關於10噸直升機構型的選擇：直20是不是山寨黑鷹？_風聞

（注:直博會開了，直20正式大量公開，這裏轉一篇以前的舊文章，裏面有些內容沒有調整）

  隨着直20的問世，關於直20山寨黑鷹的説法一直很多，但直20到底是不是山寨？是不是看外形佈局結構類似就認為是山寨？在這方面，個人認為還是應該從設計角度聊聊，或許能把事情看得更清楚。

    首先來看10噸級別直升機構型的種類，目前看，基本就是黑鷹和NH-90兩種選擇，搞清楚這兩種構型的特點，那麼就能更清楚為何直20做當前的選擇。

    從直升機整個構型選擇來看，2噸以下大多數選擇雪橇式起落架，載客數量少，油箱、發動機圍繞旋翼轉軸佈置，座艙位於旋翼轉軸前方，這是因為這種小直升機載荷能力小，座艙體積小，發動機和油箱佔據總體重量比例大，座艙載荷能力小，所以選擇了這種佈局（圖1）。

    隨着噸位的增加，座艙載荷能力提升，發動機和燃油佔據總體重量的比例降低，座艙就要佔據旋翼下方空間，因為座艙裏面載荷是在變化，變化的載荷造成重心變動，座艙位於旋翼下方對於重心變動影響最小，這個時候發動機位置就移動到座艙頂部，而油箱位置的安排，就有了多種方案。

   油箱的燃油也是變化的重量，對重心也會造成影響，而且燃油的密度比座艙平均密度大（座艙裝載重量除以座艙總容積），目前主流的燃油布置有以下幾個：一個是位於座艙下面（絕大多數直升機是這個選擇）、一個是位於座艙後面（黑鷹的佈置），還有是位於座艙兩側（西科斯基公司的S-92、種馬和超種馬）。説白了就是讓開地方給座艙，只是讓開的地方不同，由於油箱的位置不同，對直升機的設計也帶來影響。

   大多數直升機選擇將油箱放在座艙下面，這樣做的好處是燃油重心和旋翼轉軸基本重合，燃油消耗時對直升機的重心變化影響小，這對直升機重心控制非常有利。油箱放在座艙下面後，座艙向前和向後都容易擴展，座艙大小限制較少，而且油箱不阻礙直升機尾門的設計，側門設計也可以在旋翼轉軸下方，進行飛行救援時也比較方便。正是由於這個佈局優點較多，所以大多數直升機都選擇是這樣的油箱佈置。但是這個佈局也不是沒有缺點：油箱、座艙、發動機、旋翼都是沿着垂直方向佈置，直升機的高度會比較高，所以在對高度有要求情況下，選擇這個佈局就不太合適。由於高度較高，直升機的起落架選擇多數是前三點（也就是主起落架在後的佈局）而不是後三點，因為機身高通常尾梁距離地面也高，如果是後三點的話那麼尾輪支撐杆就太長了。尾梁高是有原因，大型直升機因為有尾門所以尾梁高，而即便不設置尾門，尾梁也不能太低，原因是：較大型直升機尾槳轉軸一般與旋翼槳轂同樣高度，這樣在氣動上是有利的，由於槳轂高所以尾槳頂部就要高，如果尾梁低的話，垂尾梁就要長，這也增加重量。綜合考慮後，還是選擇前三點起落架更為合適。前三點起落架有利於設置尾門，但是設置側門就會存在門與起落架干擾問題，這方面有兩種解決辦法，一種是側門靠後設置，側門往前推（圖2：NH-90）,這樣做的好處是主起落架和機身主框架做成一體（圖3），但這樣艙門大小就受到限制，因為往前推是飛行員艙門，不能把飛行員艙門堵住。一種是側門往後推，為了不讓側門和主起落架打架，主起落架支撐點靠外設置（圖4 意大利AW-145），但這樣明顯不利於傳力給機框機構，需要橫向強度很高的梁去實現傳力。這樣佈局的另外一個缺點是座艙地板都比較高，畢竟地板下面有油箱，而直升機抗墜毀時必須要靠主起落架來緩衝，主起落架行程壓縮完畢時開始機身接觸地面，為了讓主起落架緩衝距離足夠長，那麼機身距離地面就要足夠大，這樣就難以讓地板距離地面較低。

   為了能夠壓縮高度並讓油箱重心還在旋翼轉軸下面，西科斯基的S-92（圖5）、種馬和超種馬油箱佈置或許更合適，因為其油箱分佈在機身左右兩側，綜合後油箱的重心位於旋翼轉軸下面，只是油箱消耗時候需要考慮左右油箱等量消耗。這個佈局有利於降低高度，也不影響設置尾門，油箱還可以設置成翼型剖面，在直升機前飛時讓油箱產生升力。但是油箱位於機身兩側使得側面大小受到限制，而且側門並不在旋翼轉軸下方，所以這樣油箱佈局的直升機也不多，除了西科斯基外其它公司採用的並不多，波音支奴幹算是一個，不過支奴乾的佈局本身不是單個旋翼。這種油箱佈置通常將主起落架設置在油箱後面的整流罩中，靠近機身，主起落架很容易連接到機身主框架上。如果不在乎側面有多大，這種設計也有可取之處。這種佈局有利於讓地板距離地面較近，所以象超種馬這樣的重型機從尾門進入時坡度都不大（圖6）。而且超種馬可以用C-5運輸機運輸，當然是要拆掉旋翼和槳轂，也能放到兩棲攻擊艦上，高度低還是有其好處的。

  很顯然，油箱位於座艙後面時油箱重心不在旋翼轉軸下面，這樣燃油消耗時會造成重心變化，座艙載荷變化時也造成重心變化，不做特殊處理，對直升機平衡是很不利的。這方面黑鷹直升機設計了傾斜尾槳，是讓尾槳提供一定升力，從而讓重心變化範圍更廣。由於傾斜尾槳可以擴大單旋翼直升機的重心範圍，所以西科斯基後來的直升機中很多都採用了傾斜尾槳，而歐洲的意大利和歐洲直升機公司也開始採用傾斜尾槳設計。油箱在座艙後面是沒法設計尾門，座艙在長度方向上也受限制（油箱重量大不能離旋翼轉軸太遠）。這個油箱佈置的好處是，直升機的整體高度可以降低（畢竟油箱不在下面）。這種佈局原則上可以選擇前三點，但是更適合選擇後三點，因為機身高度低，槳轂高度低，尾槳轉軸也就低，尾梁高度低有利於設置尾輪，而前三點起落架為了防止尾梁觸地也得設置防撞尾撐，所以設置後三點起落架是最合理的。這樣艙門往後滑動完全不會與起落架衝突，設置大艙門就很容易。另外由於地板下沒有油箱，所以地板距離地面可以較低，機身下部距離地面可以有較大的距離，起落架緩衝行程就可以設置較長，從而有利於抗墜毀設計。目前黑鷹直升機（圖7）是運輸直升機中抗墜毀能力最強的，可以在11.5m/s的墜落速度下保證95%的生存能力。而NH-90和AW-149都沒有這樣的抗墜毀能力，他們能夠達到的能力是9-10m/s，按照動能來看，同樣重量11.5m/s是10m/s的1.32倍，是9m/s的1.6倍，換句話説在高度上可以從1.3倍或者1.6倍高度墜落，抗墜毀能力的優異性還是很突出的。

   當了解了上述佈局的各自優缺點，我們再來看國內直升機選擇什麼構型。很顯然，10噸級直升機的艙內容積有限，主要還是以運送人員為主。典型的在NH-90之前的美洲豹和超美洲豹直升機（圖8、9），就沒有設置尾門（NH-90可以看做是美洲豹的後繼機），所以，是不是一定需要尾門就值得商榷了。

在不是很有必要要尾門的情況下，對於我們國家，更為看中的的是什麼？我們都知道，黑鷹直升機的引進是因為青藏高原急需直升機，而即便是黑鷹引進三十多年後仍然缺乏高原直升機。這裏有個典型的抗墜毀事件：

“1988年5月27日，某團邱光華機組駕駛一架“黑鷹”直升機執行運輸任務，在飛越林芝至墨脱間多雄拉山口時，直升機由於氣象原因撞毀在低於山口100米的緩坡上，機上人員全部僥倖生還。然而不幸的是，大難不死的邱光華在20年後的汶川抗震救災中，突遇低雲大霧和強氣流，駕駛的米-171直升機不幸撞山墜毀，邱光華獻出了寶貴的生命。”

  對於高原來講，高原能力並不僅僅是發動機功率大就可以的，發動機功率再大也不能保證發動機不出問題，不能保證惡劣氣象的影響，而高原的典型特點是空氣稀薄，在典型旋翼自旋墜落時，由於空氣密度稀薄造成旋翼升力小，從而使得下墜速度快，如果抗墜毀能力不行，生存能力就堪憂。另外，高原載荷能力降低，大座艙並不能裝滿，而座艙較小能降低結構重量，降低惡劣氣象造成的氣流對機身吹動的影響。還有我們國家國土廣袤，東西、南北跨度大，依靠直升機自身機動速度慢，在Y-20服役情況下用Y-20運輸直-20，採訪直升機研究所的設計師時該設計師就談到直-20可以用運輸機運輸。綜合這些，可以説國內的特殊要求使得10噸直升機選擇了類似黑鷹的構型，並不是説國內沒有能力造出類似NH-90構型，國內1986年就購買了超美洲豹，只比黑鷹晚1年多，而直八的仿製已經瞭解直升機尾門怎樣設計。1995年昌河直升機公司參與研製S-92的斜尾梁，説國內沒有類似NH-90的直升機所以無法山寨NH-90就有點扯了，山寨超美豹然後加個尾門難度很大麼？直升機的總體佈局的可選項其實不多，除了上面我提出的三種油箱佈置和起落架佈置外，還有什麼更新穎的佈置？在有限的可選情況下，無論選擇哪種佈置，都會有人説類似某某某個機型，從而説出山寨的話來。

   真正看是不是山寨要看的是關鍵的零部件設計是不是照抄。對於直升機來説，關鍵的有旋翼系統方面直20和黑鷹是不同的，不可能套用黑鷹的旋翼系統。在機身材料上，我們也選擇了更多複合材料，這和黑鷹的鋁合金機身為主是不同的，你不可能按照鋁合金結構來設計複合材料機身，這是完全不同的東西，抄會抄出麻煩的。而座艙上的變化很多，我們在使用黑鷹中發現油箱偏小，座艙尺寸偏小，目前直20的機身明顯比黑鷹大一圈。尾梁和斜尾梁設計、尾輪設計都有所不同。而在飛行控制上，國內採用了電傳操縱，黑鷹在八十年代引進時可沒有這些東西。難道僅僅因為個人喜好和樣子像黑鷹就認為直20山寨了黑鷹？實際上，在航空領域，包括運輸機和直升機，隨着佈局的持續進化，能夠優化選擇的構型逐步會集中在幾個構型上，後來者很難在已經集中的構型上在創造什麼新的構型，而真正要看是不是新設計，更多是深入到具體實現上是否相同，而不是看總體是否相似。如果看總體相似，那麼波音運輸機和空客運輸機外形上有多大不同？現代的武裝直升機總體佈局為何都比較相似？