关于10吨直升机构型的选择：直20是不是山寨黑鹰？_风闻

（注:直博会开了，直20正式大量公开，这里转一篇以前的旧文章，里面有些内容没有调整）

  随着直20的问世，关于直20山寨黑鹰的说法一直很多，但直20到底是不是山寨？是不是看外形布局结构类似就认为是山寨？在这方面，个人认为还是应该从设计角度聊聊，或许能把事情看得更清楚。

    首先来看10吨级别直升机构型的种类，目前看，基本就是黑鹰和NH-90两种选择，搞清楚这两种构型的特点，那么就能更清楚为何直20做当前的选择。

    从直升机整个构型选择来看，2吨以下大多数选择雪橇式起落架，载客数量少，油箱、发动机围绕旋翼转轴布置，座舱位于旋翼转轴前方，这是因为这种小直升机载荷能力小，座舱体积小，发动机和油箱占据总体重量比例大，座舱载荷能力小，所以选择了这种布局（图1）。

    随着吨位的增加，座舱载荷能力提升，发动机和燃油占据总体重量的比例降低，座舱就要占据旋翼下方空间，因为座舱里面载荷是在变化，变化的载荷造成重心变动，座舱位于旋翼下方对于重心变动影响最小，这个时候发动机位置就移动到座舱顶部，而油箱位置的安排，就有了多种方案。

   油箱的燃油也是变化的重量，对重心也会造成影响，而且燃油的密度比座舱平均密度大（座舱装载重量除以座舱总容积），目前主流的燃油布置有以下几个：一个是位于座舱下面（绝大多数直升机是这个选择）、一个是位于座舱后面（黑鹰的布置），还有是位于座舱两侧（西科斯基公司的S-92、种马和超种马）。说白了就是让开地方给座舱，只是让开的地方不同，由于油箱的位置不同，对直升机的设计也带来影响。

   大多数直升机选择将油箱放在座舱下面，这样做的好处是燃油重心和旋翼转轴基本重合，燃油消耗时对直升机的重心变化影响小，这对直升机重心控制非常有利。油箱放在座舱下面后，座舱向前和向后都容易扩展，座舱大小限制较少，而且油箱不阻碍直升机尾门的设计，侧门设计也可以在旋翼转轴下方，进行飞行救援时也比较方便。正是由于这个布局优点较多，所以大多数直升机都选择是这样的油箱布置。但是这个布局也不是没有缺点：油箱、座舱、发动机、旋翼都是沿着垂直方向布置，直升机的高度会比较高，所以在对高度有要求情况下，选择这个布局就不太合适。由于高度较高，直升机的起落架选择多数是前三点（也就是主起落架在后的布局）而不是后三点，因为机身高通常尾梁距离地面也高，如果是后三点的话那么尾轮支撑杆就太长了。尾梁高是有原因，大型直升机因为有尾门所以尾梁高，而即便不设置尾门，尾梁也不能太低，原因是：较大型直升机尾桨转轴一般与旋翼桨毂同样高度，这样在气动上是有利的，由于桨毂高所以尾桨顶部就要高，如果尾梁低的话，垂尾梁就要长，这也增加重量。综合考虑后，还是选择前三点起落架更为合适。前三点起落架有利于设置尾门，但是设置侧门就会存在门与起落架干扰问题，这方面有两种解决办法，一种是侧门靠后设置，侧门往前推（图2：NH-90）,这样做的好处是主起落架和机身主框架做成一体（图3），但这样舱门大小就受到限制，因为往前推是飞行员舱门，不能把飞行员舱门堵住。一种是侧门往后推，为了不让侧门和主起落架打架，主起落架支撑点靠外设置（图4 意大利AW-145），但这样明显不利于传力给机框机构，需要横向强度很高的梁去实现传力。这样布局的另外一个缺点是座舱地板都比较高，毕竟地板下面有油箱，而直升机抗坠毁时必须要靠主起落架来缓冲，主起落架行程压缩完毕时开始机身接触地面，为了让主起落架缓冲距离足够长，那么机身距离地面就要足够大，这样就难以让地板距离地面较低。

   为了能够压缩高度并让油箱重心还在旋翼转轴下面，西科斯基的S-92（图5）、种马和超种马油箱布置或许更合适，因为其油箱分布在机身左右两侧，综合后油箱的重心位于旋翼转轴下面，只是油箱消耗时候需要考虑左右油箱等量消耗。这个布局有利于降低高度，也不影响设置尾门，油箱还可以设置成翼型剖面，在直升机前飞时让油箱产生升力。但是油箱位于机身两侧使得侧面大小受到限制，而且侧门并不在旋翼转轴下方，所以这样油箱布局的直升机也不多，除了西科斯基外其它公司采用的并不多，波音支奴干算是一个，不过支奴干的布局本身不是单个旋翼。这种油箱布置通常将主起落架设置在油箱后面的整流罩中，靠近机身，主起落架很容易连接到机身主框架上。如果不在乎侧面有多大，这种设计也有可取之处。这种布局有利于让地板距离地面较近，所以象超种马这样的重型机从尾门进入时坡度都不大（图6）。而且超种马可以用C-5运输机运输，当然是要拆掉旋翼和桨毂，也能放到两栖攻击舰上，高度低还是有其好处的。

  很显然，油箱位于座舱后面时油箱重心不在旋翼转轴下面，这样燃油消耗时会造成重心变化，座舱载荷变化时也造成重心变化，不做特殊处理，对直升机平衡是很不利的。这方面黑鹰直升机设计了倾斜尾桨，是让尾桨提供一定升力，从而让重心变化范围更广。由于倾斜尾桨可以扩大单旋翼直升机的重心范围，所以西科斯基后来的直升机中很多都采用了倾斜尾桨，而欧洲的意大利和欧洲直升机公司也开始采用倾斜尾桨设计。油箱在座舱后面是没法设计尾门，座舱在长度方向上也受限制（油箱重量大不能离旋翼转轴太远）。这个油箱布置的好处是，直升机的整体高度可以降低（毕竟油箱不在下面）。这种布局原则上可以选择前三点，但是更适合选择后三点，因为机身高度低，桨毂高度低，尾桨转轴也就低，尾梁高度低有利于设置尾轮，而前三点起落架为了防止尾梁触地也得设置防撞尾撑，所以设置后三点起落架是最合理的。这样舱门往后滑动完全不会与起落架冲突，设置大舱门就很容易。另外由于地板下没有油箱，所以地板距离地面可以较低，机身下部距离地面可以有较大的距离，起落架缓冲行程就可以设置较长，从而有利于抗坠毁设计。目前黑鹰直升机（图7）是运输直升机中抗坠毁能力最强的，可以在11.5m/s的坠落速度下保证95%的生存能力。而NH-90和AW-149都没有这样的抗坠毁能力，他们能够达到的能力是9-10m/s，按照动能来看，同样重量11.5m/s是10m/s的1.32倍，是9m/s的1.6倍，换句话说在高度上可以从1.3倍或者1.6倍高度坠落，抗坠毁能力的优异性还是很突出的。

   当了解了上述布局的各自优缺点，我们再来看国内直升机选择什么构型。很显然，10吨级直升机的舱内容积有限，主要还是以运送人员为主。典型的在NH-90之前的美洲豹和超美洲豹直升机（图8、9），就没有设置尾门（NH-90可以看做是美洲豹的后继机），所以，是不是一定需要尾门就值得商榷了。

在不是很有必要要尾门的情况下，对于我们国家，更为看中的的是什么？我们都知道，黑鹰直升机的引进是因为青藏高原急需直升机，而即便是黑鹰引进三十多年后仍然缺乏高原直升机。这里有个典型的抗坠毁事件：

“1988年5月27日，某团邱光华机组驾驶一架“黑鹰”直升机执行运输任务，在飞越林芝至墨脱间多雄拉山口时，直升机由于气象原因撞毁在低于山口100米的缓坡上，机上人员全部侥幸生还。然而不幸的是，大难不死的邱光华在20年后的汶川抗震救灾中，突遇低云大雾和强气流，驾驶的米-171直升机不幸撞山坠毁，邱光华献出了宝贵的生命。”

  对于高原来讲，高原能力并不仅仅是发动机功率大就可以的，发动机功率再大也不能保证发动机不出问题，不能保证恶劣气象的影响，而高原的典型特点是空气稀薄，在典型旋翼自旋坠落时，由于空气密度稀薄造成旋翼升力小，从而使得下坠速度快，如果抗坠毁能力不行，生存能力就堪忧。另外，高原载荷能力降低，大座舱并不能装满，而座舱较小能降低结构重量，降低恶劣气象造成的气流对机身吹动的影响。还有我们国家国土广袤，东西、南北跨度大，依靠直升机自身机动速度慢，在Y-20服役情况下用Y-20运输直-20，采访直升机研究所的设计师时该设计师就谈到直-20可以用运输机运输。综合这些，可以说国内的特殊要求使得10吨直升机选择了类似黑鹰的构型，并不是说国内没有能力造出类似NH-90构型，国内1986年就购买了超美洲豹，只比黑鹰晚1年多，而直八的仿制已经了解直升机尾门怎样设计。1995年昌河直升机公司参与研制S-92的斜尾梁，说国内没有类似NH-90的直升机所以无法山寨NH-90就有点扯了，山寨超美豹然后加个尾门难度很大么？直升机的总体布局的可选项其实不多，除了上面我提出的三种油箱布置和起落架布置外，还有什么更新颖的布置？在有限的可选情况下，无论选择哪种布置，都会有人说类似某某某个机型，从而说出山寨的话来。

   真正看是不是山寨要看的是关键的零部件设计是不是照抄。对于直升机来说，关键的有旋翼系统方面直20和黑鹰是不同的，不可能套用黑鹰的旋翼系统。在机身材料上，我们也选择了更多复合材料，这和黑鹰的铝合金机身为主是不同的，你不可能按照铝合金结构来设计复合材料机身，这是完全不同的东西，抄会抄出麻烦的。而座舱上的变化很多，我们在使用黑鹰中发现油箱偏小，座舱尺寸偏小，目前直20的机身明显比黑鹰大一圈。尾梁和斜尾梁设计、尾轮设计都有所不同。而在飞行控制上，国内采用了电传操纵，黑鹰在八十年代引进时可没有这些东西。难道仅仅因为个人喜好和样子像黑鹰就认为直20山寨了黑鹰？实际上，在航空领域，包括运输机和直升机，随着布局的持续进化，能够优化选择的构型逐步会集中在几个构型上，后来者很难在已经集中的构型上在创造什么新的构型，而真正要看是不是新设计，更多是深入到具体实现上是否相同，而不是看总体是否相似。如果看总体相似，那么波音运输机和空客运输机外形上有多大不同？现代的武装直升机总体布局为何都比较相似？