蓄势待飞——CH—53K舰载重型运输直升机
2014年5月5日，西科斯基飞机公司在位于美国佛罗里达州西棕榈滩的工厂内举行了一个盛大仪式，正式推出了首架CH-53K重型运输直升机。该机虽然承袭了CH-53系列直升机的命名序列，但是在总体设计上可谓脱胎换骨，将多项系统新技术集成到全新机体结构中。在出厂仪式上，美国海军陆战队司令詹姆斯·阿莫斯将军首先向来宾介绍了该机的绰号“种马之王”（KingStallion），并将其喻为第五代直升机。
作为美国海军陆战队的新一代作战平台，CH-53K运输直升机的研制与发展几易其名，在初期阶段出现过两次短暂停顿，导致进度一再拖延，能走到今天实属不易。在延期数年后，西科斯基公司正在加紧各项地面测试，力争在今年底实现CH-53K直升机的首飞，同时推进小批量生产工作，预计在2019年正式交付海军陆战队，从而使美国两栖作战装备迈入一个新时代。
项目发展一波三折
从首架CH-53A直升机升空到最新CH-53K公开亮相，“种马”家族在半个世纪里不断发展壮大。早在50多年前，西科斯基公司为满足美国海军的供给运输直升机要求，研制了S-65双发重型直升机，美国海军编号为CH-53A，并形象地称之为“海上种马”（seaStallion），其后为满足海军陆战队的作战需求，发展出CH-53D。
在此基础上，西科斯基公司根据两栖任务的特殊需要，通过增加一台涡轮轴发动机等改装措施，发展出CH-53E多用途重型直升机，绰号“超级种马”（SuperStdlion），可以承担98%作战物资和装备的空运任务。本世纪初，随着美国在全球展开反恐战争，CH-53E在阿富汗、伊拉克以及非洲之角持续执行了作战装备运输、前线部队运送和战术飞机机组人员救援等任务，甚至还在2004年印度洋海啸等人道主义救援行动中发挥了重要作用。
在这种频繁出动的情况下，“超级种马”的作战使用率已经达到了正常情况下的3倍，一直处在超负荷状态，逐步感到力不从心，迫切需要补充数量和提升性能。为此，海军陆战队曾经一度提出了CH-53X“未来种马”（FutureStallion）项目，初衷是对CH-53E实施延寿和改进，重点放在换装新型发动机，力求满足从舰到岸运输部队、装备和补给的需求。2003年底，美国国防部根据海军完成的一项选择性分析研究，接受了制造新机是成本效益最好的建议，直接确定西科斯基公司成为CH-53X项目的主承包商。
2004年，美国海军陆战队在全面考虑了未来作战需求后，考虑发展一种衍生型平台，主要任务是完成重型武器和大型装备的两栖作战运输，于是放弃了为CH-53E更换发动机的计划，转而决定在“超级种马”基础上重新设计结构和换装系统的升级方案，全面提升各方面性能。当时，海军陆战队初步考虑采购156架CH-53E的衍生型，实现“一对一”的机型换装。
于是，海军陆战队正式出台了“重型空运替代”（HLR）计划，希望在2013-2015年间开始制造新平台，为“种马之王”的问世铺平了道路。2005年12月22日，美国国防部正式批准了CH-53K项目。次年4月5日，西科斯基公司获得一份价值35亿美元的系统研制与验证（SDD）合同，通过制造2架地面试验机和5架飞行试验机，为海军陆战队研制CH-53E的全新替代机型。按照最初计划，CH-53K将在2012年首飞，从2015年开始
低速初始生产，在2015年交付第一架。然而，该项目自从2005年进入研制与发展阶段后，出现了费用不断上涨和进度一再延后。为此，美国国防部不得不增加研制资金，并推迟生产决策时间，相应地将初始作战能力时间推迟到2019年。
直到2010年，CH-53K项目才重新步入正轨。当年4月1日，海军陆战队决定增加装备数量，最终采购200架CH-53K。2011年7月，西科斯基公司开始制造首架地面试验机（GTV），并在2012年12月4日交付给飞行测试小组。今年1月，GTV开始用于旋翼、传动和发动机等所有动部件的地面测试。
总体设计不断优化
从外观上看，此次出厂的CH-53K与现役CH-53E相差不大。它沿袭了半硬壳式结构和单旋翼、尾桨式布局。尾梁向左偏斜200，左侧安装有4叶尾桨，右侧安装有平尾，可以提供一部分升力和扩大重心的移动范围。为适应舰上停放，该机在自动折叠主旋翼后，总长度为30.18米。
与E型相比，CH-53K在保持9.14米机舱长度的基础上，将外部宽度减少了12.7厘米，因此机身看上去略显苗条。这一改进的原因在于，研制人员在设计过程中增大了机身两侧的浮筒尺寸，使其内部携带的燃油量相当于E型上的浮筒内油箱与“蝙蝠翼”副油箱之和。据介绍，每个浮筒内都装有两个自密封袋式油箱，可以容纳8700升燃油，使CH-53K的机载燃油总量达到7070千克。
再看内部。机舱宽度增加了30.56厘米，达到2.74米，高度略微增加到1.98米，使得内部空间更大，能够直接装进一辆“悍马”。根据补给任务需要，地勤人员可以容易地移走机舱内的座椅，以便容纳两个463升货盘，从而可以将事先集中打包好的各种军需物资以模块方式快速装机，直接运送至前线。
尽管沿袭了CH-53系列的编号，但CH-53K大幅提升了作战性能，实际上可以看作是一个全新设计的型号。它的所有壳体和桁架都采用碳纤维复合材料，有效地减轻了结构重量。齿轮箱下部的机身采用了钛合金框架，可以直接吊运各种有效载荷。与“超级种马”只能吊运单个载荷不同，CH-53K在机身下设置了3个吊挂位置，可以在一次飞行任务中实现在不同地点投放3种载荷。
研制过程中，西科斯基公司在一个全新机体结构中集成了一些新技术，以提供更大载重、更远航程和高温、高原性能，同时大大降低了维修和使用成本。从公开的数据可知，该机的最大重量（含内部载荷）从31300千克增加到33 565千克，最大起飞重量（含内部载荷）从E型的33300千克增加到38 555千克，高出4855千克，最大巡航速度达到310千米/小时。目前，美国海军陆战队最为注重的关键性能指标是能否吊运12250千克外部载荷、以204千米/小时的速度持续飞行200千米以上，使CH-53K的最大综合外载能力比E型倍增。
继S-92验证机等三种直升机后，CH-53K成为西科斯基公司的第四种采用电传飞行控制系统的直升机，引入了具有触觉提示功能的侧杆循环控制器，旨在改善操纵品质，可以在视觉条件逐步变差的条件下，通过采用增强电传操纵模式，提供更好的稳定性和控制能力。
此外，该机的另一个明显变化是换装了数字式驾驶舱。前部装有5个液晶显示器，具有任务管理、传感器显示、数据链以及武器控制等功能，提供了更加友好的人机交互界面。这种“玻璃座舱”衍生于罗克韦尔·柯林斯公司研制的通用航空电子架构系统（CAAS），采用了一种基于商业标准的开放式系统结构，不仅增强了飞行员的态势感知能力，满足其对作战空间的需求，并与美国海军和陆军的直升机保持高度通用和互操作性。
此外，CH-53K还加装了诺格公司研制的LN-251嵌入式全球定位/光纤惯性导航系统，以满足精确导航需求，并在机头下方保留了雷锡恩公司生产的AAQ-29前视红外转塔，可以更好地监视下方，远距离截获目标，实现低空导航。同时，该机在机头前部、机身两侧分别加装了AAQ-24定向红外防御系统，进一步增强了生存能力。从使用方面来看，它还安装了健康与使用监控系统（HUMS），利用综合机械诊断技术来改进故障识别与隔离方法，以降低维护成本，提高出勤率。
动力系统全新设计
为避免增加舰载停放面积，CH-53K承袭了主旋翼的桨叶数目和长度，并保留了自动折叠桨叶的功能。但是，西科斯基公司专门为CH-53K换装了复合材料桨叶、全新动力装置和新型传动系统，从而获得了3倍于CH-53E的升力。据西科斯基公司介绍，这只是通过性能计算获得的结果，如果考虑到实际应用范围，这一数据将达到接近4倍。
大幅度增加的升力主要来自于改进桨叶的气动性能和加大发动机的输出功率。首先，CH-53K采用了高性能的第四代复合材料桨叶。新的复合材料桨叶长10.67米，叶弦宽度0.91米，桨叶面积增大12%，并采用了新的翼型，特别是采用桨尖下反设计，以减小阻力，进一步增加了盘旋和前飞时的性能。同时，尾桨面积也增加了15%。
在结构上，新型复合材料桨叶的根部设计了套箍附件，可以直接将主旋翼固定在弹性桨毂上。这种弹性铰接式钛合金旋翼头无需专用工具或多余度紧固件，将桨毂零件数量减少一半。
其次，旋翼升力大幅度增加很大程度上得益于3台大功率的T408涡轴发动机。此前，该发动机编号为GE38-1B。2006年12月，西科斯基公司针对CH-53K的性能要求，经过多方对比和评估，最后决定选用通用电气公司研制的GE38涡轮轴发动机，预计采购数量将达到650台。
T408发动机是同级别涡轴发动机中技术最先进的。它采用了最新的气动设计、先进的冷却布局和耐腐蚀的新材料。与CH-53E上使用的T64发动机相比，压气机采用了整体叶盘、无螺栓转子，具有更好的可靠性；涡轮减少了导向器和转子叶片的数目，在结构方面减少了60%的零部件数目，使维护和使用成本降低了63%。
在性能方面，T408的功率达到7500轴马力，相比T64增加57%，不仅将飞行速度增加了37千米/小时，还显著增大了有效负载能力，油耗降低18%，有助于延长航程。因此，CH-53K执行任务的范围更广，明显提升了高温高原性能。
值得注意的是，在7桨叶主旋翼和3台T408发动机之间，精心设计的主减速器功不可没。
主减速器有3个输入模块，每个模块分别从一台发动机获得功率，并均匀分配到4根柔性轴上，通过输出装置再传输给主旋翼。这些管状轴可以适应不同载荷之间小的差异，使传动过程具备自平衡能力，可以将每根柔性轴传输的最大载荷减小到103%扭矩，而传统的刚性轴必须承担120%扭矩，显然有效地减轻了重量。
在设计过程中，研制人员发现，如果按比例放大CH-53E的行星减速器，直接用于驱动CH-53K所需的功率级别，可能会导致主减速器太重而无法飞行，因此，西科斯基公司决定采用原本为RAH-66“科曼奇”直升机设计的一种分扭式设计，可以确保主减速器具备余度和更轻的部件，保持高速飞行时间更长。凭借着19000轴马力的设计性能，主减速器具有30分钟干运转能力。
市场前景日益明朗
按照研制进度，首架CH-53K原型机将在今年下半年完成首次飞行，其余3架原型机将陆续投入试飞，预计飞行试验将持续3年左右。同时，地面试验仍将持续进行，重点测试T408发动机和旋翼系统的耐久性。此外，海军陆战队在2013年7月订购了4架系统验证样机（SDTA），将在2016年9月开始用于测试各项任务性能。
根据计划安排，西科斯基公司将从2019年起向美国海军陆战队交付CH-53K。目前，美国海军陆战队已经订购了200架CH-53K，单价约6200万美元，将陆续装备8个飞行中队、1个训练中队和1个预备役中队。从美国政府不断削减的防务预算来看，CH-53K的最终订购数量将根据国会的资金分配和国防部的武器采购优先顺序决定。
与此同时，美国海军也表示出对“种马之王”的兴趣，正在评估CH-53K的衍生型替代现役MH-53垂直补给和扫雷直升机的可行性。目前，美国海军装备有32架MH-53系列直升机，主要承担海上扫雷和人道主义救援等任务，预计使用到2020年，到时将需要一种替代机型。无疑，CH-53K将成为首选。
此外，西科斯基公司正在借助美国海军的影响力加紧开拓国际市场。目前，美国海军正在与多个国外用户展开谈判，其中的一些意向有望转化为军售合同。5月21日，美国海军重型运输直升机国际项目经理克莱格·塔尔曼在出席柏林航展时表示，CH-53K的出口谈判目前进展顺利。据估计，CH-53K的潜在出口需求可达100架，不仅包括目前使用“超级种马”的老用户，还可能会有一些新用户。预计，该机的出口合同将在2017-2018年正式签订，预计在5年之后可以交付用户。
尽管塔尔曼没有透露进口国家的名字，但德国已是其中之一。德国陆军目前拥有大约80架CH-53G，其中40架是由较老的CH-53D升级而来。目前，德国希望尽快替换掉现役CH-53G。早在2010年，欧洲防务局就确定了新型重型直升机的发展战略，并提出了“未来运输直升机”（FTH）计划，将用于替换美国陆军CH-47和德国陆军CH-53G，同时填补法国重型直升机的空白。但是，FTH计划尚处于设计和研制中，为CH-53K的出口留出了机会。
目前，以色列也在考虑引进CH-53K。早在1969年，以色列空军就开始装备CH-53A，其后陆续引进了C、D和E等改进型，使用时间已经超过30年。2009年夏天，以色列空军决定逐步退役CH-53系列直升机，迫切需要一种新型垂直起降飞行器作为后继机，在全面评估了多个候选方案后，最后决定采购CH-53K。此外，日本海上自卫队也有可能引进CH-53K的衍生型。
[编辑/秦蓁]
作者：温杰
来源：《兵器知识》2014年第11期
