同的任务使命,只是其在高温高原环境条件下将拥有更大的有效载荷(载重24516千克飞行203千米)。CH-53K的最大起飞重量将从CH-53E的32915千克增加至38454千克。CH-53K的其它改进包括: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、低维护弹性旋翼头、起飞重量提高、升级的发动机系统、货物锁定系统等。 2007年7月,通用电气(GE)公司将在2008年开始用于西科斯基CH-53K重型直升机的GE38-1B涡轴发动机的部件试验,这将导致2009年的首台发动机试验和2011年的飞行试验。通用电气公司正在按照一项合同研制功率为5600kW的GE38发动机,该合同包括为5架研制飞机使用的6台地面试验发动机、5000多试验小时和20台飞行试验发动机。GE38是建立在上世纪80年代运转的GE27和90年代撤消的洛克希德P-3海上巡逻机的T407涡桨发动机改型的基础上的。核心机适用于通用电气公司/霍尼韦尔公司的CFE738喷气公务机涡扇发动机。通用电气公司说,与装备现有的CH-53E的尺寸相似的T64发动机相比,GE38的功率大57%,耗油率低18%,零件数少60%。通用电气公司说,GE27的总体结构、单元体结构和高压比单转子压气机空气动力学以及其冷却方案、润滑系统和支承方案都用于GE38。3级动力涡轮是根据T407设计的,第1级是气冷的,以提高耐久性和功率增长能力,并且是一个独立的封闭单元体,以防轴承和油槽污染。通用电气公司说,GE38采用新的三维气动设计、冷却方案和材料,使其功率比空气流量和油耗相当的T407提高约45%。热端的冷却设计可防沙堵塞,并采用改进的防腐和耐磨材料和涂层。叶片前缘设计得更坚固,以提高耐久性,压气机叶片采用现正用于T64的耐磨涂层。由于采用压气机整体叶盘、无螺栓转子和减少转子叶片和导向器数目的低稠度涡轮,零件数目减少了。全权数字发动机控制系统包括预诊断健康管理。装三台涡轮发动机的CH-53K将于2015年在美国海军陆战队投入使用。

  2008年2月,诺·格公司被美海军航空系统司令部选中,为美海军CH-53K直升机编队开展APR-39雷达预警接收机(RWR)集成计划的第二阶段。雷达预警接收机是一种机载电子系统,用于探测所有雷达信号、判定威胁级别并随之采取对抗措施。根据价值1700万美元的合同条款,诺·格公司将集成APR-39雷达预警接收机现有产品中A(V)2和B(V)2版本中的所有电子战(EW)能力—包括电子战控制器、集成界面以及多导弹和激光预警传感器,合并到现役的CH-53K直升机编队中。第二阶段计划也包括APR-39雷达预警接收机同每架直升机上的诺·格公司的定向红外对抗(DIRCM)系统的集成。

  2008年6月25日,当前大型涡桨发动机市场两端各有一种发动机:欧洲涡桨国际公司通过其超过10000轴马力(7460kW)级别的TP400-6占据了高端,罗·罗公司通过6000轴马力的AE2100/1107家族占据了低端。未来一段时期内在这两极之间巨大的市场空白进行开发的时机已经成熟。首先向这一空白区域进发的是GE的7500轴马力GE38-1B发动机,该发动机于18个月前被美国海军选中,配装38.4吨的西科斯基CH-53K舰载运输直升机。GE终于首次透露了GE38研发项目的细节,并就重型涡轴/涡桨发动机市场提出了部分看法。GE涡轴/涡桨发动机业务副总裁及总经理EdBirtwell,以公司现有配装西科斯基UH-60"黑鹰"通用直升机和波音AH-64"阿帕奇"攻击直升机的最大的3000轴马力T700发动机及其它发动机为基准,比较预测了新的GE38的市场潜力。他说:"我们希望该项目获得其他用途,以获得可以比肩T700的成功。"在这一预期下,新的重型直升机和中型固定翼运输机将在下一个十年出现。市场上也将出现类似CH53K的现有直升机升级版本,或是全新飞机。美国直升机协会执行理事RhettFlater称:"我们对类似黑鹰这样的中级直升机需求始终强劲;另一方面,部分美国舰队及陆军的在阿富汗以及伊拉克经历证明需要能够运送更高载荷的直升机。"GE的另一个选项是从罗·罗公司占据的重载市场夺取一定的份额。美国海军陆战队正研究用GE38-1B发动机替换贝尔-波音公司的MV-22"鱼鹰"倾转旋翼机现装的AE1107C发动机。陆战队官方已经就AE1107C发动机在伊拉克服役期间吸入沙尘在耐久性方面的影响表达了关切。罗·罗公司称:"AE1107C发动机压气机保护涂层在抵御沙尘侵蚀方面未能普遍发挥作用,但我们已经向客户描绘了一项即将开始使用评估的发动机涂层项目。"洛·马公司同样可能需要提升古老的C-130J大力神有效载荷,该机在竞争美国陆军未来战斗系统的载荷将从大约20吨增长至27吨。届时相对于AE2100GE38发动机将是一个有吸引力的选项。Birtwell拒绝评价GE38在CH-53K之外的特定用途,但清晰地描述了GE对于获取这些项目浓厚兴趣。"GE也就这一项目进行了投资,而不仅仅是政府出资。我们这样做的原因是,我们对这一动力级别大量其他用途非常清楚。"GE的竞争对手也非常清楚这一潜在的新市场。霍尼韦尔将为波音公司新型CH-47"支奴干"直升机制造5000轴马力的T55-GA-117发动机,并已开始为更为强劲的下一代机型55-L-71X展开宣传。 面对这样的竞争压力,GE暂不考虑未来其他装机对象,专注于准时为西科斯基CH-53K项目交付GE38-1B发动机。Birtwell称:"我们确实需要专注于这一特定需求,因为我们需要首先将该发动机弄好然后我们就可以去做其他的事。"6月,GE已完成发动机零件向供应链发图。经过这一内部里程碑意味着公司已经冻结了发动机部件设计,首台用于测试的发动机部件制造可以开始了。首次装配测试计划于6月进行,用以分析燃烧室。随后是2009年第一季度的第二次装配测试,以检查俯仰及偏航条件下发动机不同姿态下的润滑油系统。首次整机测试计划于明年上半年安装在GE的测试台架上进行。GE正为5架CH-53K原型机制造20台发动机,以支持其6000小时的飞行测试。GE38-1B发动机派生发展自上世纪80年代GE27"成熟技术验证发动机",该发动机曾提议用于后来被取消的洛克希德P-7巡逻机。GE38-1B基于同样的结构,但功率提高了20%,这是升级核心热端部分并重新设计功率涡轮的结果。最初GE准备为CH-53K提供现在装于CH-53E机队T64发动机的一个升级版本。但Birtwell称:"由于涉及的功率需求提升过大,已经超出了T64构型能够承受的范围。"

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