旧瓶新酒（一）：翻天覆地的CH-53K
2015年10月27日，西科斯基公司CH-53K“种马之王”重型直升机成功首飞（其首架机推出时本刊2014年第11期有文章介绍）。首飞的工程研制型1号原型机在30分钟飞行时间里，完成了起落、悬停、侧向和前/后向飞行控制，并在离地9米高度进行了地效悬停试验。1号原型机与随后计划试飞的3架样机将在3年里完成总计2000小时的定型前飞行测试。
CH-53K从项目合同开始到现在已过了10年，首架原型机测试时间也比计划晚了1年，估计到2019年才会装备。美国海军陆战队将装备200架左右，等量替代目前的CH-53系列，在替换其它国家的CH-53市场上也大有潜力。
目前服役的CH-53E“超级种马”主要装备美国海军陆战队，能运载陆战队机动部队的几乎全部装备，还能承担特种作战等任务。冷战后局部战争中的任务量加剧了CH-53E的寿命消耗。美国海军陆战队在本世纪初力图对CH-53E进行延寿和换发改进，但在论证中认为机体设计较早，难以适应很多新装备，改造延寿的投资经济性难以补偿性能的不足，于是转而制造CH-53K。
CH-53K设计改进的原则
CH-53采用单旋翼带尾桨的常规布局，从开始到现在的机体尺寸和布局始终没有大的变化，机舱尺寸差异不大，只是载荷随动力改进明显提高。CH-53D（CH-53A改进型）是首代CH-53中性能较好的型号，采用2台轴功率3696马力的T64-GE-416发动机，旋翼采用6叶桨，机舱尺寸为9.14×2.29×1.98米，货舱后带有兼当跳板的尾舱门。
CH-53双发系列在1964年首飞，陆军的CH-47的首飞时间则为1961年。CH-53系列和陆军的CH-47开始设计时都考虑到重载运输要求，载荷类型也接近，都是按60年代初期的装备条件规划。1974年首飞的CH-53E作为海军陆战队重型运输直升机，改进意图是增加载荷量，以适应80年代的装备发展。
CH-53E增加了1台T64-GE-416发动机和1片旋翼桨叶，货舱仍保留双发CH-53的标准，最大载荷由6.8吨增到13.6（内载）～14.5（外挂）吨，也是美军现役载荷指标最高的直升机，但其发动机功率存在不足，旋翼升力性能也不好，为此CH-53K采用了T408涡轴发动机。T408是GE38-1B的实用型号名称，GE38-1B则是利用CFE730（公务机用涡扇）和TF407涡桨发动机（曾作为P-3C换发改进的P-7A动力方案）的核心机，通过适应性改进后完成的大功率涡轴发动机。T408的技术水平达到本世纪初期较先进标准，功重比相比T64-GE-416大幅提高，零件数也减少了63%，可靠性和维护性更好。
CH-53K采用3台发动机，主减速器和传动系统（以RAH-66系统改进）的重量只有约2400千克。CH-53K的总功率已经超过了俄罗斯米-26，传动系统重量则比双发的米-26要低1/3，体现出美国直升机动力-传动技术的功底。
按西科斯基公司的宣传，CH-53K全新动力系统的功率提高很大，复合材料旋翼产生的升力超过CH-53E的3倍，但CH-53E最大起飞重量为33.3吨，CH-53K仅提高到38.56吨，最大载荷仍维持在14吨标准。米-26的动力-传动技术水平远不如CH-53K，机体更大，结构重量系数较低，但最大载荷达到20吨，不过飞行性能明显不如CH-53K，尤其是高温和高原性能差距更明显。按照估算数据对比，CH-53E在海拔2600米高度的有效载荷为9吨，海拔4000米高度则会降低到4吨。CH-53K采用新的动力-传动系统后，最大载荷虽然没有大的提高，但在2600米高度的载荷可以达到13吨，4000米高度仍然能够维持12吨的有效载荷。CH-53K的高温和高原载荷量比CH-53E增加了超过1倍，具备复杂气候条件下提供更大有效载荷的能力。米-26虽然最大起飞重量可以达到56吨，但仅空机重量就有28吨，满载20吨正常起飞重量（49.5吨）时的燃料载荷只有1吨，无地效悬停高度（标准大气）也比CH-53E低1000米，更是远不如CH-53K的性能指标。米-26TC（民用型）最大载荷虽能达到22.5吨（标准集装箱），但载荷15吨的最大航程只有500千米，载重13吨的航程为1164千米，载重8吨的航程才能达到1625千米。
CH-53系列设计时对兵员运输要求不高，但对重型装备吊运的要求却非常明确，是以两栖运输为主要目标的通用重型直升机，机体规格也充分考虑到两栖舰和滩头环境，以及同时期陆战队直升机的配套情况。米-26则是苏联时代（也是到目前为止）最大的运输直升机，是以苏联陆军集团军单位的快速运输为主要目的，20吨的最大载荷和12×3.25×2.95米的机舱规格，均与安-12（20吨载荷、13.5×3.5×2.6米机舱）相当。米-26以安-12的运载条件为模板设计，巨大的机舱规格是米-26使用的基础。
对比来看，CH-53K在同样载荷（13吨）时的高温高原性能明显高于米-26，载荷航程也更理想。CH-53系列适合运输高密度的集中式载荷，米-26的机舱空间远比CH-53大，但集中载荷战术运输条件并不比CH-53E高，大空间机舱更适合运输分散的低密度（兵员、燃料）载荷。CH-53E/K能满足米-26近90%的运输功能，野战条件下的战术运输方式更灵活，战场生存能力也更高。俄罗斯与别国合作研制的新重型直升机，据称就是类似CH-53E的规格和布局，拥有非常好的高温/高原飞行性能。
CH-53K为使航程与改进的动力相平衡，增加了机身两侧浮筒的体积，单侧浮筒油箱的载油量就与CH-53E浮筒+外置副油箱载油量相当。CH-53K相比CH-53E更大功率的发动机显然需要消耗更多的燃料，因此CH-53K增加的燃料载荷对航程支持并不明显。按照公开的数据，CH-53K在高温条件下内载14吨或外挂12.3吨时，能够用203千米/小时的速度实现204千米距离的任务飞行，除高温载荷外的航程指标与CH-53E大体相当，其增加的动力性能主要用于改善高温、高原性能。
CH-53系列的机舱和机身长远比米-26小，增加载荷量对分散载荷的价值并不高，集中载荷运输也受控制性能的限制。相比之下，米-26机舱宽3米，货舱高度近3米，不仅设有舱顶吊车，舱内也可运载15吨以下的装甲车辆。车辆载荷运输成为CH-53K改进的重点。
“悍马”车是美军广泛装备的快速机动车辆，也是美军直升机运输的标准装备，但因为“悍马”车在80年代初期才完成设计，而CH-53在60年代就开始装备，机舱设计余度并不理想。“悍马”普通军用型的车体宽度为2.19米，美国海军陆战队直升机中，中型规格的CH-46和新的V-22都无法内载，即使车重只有3吨也只能用吊挂方式运输，只有CH-53的机舱宽度勉强可以满足尺寸要求，还需要限制全备车高。
CH-53K大幅增加了机舱空间。根据设计要求，CH-53K的机体宽度比CH-53E减少了0.127米，部分补偿了增大两侧浮筒所增加的阻力。同时，通过改善机体结构降低了侧面机身厚度，使机体在外部宽度减少的同时，机舱内部宽度反而增加了0.3米。CH-53E虽然也可以运载“悍马”车，但机舱两侧保留的空间过小，增加了车辆自行出入机舱的难度，直接降低了车辆和货盘装卸的速度和安全性。CH-53K的机舱宽度增加到2.74米，“悍马”车不需要细致调整方向对准舱口，明显提高了在机舱内的运转速度，集装货盘和模块化物资装卸的速度也更快。
CH-53E的机体还是传统的全金属半硬壳结构，存在零件多、结构复杂和维护工作量大的弱点，金属材料耐腐蚀性能也不高。CH-53K利用之前多个型号（S-70和V-22）的技术基础，全面采用了共固化桁条的复合材料机身结构，不仅大幅降低了机体零件数量，减少了维护工作量，还具备突出的抗腐蚀能力。
复合材料有很好的结构强度，但纤维基复合材料却不抗拉伸和冲击，吊挂运输的强度超过了复合材料的结构性能标准。CH-53K传动系统段的机体采用了抗腐蚀和轻结构的钛合金框架，不仅改善了机体结构性能，也增强了货舱段舱体和吊挂点的结构强度。
CH-53K的机舱框架和地板强度较高，机身下设3个吊点，可由电传飞行控制系统实现自动配平。相比只能挂1个载荷的CH-53E，CH-53K既可挂一个大重量（如车辆和火炮）集中载荷，也能挂3个中等重量（如运输托盘）载荷，提高了重型直升机执行补给任务的灵活性。
CH-53K的设计需求与途径
美国直升机技术水平很高，2004年时的研制条件比1974年CH-53E的提高非常明显。美国海军陆战队有很多提高直升机性能的措施，并不需要继续在CH-53机体范围里想办法。美国海军陆战队和国防部之所以从改进CH-53X到研制CH-53K，始终在CH-53的框架内，关键是要照顾到已有装备体系。
CH-53E现在是美国海军两栖舰的重型载机设计标准，这个标准涉及到甲板面积和机库规格，以及使用过程中的调度和舰上维护体系。新的重型运输直升机如果采用全新机体布局，同样要适应CH-53E的条件，很可能对设计的过程产生很多限制，增加成本的同时也会增加维护体系的投资。CH-53系列三代机型技术跨度非常大，但现有的两栖舰和维护体系大都可以沿用，保养和改装CH-53E的设备也可用来保障CH-53K，有效降低CH-53K的全寿命成本投入。
CH-53K相比CH-53E除了外形几乎就是个全新型号。强调继承性也是军事装备研制中的普遍措施，如“幻影”2000相对于“幻影”Ⅲ，F-20相对于F-5E，F/A-18E/F相对于F/A-18C/D，米格-31相对于米格-25，都是通过继承成熟的技术与装备基础来全面改造。
美国军事航空工业在冷战中的投入规模很大，冷战末期研制的B-2和F-22的计划装备规模，在冷战结束后都受到资金不足的影响，已成形的RAH-66甚至没坚持到项目成功。美国海军用性能并不突出的F/A-18E/F取代F-14和A-12，海军舰队更是放弃舰载机双发的传统需求，与空军和陆战队共同接收F-35，均证明了装备基础和资金供应已经超越性能指标，新研装备不可避免要受装备基础的限制。基于这样的现实，无论CH-53K能应用多少先进技术，仅凭200架的预期装备规模，就难以动摇现有两栖攻击舰的设计规范。CH-53K想要在现有装备体系中生存，只能把设计规格局限在CH-53E的范围内，正如CH-53E不得不将CH-53D作为设计规范一样。在成熟的CH-53E这个旧瓶里换上CH-53K的新酒，是美国海军陆战队最现实的选择。
作者：江雨
来源：《兵器知识》2016年第03期
