又一個20飛起來

秦濤

2013年12月23日上午，互聯(lián)網(wǎng)上又爆出一條消息，某中型直升機在東北某機場成功首飛，媒體一致認(rèn)為，這架酷似美國“黑鷹”的直升機就是新一代國產(chǎn)多用途中型直升機——直20。

其實，直20的出現(xiàn)早已在人們的意料之中。早在2006年珠海航展的時候，當(dāng)時的中航二集團就曾展出過一個布局類似于“黑鷹”直升機、卻采用了五葉主旋翼和剪刀式尾槳的模型，后來就有人猜測，這是直20計劃的肇始。2006年底，中國直升機設(shè)計研究所總設(shè)計師吳希明接受記者采訪時提到了：“8～10噸級機，我們還沒有，‘九五和‘十五期間我們進行了大量的型號準(zhǔn)備工作，‘十一五左右根據(jù)國民經(jīng)濟的需要可能會上……我們要填補8～10噸機的空白”。而到了2012年2月，中航集團直升機設(shè)計所副所長黃傳躍在接受記者采訪時進一步表示，中國正在研制一款10噸級別的通用運輸直升機。

直升機裝備的相似瓶頸

事實上，世界通行的中型通用直升機概念是美國在總結(jié)越南戰(zhàn)爭經(jīng)驗教訓(xùn)中得出的一個成果。當(dāng)時美軍廣泛裝備的UH-1系列通用直升機原設(shè)計為3噸級直升機，在戰(zhàn)爭中不斷升級，加裝各種設(shè)備、裝甲等，最后增加了約1噸的重量，變?yōu)?噸級。但由于原設(shè)計的限制，重量增加導(dǎo)致后期的UH-1直升機飛行性能下降嚴(yán)重。最終，美國軍方在1972年啟動了新型“通用戰(zhàn)術(shù)運輸直升機”研制計劃，其成果就是著名的H-60/S-70“黑鷹”直升機。由于設(shè)計理念先進、合理，不僅“黑鷹”直升機在全球范圍內(nèi)取得了極大的成功，歐洲在上世紀(jì)末研制的NH-90直升機，也是中型通用直升機概念的成功案例。

而直20出現(xiàn)之前，我國直升機裝備中所遇到的瓶頸，也與當(dāng)年的美國有相似之處。從上世紀(jì)80年代起，3.5噸級的直9一直是國內(nèi)裝備的主力直升機，由于其發(fā)動機功率和起飛重量較小，導(dǎo)致在運用中受到了極大的限制，例如早期的艦載型直9由于增加了“魚叉-格柵”式著艦裝置的重量，使得有效載荷不足，只能單獨攜帶吊放聲吶或者魚雷，必須同時出動雙機才能完成反潛任務(wù)，直到上世紀(jì)末，我國為直9換裝了加大功率的發(fā)動機（從526千瓦提高到626千瓦），最大起飛重量增加到了4.25噸，才研制出可以單獨完成反潛任務(wù)的新型直9反潛直升機。所以，我國裝備10噸級中型通用直升機的需求也是十分迫切的，這也是直20計劃必然出籠的契機。

形似黑鷹

從媒體轉(zhuǎn)載的照片來看，直20在外形上與“黑鷹”有很大的相似性，其總體布局均為雙發(fā)、單旋翼帶尾槳結(jié)構(gòu)，后三點式起落架，不設(shè)尾跳板。然而，直20在許多細(xì)節(jié)部分，與“黑鷹”直升機仍然有所不同，通過目前已知的部分圖片與資料，仍然可能對其性能進行一些分析和推測。

首先值得注意的是，直20使用的是五葉主旋翼，與“黑鷹”直升機的四葉主旋翼不同，而與直15直升機的主旋翼相似，由于直20直升機的噸位要比直15大，所以其主旋翼應(yīng)該是參照了直15主旋翼進行放大設(shè)計的。與四葉主旋翼相比，五葉主旋翼的結(jié)構(gòu)雖然要復(fù)雜一些，但在發(fā)動機工作、直升機飛行時，機體各運動部件的自振頻率與旋翼自振頻率發(fā)生共振的可能性明顯減小，可以顯著提高搭載乘員的舒適性。這是直20顯著優(yōu)于“黑鷹”直升機的地方，后者由于旋翼離機身太近等設(shè)計原因，在試飛時發(fā)現(xiàn)存在比較大的振動，不得不裝備了笨重的彈簧減振器（后期型號為主動式減振器）以抑制振動。另外，五葉主旋翼的直徑可以小于同等升力的四葉旋翼，每葉旋翼負(fù)載也比四葉的要輕，這使得直20的旋翼壽命可以更長。

直20的主旋翼應(yīng)該與直15一樣，也采用了全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，不僅重量輕，而且壽命長、維護要求低。從照片上可以看出，直20的尾槳并沒有采用航展模型上的剪刀式尾槳，而是采用了與直15相似的斜置式尾槳。斜置式尾槳是源自“黑鷹”直升機的一個創(chuàng)新的設(shè)計，并被CH-53E、直15等直升機采用。由于有一個向上斜置的角度，斜置式尾槳在產(chǎn)生拉力以平衡主旋翼扭矩的同時，還產(chǎn)生了一個向上的分力，使得直升機的總升力提高，以“黑鷹”直升機的尾槳為例，其在懸停狀態(tài)時可以產(chǎn)生400磅（約180千克力）的升力，由于尾槳升力的影響，其旋翼直徑比無尾槳升力的設(shè)計減小了約2英尺（0.61米），而尾槳升力的效率也高于主旋翼升力，產(chǎn)生同樣升力的功率消耗僅為主旋翼的三分之一。

直20采用了與“黑鷹”相似的大型全動式平尾，這種平尾通過實時調(diào)節(jié)攻角，可以保證直升機在任何速度下，都能具有良好的縱向穩(wěn)定性，當(dāng)直升機起飛和低速飛行時，平尾采用較大的攻角，可以幾乎完全消除主旋翼下洗氣流對尾翼的干擾，避免產(chǎn)生縱向不穩(wěn)定和尾翼振動，而當(dāng)直升機高速平飛時，平尾可以轉(zhuǎn)為較小的攻角，以適應(yīng)前飛時迎面氣流的流動方向，有利于直升機進行縱向配平，確?？v向穩(wěn)定性。

直20的機體雖然形狀跟“黑鷹”相似，但卻明顯稍高一些，貨艙長度也較長，導(dǎo)致在貨艙尾部到尾斜梁的過渡部分不夠圓滑，鼓包比較明顯?！昂邡棥钡臋C體高度較低，是因為設(shè)計時規(guī)定必須能裝入C-130運輸機貨艙，而從直20的主旋翼軸整流罩來看，該機并沒有刻意壓低機體高度的要求，這使得其機艙內(nèi)部高度可以適當(dāng)提高，以增加內(nèi)部容積。但是，較高的機體、較長的貨艙也會導(dǎo)致直20的阻力比“黑鷹”要大一些，貨艙尾部過渡流線型較差，也會造成紊流區(qū)擴大，使得直升機前飛時的方向穩(wěn)定性下降，所以從照片上可以看出，直20在高大的垂尾下方，還設(shè)置了一個尾鰭，其目的就是為了提高方向穩(wěn)定性。

直20采用了與“黑鷹”、直10、直19相似的不可收放后三點式起落架，這說明直20為戰(zhàn)術(shù)運輸用途做了專門的考慮。固定后三點式起落架抗墜毀安全性好，安裝位置可以避開貨艙和油箱，在墜落時不至于因為起落架戳穿機艙而導(dǎo)致二次損傷，同時，后三點式起落架的前置主起落架在墜毀時可以吸收部分跌落能量，進一步提高直升機的抗墜毀能力，非常適合在無準(zhǔn)備場地、坡地和崎嶇地形執(zhí)行任務(wù)的需要。

發(fā)動機猜想

直20的兩臺發(fā)動機采用了前輸出設(shè)計，間距較大，在遭受攻擊時可以避免兩臺發(fā)動機同時受傷，提高了動力系統(tǒng)的生存能力。由于噸位達(dá)到了10噸級，而且需要有較大的功率儲備才能滿足戰(zhàn)術(shù)機動和高原飛行的要求，直20的發(fā)動機功率不能太小，按照同等噸位的“黑鷹”、NH-90等直升機來看，其發(fā)動機功率至少應(yīng)該達(dá)到1 300千瓦等級。從目前國內(nèi)公開的直升機用渦輪軸發(fā)動機型號來看，可以滿足這個要求的，只有直8上使用的渦軸-6C發(fā)動機和中法聯(lián)合研制的渦軸-16發(fā)動機。前者的功率為1 360千瓦，已經(jīng)用于新型號的直8直升機，但由于該發(fā)動機的原型是上世紀(jì)60年代的技術(shù)水平，雖然經(jīng)過了部分現(xiàn)代新技術(shù)的改進，其整體水平仍然比較落后，所以直20采用渦軸-6C發(fā)動機的可能性很小。

而渦軸-16發(fā)動機是中航工業(yè)與法國透博梅卡公司聯(lián)合研制的新一代中型直升機發(fā)動機，早在2011年，渦軸-16發(fā)動機就已經(jīng)在直升機博覽會上進行了公開露面。渦軸-16發(fā)動機的功率范圍為1 200～1 500千瓦，不僅將裝備于我國與歐洲直升機公司聯(lián)合研制的6噸級直-15直升機上，而且其法國型號已經(jīng)取得了俄羅斯的訂單，將用于裝備卡-62中型直升機。渦軸-16為雙軸式渦輪軸發(fā)動機，采用了二級離心式壓氣機+一級軸流式壓氣機+二級渦輪的結(jié)構(gòu)，其中離心壓氣機采用了先進的大小葉片設(shè)計，與傳統(tǒng)的單一葉片離心式壓氣機相比，其壓縮比和流量都可以得到明顯提高，并且葉片的失速邊界也得到了擴展，在運行時更加穩(wěn)定，不易發(fā)生喘振，不僅可以大幅度提高發(fā)動機功率，還能保證發(fā)動機具有較高的可靠性和較長的使用壽命。渦軸-16的翻修壽命可達(dá)5 000小時，如果配合“視情維護”程序進行日常維護管理，還可以延長至6 400小時。

巧合的是，中航工業(yè)哈飛制造的第一架國產(chǎn)直-15直升機機體結(jié)構(gòu)已經(jīng)于2013年12月30日鉚接下架，預(yù)計在2014年進行首飛，這說明了國產(chǎn)渦軸-16發(fā)動機的進程也相當(dāng)順利?？梢酝茰y，直20采用國產(chǎn)渦軸-16發(fā)動機的可能性是相當(dāng)大的。由于渦軸-16的最大功率可達(dá)1 500千瓦，雖然直20的機體明顯要比“黑鷹”大一些，機體流線型也略差，但較大的發(fā)動機功率足以保證直20具有不低于“黑鷹”的飛行性能。