關於20噸級別艦載和民用重型直升機的設想_風聞

    自從2008年四川地震後，我個人就非常希望中國的重型直升機早日問世。後來傳中國計劃找俄羅斯聯合研製重型直升機，到現在已經十幾年了，眼看着重型直升機的問世仍然還需好多年，真的是讓人等白了頭。這種情況下，我一開始就設想，能不能拋開俄羅斯完全依靠自己研製重型直升機呢？

    個人認為拋開俄羅斯自己研製重型直升機是可能的，早期個人希望採用縱列雙旋翼直升機，這樣20噸級直升機的減速器和旋翼就可以藉助當前10噸級直升機基礎來研製，因為兩幅旋翼和前後兩個減速器的承載能力都是同樣噸位單個大旋翼的一半，也就是20噸級別可以用兩個10噸載荷的直升機技術來拼裝，從而加快研製速度，和國外合作的主要就集中在發動機上，這樣就能加快重型直升機出現的速度。

    2019年傳中國和俄羅斯研製的重型直升機最大起飛重量到42噸，還傳出14米長旋翼研製成功的信息，這表明重型直升機上已經有了進展。但透露出來的信息又帶來另外一個問題，14米長旋翼加上槳轂直徑，這意味這旋翼直徑肯定超過28米，多半是30米的樣子，這樣的重型直升機上是能夠上高原並保證相當的載荷能力，但是上兩棲攻擊艦就不太合適，而目前的直-8系列仍然難以滿足艦載重型直升機的要求，需要新的艦載重型直升機。

    重型直升機必然是有民用用途的，發展民用用途能拓展使用範圍，增加產量降低生產成本。那麼民用重型直升機的需求是什麼？我查了國內外論文，重型直升機中，除了米-26有大量的民用使用外，CH-53和支奴乾的民用機都很少。CH-53幾乎沒有民用的，民用的是CH-53的前身S-64，一個專門的吊裝直升機，CH-47的民用版只有幾十架產量。我個人猜測民用重型直升機數量很少的原因是缺少一次運送大量員工的需求，畢竟民用強調經濟型，直升機載客運輸大量人員的場景太少，有大量人員運輸要求就會有機場和民用運輸機。民用重型直升機更多是需要吊運，包括米-26實際上大多數時候是吊運，載客時候並不多。吊運的用途主要是吊運工程機械、電力塔、建築頂層大件設備等，還有一個廣泛用途是吊桶森林滅火，國內引進米-26的用途中，很大一個用途是滅火用途。

    就國內民用重型直升機的主要應用場景來看，我國有很多不同於其它國家的特點，因為我國大部分國土是山地，四川地震時是要把工程機械運輸進去，我國大量的森林是在山地，而不像俄羅斯大量的森林是在平原。山地的典型特徵是空域小、空氣流動複雜，2018年2月19日四川雅江縣出現森林火災，由於火災出現在山谷，米-26直升機難以找到起降場地，米-171吊掛能力有限，也不好停放，選擇了卡-32直升機進行滅火，實際效果很好（見下面截圖）。這些例子表明我國對直升機的要求是有自身很多特點的。

    根據上面艦載和民用直升機的要求，個人設想20噸直升機有三個方案：

    方案一：傳統單旋翼結構

    傳統單旋翼結構最為成熟，我國也積累了一些經驗，按道理這方面更容易發展。20噸直升機的參照對象就是CH-53A，按照CH-53A的參數，直升機的長度達到27米，旋翼長度是22米，比米-171的21米多旋翼和25長大不了多少，按道理應該是比較合適的。不過CH-53A在設計時沒有考慮上高原，通過更大功率發動機和最新的旋翼葉片，按道理也能夠做到高原一定載荷，上艦尺寸比CH-53E的（30.2米長和24米旋翼）要小，按道理可以開發出來。不過這樣的尺寸對雲南、四川等地的山地是否合適仍然是個問題，西南的山地屬於橫斷山脈，地質活動劇烈造成山谷眾多且山谷狹窄，能否在這樣的山谷找到起降地點是個問題。

   方案二：縱列雙旋翼

   縱列雙旋翼的參考對象就是CH-47，原則上CH-47是重型直升機中的一個比較好的選擇，譬如其機身長度短但內部有效長度長，CH-47最大起飛重量是25噸（初期20噸），其內部長度和最大起飛重量達到33噸的CH-53E相當。沒有尾槳對地面更安全，沒有尾槳也能就沒有懸停時尾槳能量消耗，重量效率高，吊運能力強，而且重心適應範圍廣。如果能上艦，摺疊旋翼後長度很短，也就是機身長度，即16米。目前CH-47甚至不用摺疊都能裝到英國新航母機庫中，升降機也能裝下，顯然是個可以考慮的方案。不過民用CH-47很少是個問題，CH-47的典型問題是旋翼旋轉起來後總長度長，能夠達到30.1米，和33噸的CH-53E的30.2米的長度相當，在山谷中飛行能否活動得開也是個問題。

   方案三：共軸雙旋翼

   目前世界上並沒有重型的共軸雙旋翼，我們可以按照共軸雙旋翼的槳盤載荷來估計這樣20噸重型直升機的尺寸。目前卡-32的旋翼直徑是15.9米，按照和卡-32同樣槳盤載荷算，20噸重量需要的旋翼直徑是20米。一般共軸雙旋翼直升機的機身更短，這樣相當於旋翼旋轉時長和寬都是20米，其整體尺寸比單旋翼方案和縱列雙旋翼要小不少，在山谷活動更方便，在兩棲攻擊艦上佔據空間更少，同樣長度可以多一些起降點。共軸雙旋翼的機身重量效率輕懸停效率高，這對民用吊運來説也是比較好的特性，無論是高原吊運工程機械、電力塔還是滅火吊桶，共軸雙旋翼吊運的優勢都能體現。共軸雙旋翼的問題是整體高度高，畢竟上下旋翼間的間距要確保不相互碰撞，比單旋翼直升機高了0.1倍的旋翼直徑，如果旋翼直徑是20米，那麼就要高2米。這對上兩棲攻擊艦來説，機庫和機庫門高度能否滿足是個問題。

    撇開共軸雙旋翼的高度問題，上面三種方案，結合國內實際在四川和雲南森林滅火的實際經驗，個人更傾向研製一款20噸級別的共軸雙旋翼直升機，這個直升機的吊運能力能到10噸的話就能很好滿足我國山地多的飛行環境，容易找到加油維護停放點，上兩棲攻擊艦時也有更多起降點。共軸雙旋翼對橫風敏感度低，小範圍機動和掉頭能力好，這也有利於山谷中飛行和海面上艦船上降落。如果能研製一款這樣的20噸級別直升機，那麼對我國兩棲攻擊艦攻擊能力提升和民用使用都是有極大好處的。

     下面談談關於如何降低共軸雙旋翼直升機的辦法。

    降低高度措施一：為了降低總體高度要將油箱類似CH-53那樣放在座艙兩側，這樣比把油箱像米-26那樣放在機身底部能降低高度。這個是設計選擇問題，肯定能做到。

    降低高度措施二：起落架可跪，這是參考黑鷹的策略，黑鷹為了能夠進入C-130，所以把起落架設計成可下跪，差不多降低高度有0.6米（見下圖）。這個策略很容易做到，很容易採用。

    降低高度措施三：降低旋翼和傳動系統高度高度。

   最早我想過像黑鷹那樣讓旋翼整體高度降低（能降低15英寸，即0.38米），因為兩幅旋翼高度達到旋翼直徑的0.1倍，按照上面算20米旋翼的話就是2米高度，如果能降低旋翼之間距離，顯然對整體高度有利。不過，查了黑鷹降低旋翼高度的辦法是要拆解東西，日常上兩棲攻擊艦機庫拆東西和出來時裝東西，這對日常運作太不利，所以放棄了這個想法。

    那麼剩下只有降低減速器高度了。對於減速器高度，我們可以看一下CH-53的減速器很高，個人估計從座艙的外部頂部到旋翼大約有1.8米，如下圖：

    當然，降低減速器高度並不容易，因為旋翼距離機身高度是有要求的，黑鷹直升機為了能裝到C-130裏，一開始讓旋翼靠近機身頂部，結果引起震動無法解決，最後不得不再升高0.38米（見下面《黑鷹之路》截圖），按照比例來算，20米旋翼就得0.46米，加上上下旋翼高度差2米，直升機減速器護罩頂部到旋翼頂部高度就得2.5米。

     下面看出K-27/32系列的旋翼距離發動機有點近，造成旋翼靠近內側都採用的是非翼型剖面，沒有有效發揮長度。

     下面K-52系列的旋翼距離機身加大，旋翼有翼型剖面位置就更靠近內側。

    如果共軸雙旋翼直升機的機身設計和CH-53類似，假設共軸雙旋翼的下面旋翼和CH-53旋翼高度一致，那麼就比CH-53的槳轂高2米，前面通過起落架跪下降低了0.6米，那麼仍然還要高1.4米，所以還應該繼續降低。1.8米減去旋翼減去前面説的0.5米，那麼就是1.3米高度，如果能把1.3米的空間降低到0.8米，就能再降低0.5米，即總體降低了1.1米，效果還是可以的。那麼能不能降低呢？個人認為是可能的，黑鷹直升機的減速器就是典型的降低高度設計，見下圖：

     那麼按照上面的措施，估計一下高度：假設直升機底部距離地面0.8米，降低起落架0.6米後，就是0.2米。座艙底部厚度是0.3米，座艙內部空間高度是2米，座艙頂部高度是0.3米，這樣到機身頂部外部高度就是2.8米。2.8米再加上0.8米和2.5米，就是6.1米。如果能再把其中一些結果再安排緊湊點，那麼總體高度可以力爭控制到6米。下面看CH-47進入到英國航母內，CH-47的後部旋翼高度是5.9米，假設兩棲攻擊艦內部高度和英國航母類似，那麼也有可能進去。

     最後畫個大致示意圖，供參考：