关于20吨级别舰载和民用重型直升机的设想_风闻

    自从2008年四川地震后，我个人就非常希望中国的重型直升机早日问世。后来传中国计划找俄罗斯联合研制重型直升机，到现在已经十几年了，眼看着重型直升机的问世仍然还需好多年，真的是让人等白了头。这种情况下，我一开始就设想，能不能抛开俄罗斯完全依靠自己研制重型直升机呢？

    个人认为抛开俄罗斯自己研制重型直升机是可能的，早期个人希望采用纵列双旋翼直升机，这样20吨级直升机的减速器和旋翼就可以借助当前10吨级直升机基础来研制，因为两幅旋翼和前后两个减速器的承载能力都是同样吨位单个大旋翼的一半，也就是20吨级别可以用两个10吨载荷的直升机技术来拼装，从而加快研制速度，和国外合作的主要就集中在发动机上，这样就能加快重型直升机出现的速度。

    2019年传中国和俄罗斯研制的重型直升机最大起飞重量到42吨，还传出14米长旋翼研制成功的信息，这表明重型直升机上已经有了进展。但透露出来的信息又带来另外一个问题，14米长旋翼加上桨毂直径，这意味这旋翼直径肯定超过28米，多半是30米的样子，这样的重型直升机上是能够上高原并保证相当的载荷能力，但是上两栖攻击舰就不太合适，而目前的直-8系列仍然难以满足舰载重型直升机的要求，需要新的舰载重型直升机。

    重型直升机必然是有民用用途的，发展民用用途能拓展使用范围，增加产量降低生产成本。那么民用重型直升机的需求是什么？我查了国内外论文，重型直升机中，除了米-26有大量的民用使用外，CH-53和支奴干的民用机都很少。CH-53几乎没有民用的，民用的是CH-53的前身S-64，一个专门的吊装直升机，CH-47的民用版只有几十架产量。我个人猜测民用重型直升机数量很少的原因是缺少一次运送大量员工的需求，毕竟民用强调经济型，直升机载客运输大量人员的场景太少，有大量人员运输要求就会有机场和民用运输机。民用重型直升机更多是需要吊运，包括米-26实际上大多数时候是吊运，载客时候并不多。吊运的用途主要是吊运工程机械、电力塔、建筑顶层大件设备等，还有一个广泛用途是吊桶森林灭火，国内引进米-26的用途中，很大一个用途是灭火用途。

    就国内民用重型直升机的主要应用场景来看，我国有很多不同于其它国家的特点，因为我国大部分国土是山地，四川地震时是要把工程机械运输进去，我国大量的森林是在山地，而不像俄罗斯大量的森林是在平原。山地的典型特征是空域小、空气流动复杂，2018年2月19日四川雅江县出现森林火灾，由于火灾出现在山谷，米-26直升机难以找到起降场地，米-171吊挂能力有限，也不好停放，选择了卡-32直升机进行灭火，实际效果很好（见下面截图）。这些例子表明我国对直升机的要求是有自身很多特点的。

    根据上面舰载和民用直升机的要求，个人设想20吨直升机有三个方案：

    方案一：传统单旋翼结构

    传统单旋翼结构最为成熟，我国也积累了一些经验，按道理这方面更容易发展。20吨直升机的参照对象就是CH-53A，按照CH-53A的参数，直升机的长度达到27米，旋翼长度是22米，比米-171的21米多旋翼和25长大不了多少，按道理应该是比较合适的。不过CH-53A在设计时没有考虑上高原，通过更大功率发动机和最新的旋翼叶片，按道理也能够做到高原一定载荷，上舰尺寸比CH-53E的（30.2米长和24米旋翼）要小，按道理可以开发出来。不过这样的尺寸对云南、四川等地的山地是否合适仍然是个问题，西南的山地属于横断山脉，地质活动剧烈造成山谷众多且山谷狭窄，能否在这样的山谷找到起降地点是个问题。

   方案二：纵列双旋翼

   纵列双旋翼的参考对象就是CH-47，原则上CH-47是重型直升机中的一个比较好的选择，譬如其机身长度短但内部有效长度长，CH-47最大起飞重量是25吨（初期20吨），其内部长度和最大起飞重量达到33吨的CH-53E相当。没有尾桨对地面更安全，没有尾桨也能就没有悬停时尾桨能量消耗，重量效率高，吊运能力强，而且重心适应范围广。如果能上舰，折叠旋翼后长度很短，也就是机身长度，即16米。目前CH-47甚至不用折叠都能装到英国新航母机库中，升降机也能装下，显然是个可以考虑的方案。不过民用CH-47很少是个问题，CH-47的典型问题是旋翼旋转起来后总长度长，能够达到30.1米，和33吨的CH-53E的30.2米的长度相当，在山谷中飞行能否活动得开也是个问题。

   方案三：共轴双旋翼

   目前世界上并没有重型的共轴双旋翼，我们可以按照共轴双旋翼的桨盘载荷来估计这样20吨重型直升机的尺寸。目前卡-32的旋翼直径是15.9米，按照和卡-32同样桨盘载荷算，20吨重量需要的旋翼直径是20米。一般共轴双旋翼直升机的机身更短，这样相当于旋翼旋转时长和宽都是20米，其整体尺寸比单旋翼方案和纵列双旋翼要小不少，在山谷活动更方便，在两栖攻击舰上占据空间更少，同样长度可以多一些起降点。共轴双旋翼的机身重量效率轻悬停效率高，这对民用吊运来说也是比较好的特性，无论是高原吊运工程机械、电力塔还是灭火吊桶，共轴双旋翼吊运的优势都能体现。共轴双旋翼的问题是整体高度高，毕竟上下旋翼间的间距要确保不相互碰撞，比单旋翼直升机高了0.1倍的旋翼直径，如果旋翼直径是20米，那么就要高2米。这对上两栖攻击舰来说，机库和机库门高度能否满足是个问题。

    撇开共轴双旋翼的高度问题，上面三种方案，结合国内实际在四川和云南森林灭火的实际经验，个人更倾向研制一款20吨级别的共轴双旋翼直升机，这个直升机的吊运能力能到10吨的话就能很好满足我国山地多的飞行环境，容易找到加油维护停放点，上两栖攻击舰时也有更多起降点。共轴双旋翼对横风敏感度低，小范围机动和掉头能力好，这也有利于山谷中飞行和海面上舰船上降落。如果能研制一款这样的20吨级别直升机，那么对我国两栖攻击舰攻击能力提升和民用使用都是有极大好处的。

     下面谈谈关于如何降低共轴双旋翼直升机的办法。

    降低高度措施一：为了降低总体高度要将油箱类似CH-53那样放在座舱两侧，这样比把油箱像米-26那样放在机身底部能降低高度。这个是设计选择问题，肯定能做到。

    降低高度措施二：起落架可跪，这是参考黑鹰的策略，黑鹰为了能够进入C-130，所以把起落架设计成可下跪，差不多降低高度有0.6米（见下图）。这个策略很容易做到，很容易采用。

    降低高度措施三：降低旋翼和传动系统高度高度。

   最早我想过像黑鹰那样让旋翼整体高度降低（能降低15英寸，即0.38米），因为两幅旋翼高度达到旋翼直径的0.1倍，按照上面算20米旋翼的话就是2米高度，如果能降低旋翼之间距离，显然对整体高度有利。不过，查了黑鹰降低旋翼高度的办法是要拆解东西，日常上两栖攻击舰机库拆东西和出来时装东西，这对日常运作太不利，所以放弃了这个想法。

    那么剩下只有降低减速器高度了。对于减速器高度，我们可以看一下CH-53的减速器很高，个人估计从座舱的外部顶部到旋翼大约有1.8米，如下图：

    当然，降低减速器高度并不容易，因为旋翼距离机身高度是有要求的，黑鹰直升机为了能装到C-130里，一开始让旋翼靠近机身顶部，结果引起震动无法解决，最后不得不再升高0.38米（见下面《黑鹰之路》截图），按照比例来算，20米旋翼就得0.46米，加上上下旋翼高度差2米，直升机减速器护罩顶部到旋翼顶部高度就得2.5米。

     下面看出K-27/32系列的旋翼距离发动机有点近，造成旋翼靠近内侧都采用的是非翼型剖面，没有有效发挥长度。

     下面K-52系列的旋翼距离机身加大，旋翼有翼型剖面位置就更靠近内侧。

    如果共轴双旋翼直升机的机身设计和CH-53类似，假设共轴双旋翼的下面旋翼和CH-53旋翼高度一致，那么就比CH-53的桨毂高2米，前面通过起落架跪下降低了0.6米，那么仍然还要高1.4米，所以还应该继续降低。1.8米减去旋翼减去前面说的0.5米，那么就是1.3米高度，如果能把1.3米的空间降低到0.8米，就能再降低0.5米，即总体降低了1.1米，效果还是可以的。那么能不能降低呢？个人认为是可能的，黑鹰直升机的减速器就是典型的降低高度设计，见下图：

     那么按照上面的措施，估计一下高度：假设直升机底部距离地面0.8米，降低起落架0.6米后，就是0.2米。座舱底部厚度是0.3米，座舱内部空间高度是2米，座舱顶部高度是0.3米，这样到机身顶部外部高度就是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结果再安排紧凑点，那么总体高度可以力争控制到6米。下面看CH-47进入到英国航母内，CH-47的后部旋翼高度是5.9米，假设两栖攻击舰内部高度和英国航母类似，那么也有可能进去。

     最后画个大致示意图，供参考：