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直-20—新时代的中国“鹰”(科普.原创) 精选

已有 8830 次阅读 2021-3-16 12:29 |系统分类:科普集锦

严晴晴 沈海军

        随着我国航空工业的发展,直升机研制生产有了很大的进步,尤其是在轻型和小型直升机领域,国产机型和配套系统均在实际应用中经受了考验,取得了令世人瞩目的成就,并出口国外。然而,在中型直升机领域,国内与国际水平尚有差距。经过多年努力,目前,伴随着我国自主研发的直-20中型直升机的试飞成功,并且亮相我国70周年阅兵,标志着我国中型直升机已经突破技术瓶颈,后续的定型及量产已成定局。

一、直-20拥有强大的性能

       直-20是一款采用典型的双发单旋翼单尾桨布局的中型通用直升机。它在短期内填补了我国9~10吨级中型直升机的空白,技术上有一定的先进性,具备多用途和良好的实用性,能够在高原起降,适应潮湿、极寒地理环境,可执行复杂的飞行任务,全空域使用,可供飞机运载,能投入批量生产,且军民两用。

        直-20的主旋翼为五桨叶式,桨叶数量比美国“黑鹰”直升机多一片,其优点是在同等条件下通过增加了旋翼面积,直接降低了桨叶载荷。其主旋翼采用五叶柔性结构,配置新一代低阻桨叶和后掠桨尖,既能延缓前、后行的气流分离,又能改善气动载荷分布,降低桨涡流的干扰;既能减少振动,又能降低噪声;还能提高气动效率,增加旋翼升力,提高飞行速度;其桨毂用钛合金整体锻造后数控加工,以此精简零件数,减少旋翼的维护工作量。

        直-20机身结构按抗堕损要求设计,材料除采用铝合金外,还采用了复合材料。机身采用半硬壳结构,由多根纵向龙骨梁和主要承力框连接在一起,不仅强度高,而且抗堕损能力强,可在直升机不幸坠毁时同时承受垂直向下和向前加速度产生的碰撞,能够吸收撞击能量,防止发生火情,确保随机乘员的高生存率。

        直-20的尾桨为复合材料结构。采用常规的十字形尾桨,具有高效率、低噪音的特征。尾桨和主旋翼均设有电加热除冰装置。还可根据需要进行人工折叠,以便于收藏和运输。直-20采用大尺寸的全动式平尾,可由电动或人工手动操纵,改变迎角大小,用以直升机的俯仰操控,保持平衡。

        此外,直-20机头雷达罩有防雷条,机身侧面有绞车,机身后部两侧有导弹逼近告警接收机,机身与尾梁相交处的上方有红外抑制器,两侧有干扰弹发射装置。可以在执行其他任务时提供强有力的帮助。

二、直-20使海陆空军如虎添翼

        相较于我国之前服役的系列直升机,直-20有着很大的优势。与直-8/18相比,直-20造价较低又便于空运。因此,直-20对于中国陆军来说是一款急需而且能够较好满足需求的直升机。中国陆军如果大规模装备直-20,也将会像美国陆军那样“飞起来”,使空中机动作战能力得到前所未有的提高。

        直-20对于中国海军的重要性也非常大。中国海军现役的国产4 吨级直-9C/D载荷能力小,难以携带较多的反潜探测设备和武器。例如其除了固定安装的机头搜索雷达以及携带吊放式声呐、2枚鱼-7反潜鱼雷后,再无余力搭载其他反潜设备。如果要携带声呐浮标和磁探仪,还需要另外一架直-9C。而且直-9C在携带反潜探测和武器系统后,航程和留空时间也太小,只能支持50千米范围内的反潜作战;进口的10吨级的卡-28虽然吨位上比较合适,反潜装备比较齐全,航程和留空时间也不错,但其共轴双旋翼设计属于非主流,机库必须为其增高而导致搭载舰艇重心升高,而且卡-28机载设备和武器系统落后,又无法和中国生产的反潜设备和武器通用,所以并不能很好地满足中国海军反潜作战的需要。

        另外,卡-28还存在与米-17/171同样的问题,就是生产和维护都受制于人;国产13吨级的直-8/18则难以搭载到驱护舰上,存在搭载平台受限制的问题。由于缺乏吨位合适且技术先进的舰载直升机,中国海军的航空作战能力,尤其是航空反潜作战能力受到了很大制约。而对于在直-20基础上发展出的舰载型情况就会完全不同,直-20将旋翼直径以及尾梁折叠后的机长与卡-28相近,可以直接利用现役驱护舰上专为卡-28设计的飞行甲板、机库等设施。

        如果未来发展新型驱护舰,还可因直-20外形低矮的特点降低机库高度,从而降低全舰的重心和暴露率。直-20的大吨位和自主研制生产的便利性,使其可以同时装备多种国产先进的反潜探测设备和武器,如对海搜索雷达、吊放式声呐、声呐浮标、磁探仪、反潜鱼雷和深水炸弹、光电吊舱、音响处理系统、电子战系统等,再加上其远航程以及较大的留空时间,不但能将中国海军的反潜范围扩大到100千米以上,而且能支持较长时间的搜潜和攻潜行动,从而大大提升中国海军的反潜作战能力。

        直-20发展出舰载型之后,能搭载到驱逐舰、护卫舰、 航母、船坞登陆舰、多用途登陆舰以及两栖攻击舰上,取代目前的直-9C/D和卡-28,大幅提高中国海军的反潜、反舰、垂直登陆、垂直补给、海上搜救等多种航空任务能力。

        直-20对于提高中国空军的作战能力也有较大作用。虽然空军是以固定翼飞机为主要装备,但是空军序列里还有空降兵。如果装备较多的直-20通用直升机,配合空降兵已经列装的直-10武装直升机,那么空降兵将会具备强大的机降突击能力,与传统的伞降作战方式相结合,作战灵活性将得到极大扩展,更能满足未来战争的需要。此外,直-20还能衍生出空军专用的特种搜救型号,在战时救援跳伞落地的飞行员。

三、直-20的成长之路

        直-20研制项目于2010年立项,2014年试飞,2017年量产使用。直-20中型通用直升机的出现,填补了10吨级直升机的空白,也标志着我国直升机技术取得了重大进步。

        直-20在设计上没有参考俄罗斯的米-17/171系列,而是选择了美国的“黑鹰”,主要是因为“黑鹰”的环境适应性要比米-17/171更强,特别是高温和高原环境下的适应性很出色。我国有大片的高温和高原地区,如中国南方普遍属于高温地区,西南、西北的很多地区则是高原地形,而像青藏高原、云贵高原、四川周边等都还是海拔数千米的山地,所以非常需要高温高原性能出色的中型通用直升机来满足实际需求。“黑鹰”的初始设计就要求优异的高温和高原性能,动力传动系统和旋翼匹配很好,机体尺寸和旋翼直径小,在复杂地形条件下使用灵活。而且中国陆航使用“黑鹰”在高原地区飞行多年,对其出色的高原性能印象极为深刻。

        另外,在中国直升机研发技术实力仍然较弱,技术储备不足的情况下,选择综合性能好、技术起点更高,又有比较深入了解的“黑鹰”作为直-20的设计参考原型,显然比米-17/171更合适。选择“黑鹰”为设计参考原型的另外两个重要原因应该是考虑到空运和舰载的需要。空运方面,“黑鹰”采用的是低尾梁设计,目的就是尽量压低全机高度,提高直升机的空间适应性。我军现在已经装备运-20大型运输机,未来还将装备运-30中型运输机,因此像直-20这种低尾梁直升机不用拆卸桨毂和旋翼就可装入运-20或者运-30的货舱。

        此外,低尾梁设计还有一个好处就是机身表面比较光顺,没有明显的断阶,压差阻力小,有助于控制直升机的气动阻力。舰载方面,美国以“黑鹰”为基础发展出了“海鹰”舰载直升机,充分展示了舰载适应性和良好的海上多用途性能。

        直-20的座舱非常先进,采用了综合航电技术和电传操纵技术,整个座舱完全实现了“玻璃化”,各种信息都显示在大尺寸彩色多功能液晶显示屏上,而传统的机械仪表则已经看不到了。这样一来,飞行员的操作负担大幅减轻,而信息感知能力却得到了飞跃性的提升。

四、多面手直-20

        我国的直-20是款具有多种用途的中型通用直升机平台。直-20主业是空中运输。由于它既可以垂直起降,又可以空中悬停;既可以舱内搭乘和运载,又可以舱外吊挂,充分展现了多面手的功能。在直-20原型机的基础上,可以开发出突击型、救援型、侦察型、救护型、消防型、舰载型等,来满足用户多方面的不同需要。

        直-20 服役后,配合国产大型运输机运-20的投送能力,我陆军集团军的主力部队能够迅速被投送到热点地区,并形成机动突击作战能力,用于突袭、攻坚、反恐、斩首行动。

        舰载型的直-20装备到我海军驱逐舰可用于反舰和反潜,装备两栖突击舰可用于支援登陆作战,应对台海及岛礁冲突等风险。以突击型为例,每架次可以搭乘一个全副武装的步兵班,进行蛙跳穿插,快速机动,神兵天降,攻坚克难,以少胜多。必要时还可以外挂车辆、火炮。

        以舰载型为例,其又可以衍生出反舰型、 反潜型、预警型、搜救型、电子战型。而且,直-20 与同类其他机型相比较,外廓尺寸偏小,机高较低,机体结构比较紧凑,方便在甲板上或机库里停放,更适合作为舰载直升机使用。

        以救护型为例,在抗洪救灾和抗震救灾中每架次可搭载3~6名医务人员,安装一个供氧装置,一套医疗救护系统,放入6副担架,伤员监视设备和新生婴儿保育箱,夜视照明装置,执行救死扶伤任务。

  五、优异性能源自不懈的奋斗

        从美国陆军的直升装备和使用情况看,“黑鹰”至今仍是无可替代的通用直升机主力,在历次实战中都发挥了重大作用。例如1991年海湾战争中,美国陆军第101空中突击师就是借助“黑鹰”以及CH47“支奴干”重型直升机将大量人员和装备机动到伊军后方,切断了伊军退路,为美军为首的多国部队围歼伊军立下了汗马功劳。而直-20也将成为中国陆航的通用直升机主力。其地位一如“黑鹰”之于美国陆军。更重要的是,直-20由我国自行研制,具有完全的自主知识产权,在采购、使用等方面不用担心受制于人。

        中国的直-20采用的综合航电技术是从2008年才开始研发设计的,其航电电子水平全面超越早在上世纪70年代就装备定型的“黑鹰”直升机的。也得益于中国军事电子航空工业近几年的快速发展,使得中国的直-20直升机在其初始版本开始,就在机身上就安装了全套的类似西方军用直升机最高等级的相关电子装备配置,其雷达警告器、电子干扰天线、大型多普勒导航雷达以及前视红外/电视光电头等,可以说是一应俱全非常的全面。也使得从这个方面上来看,直-20直升机还是全面强于美国“黑鹰”直升机的。

        在装载能力方面,其运载武装步兵的能力比直-9大得多,也将超过“黑鹰”(直-20的机身比 “黑鹰”更加周正,显然是为了增大货舱空间而采取的设计措施),虽然比不上米-17/171,但是其吊挂运输能力至少在4吨以上,可以弥补内部货舱运输的不足。

         与“黑鹰”的旋翼采用4叶桨不同的是,直-20的旋翼采用了5叶桨。更多的桨叶意味着更大的升力,或者更小的直径,或者更低的转速(可以降低噪声和振动,或者为增速留有空间)。在发动机功率相同的情况下,多1片桨叶则能提供的升力就更大;或者在发动机功率较低的情况下,依靠增多桨叶数量来弥补发动机功率不足,保证直升机有足够的升力。直-20的旋翼增加1片桨叶,主要是为了提高升力,以适应高原环境需求。当然,直-20的旋翼转动时的噪声也比较低,有利于隐蔽飞行。要具备出色的高原性能,  除了先进的旋翼系统,还要发动机的功率够大。直-20采用的是2台1600千瓦涡轴10发动机,功率超过了“黑鹰”最新型号UH-60M的T700-T6E 的1577千瓦,更明显超过了我军现役“黑鹰”的T700-CT7-2D涡轴发动机的1200千瓦。使得现有研制成功的直-20直升机的空中机动性水平达到了很高的水平。由此可知,直-20的高原性能还是要略胜于“黑鹰”。

        据称,中国在引进“黑鹰”的最初时期,就曾考虑仿制这款机型。尽管中国引进的型号只是民用出口型,但工艺技术却是中国在当时无法达到的。例如当时的“黑鹰”就使用了大尺寸钛合金部件,而中国在1990年代也根本没有这种制造工艺。尽管“黑鹰”属于1970年代的产品,但中国即使到了21世纪初仍无法拿出类似的产品。可见,同大多数航空机型一样,中国仿制“黑鹰”是一个很艰苦的过程,需要材料、工艺、加工、研发等无数环节的积累。而一些研发和工艺经验,没有10年、20年时间的磨合,没有拥有足够经验的队伍,就算有了材料和机器,也根本谈不上一款型号的成功开发。所以说,没有完整的工业体系和足够的工艺、技术经验积累,别说70年代的美国型号,就连50年代的型号也造不出来。中国直升机发展的艰苦历程,实际上是一个航空后进国家必须经历的痛苦过程。

        中国直-20成功首飞,并不仅是一个美国老式直升机型号的“复制品”这么简单,而是中国已拥有全套先进直升机研发、生产体系的象征。同时,直-20在吸收“黑鹰”设计理念的同时,也加入了中国特色的技术,外形细节大有不同。这一切,都浓缩了中国航空工业多年来自力更生、艰苦奋斗的汗水。

--《百科知识》约稿



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