在2006年10月31日举行的珠海航展上，原中国航空工业第二集团公司的展台上出现了10吨级通用运输直升机的模型(也即现在的直-18),该机一出现即因其外型酷似美国S-70C"黑鹰"为国内外所瞩目。而事实上，在上世纪80年代我国就为直升机行业的发展制定了按吨位系列发展的远期规划，其中就有直-18直升机。

简介

项目起源

设计特点

航电系统

动力传动系统

发展前景

简介

近几年,中航工业集团曾在各种场合透露了研发直-18直升机的计划,最确切的一次,就是10月13日的«中国航空报»的报道:中国直升机设计研究所总设计师吴希明接受记者采访时,明确提到:”8~10吨级机,我们还没有,‘九五’和‘十五’期间我们进行了大量的型号准备工作,‘十一五’左右根据国民经济的需要可能会上。””我们要填补8~10吨机的空白。”这一方面说明,当时直-18直升机还没有正式开始型号研制,另一方面也表示其即将上马。而这个时候,直-18直升机模型出现在珠海航展上,也许正是研制开始前的热身活动。

关于直-18的官方消息来自于一篇名为“中航工业六○二所自主创新研制某型机纪实”的文章。该文称：“此重点型号研制如期实现重大节点，一个崭新的直升机平台如曙光破晓，将光芒洒向千叶竞秀、万象更新的大地。”“此重点型号研制是中航工业集团公司“航空报国，强军富民”的目标工程，是六○二所的生命工程，聚焦了整个行业的目光。新机研制是一个庞大的系统工程，该型机因任务系统需要，构型特殊，气动布局复杂，国内首次自主研制大型复合材料旋翼系统，任务之重、时间之紧、技术难度之大对六○二所来说前所未有。通过该型号的研制，将打造一个全新的直升机型号平台，加速直升机产业自主发展。”“该型机是大吨位型号直升机，首次尝试采用特殊气动布局设计，没有任何工程经验可以借鉴，通过多方案吹风选型以及详细方案的反复修改完善，较好地解决了气动布局难题。”

总参谋部陆航装备部原副部长刘国华少将指出，强大的战斗力是买不来的，必须在引进与吸收的基础上，大力发展民族直升机产业，他欣喜地告诉记者，中国正在研发一种新型军用运输直升机，目前已经立项，预计两到三年内会出现在国人眼前。这款新型军用运输直升机完全具备发展成为民用运输直升机的潜力，它或将成为中国航空抗灾救援力量的核心机型。刘国华所称的“新型军用运输直升机”，即被认为是广为流传的直-18.

项目起源

中国于1984年7月向美国西科斯基公司签订购买24架S-70C“黑鹰”直升机的合同,1984年11月首批4架“黑鹰”运抵中国天津。S-70C是目前解放军序列中唯一为大众所熟知的美式装备,也是迄今为止解放军所拥有的高原性能最优秀的直升机。引进“黑鹰”之前,我军并无可在海拔3000米以上使用的直升机。为适应高原地区使用需要,中国的S-70C与美国陆军标准的UH-60略有不同。中国的S-70C采用了加大推力的T700-701A发动机,旋翼刹车进行改进,使用了SH-60的上部主减速壳体。用LTN3100VLF导航系统代替了美军标准的多普勒导航系统。机身选用了包括7075-T6铝合金在内的多种先进材料,机身上的射击窗、机枪座等都经过了优化设计,承力情况较为理想。

中国“黑鹰”主要部署北京军区和成都军区,1985年后进入西藏和新疆的高原地区服役。军方非常欣赏其高原性能,实际上S-70C也是陆航唯一能在高原区顺利运作的直升机。S-70C先后参加过多次抢救西藏灾区和返回式卫星回收的任务,使用强度大,在 1989年以前总飞行时间就超过了11000小时。高的出勤率自然会使事故次数增多。“黑鹰”的使用环境主要是青藏高原,气候条件可以算是世界上最恶劣的了,已发生过多起机毁人亡的事故。但多数是由于气候原因或人为操作失误造成,只有少数是机械故障导。最严重的事故是,1991年6月16日,一架“黑鹰” 在西藏坠毁,机上包括成都军区副司令员在内的12名解放军人员全部遇难。

陆航和西科斯基公司原本都对“黑鹰”寄予了很大希望,西科斯基公司曾经期望出售100架“黑鹰”给中国。但1989年之后这些想法都落空了。中国曾试图对“黑鹰”测绘仿制,迫于工业基础过于薄弱,未能实现。实际上1989年之后,中国一直能够从西科斯基购买必须的零部件,占据美国对中国大陆的军事贸易的相当部分。据称由于中国的“黑鹰”常用于西藏和新疆地区的人道主义救援行动,因此美国各界并未反对出售上述零部件。由于无法得到更多的S-70C“黑鹰”,陆航很快转向购买俄罗斯的米-17直升机。大量的米-17,尤其是最新的米-17V5高原型号的到来,缓解了陆航紧迫的需求问题。但总的来看,只有自行研制出象S-70C这种水平的直升机,才能说我国直升机已达到了世界级水平,不再受制于人了。

但S-70C的先进性是无容置疑的,是全面领先的。例如,在S-70C上的T700发动机只有两个保险丝,改进型甚至取消了保险丝。而米-8的发动机有很多处需要用到保险丝,调整点20多处,随机工具甚至多达45件。因此在我军中S-70C的维护要大大易于米-8与米-17。在高原性能和防腐蚀方面,S-70更是占有压倒性的优势。

很多军事爱好者初次看到直-18的模型时,都认为该机与‘黑鹰”很相似。从总体布局和直升机外形来看,模型确实和美国西科斯基公司研制的”黑鹰”直升机很像。这就不由得让人想起,中国于上个世纪80年代和西方蜜月时期,曾从美国购买了24架S-70C(”黑鹰”的民用型)直升机,主要用于高原地区的运输和救护。其优良的高原性能、高可靠性和出勤率给中国使用部门留下了深刻的印象。但是,由于后来美国实施对华军事制裁,禁止向中国出售”黑鹰”直升机等装备和技术。而当时中国由于经济和技术等方面的限制,还不能研制出类似的直升机,只能转而购买俄罗斯的米-8/17系列运输直升机。但米-8/17的寿命短、设备简陋、机体笨重粗大,并不能令人满意,中国一直希望能得到类似”黑鹰”,并且是由自己研制生产的10吨级高性能通用运输直升机。在经过多个型号直升机的研制历练后,中国的直升机行业终于向这个目标发起了冲击。

设计特点

从模型上看,直-18直升机的总体布局采用了单旋翼带尾桨式的典型布局。但值得注意的是,虽然尾桨和S-70C”黑鹰”一样,都是安装在尾斜梁右侧,但并不是”黑鹰”那种带倾斜角的布置,而是采用通常的垂直水平面的安放。S-70C”黑鹰”直升机尾桨之所以向左倾斜20度,是为了帮助平衡。因为其重心落在主旋翼轴的后面,在悬停和前飞时会产生抬头力矩。由此看来,直-18重心的布置还是放在主旋翼轴的前面。两者都是下平尾,但翼型、大小和安放方式却大不相同,”黑鹰”的平尾翼型是接近对称面,尺寸很大,安放在尾斜梁的下端并且可以大角度全动,而直-18的平尾翼型则是典型的反升力翼型,尺寸较”黑鹰”的小,呈固定角度安装在尾梁的末端。

直-18直升机与”黑鹰”一样采用了不可收的后三点式起落架,不同于西方国家新研制的中型直升机如NH-90、S-92,它们都采用了可收放的前三点式起落架。采用不可收放起落架的好处是,在直升机突然坠落时,不可收放起落架比收放式起落架有着更强的安全性。而可收放式起落架则在提高直升机飞行速度和隐身性能方面具有优势。这也说明,直-18在设计考虑上更重视直升机的抗坠毁和成员的存活率。后三点式起落架由于在粗暴着陆时,尾轮首先触地而消除了直升机的惯性,也不需要在较高的抬头姿态飞行时保护机体的尾撑或其他类似装置,其主要好处是大大减少了后机身的载荷和重量。并且,从作战观点来看,尾轮的突出优点表现在贴地飞行时可用作”探头”。这样,飞行员能有信心靠近地形飞行,而不必担心直升机触地引起机体的较大损坏。最后,在地面搬运时,前三点式起落架的前起落架与主起落架之间较小的间隔距离会产生直升机向后翻倒的趋势,特别是在野外场地的不平地面上更是如此,而后三点式起落架的直升机比较稳定。直-18直升机的起落架应和”黑鹰”一样,具有双腔式吸能装置,允许直升机以10.7米/秒的下降速度着陆,并能承受9000千克的着陆冲击载荷。

直-18直升机和”黑鹰”一样,机身为扁平设计,应该是考虑了空运的要求。因为我国曾为空运”黑鹰”,在运-8的基础上改进而成了一款运-8A型。主要是将运-8的货舱自31框以后的非受力锥型顶棚向上提高120毫米,使中央翼后的货舱高度达到2.72米(”黑鹰”空运构型机高2.67米),同时将货舱两扇向内收起的侧大门改为一扇向下开兼作货桥的大门,并设计了收放大门的液压系统、电气系统、门锁机构、辅助货桥、盒式货桥等。1985年11月3日,该机在北京沙河机场完成”黑鹰”直升机的装载试验和装运试飞;12月20日,运-8A型飞机载着”黑鹰”直升机进藏试飞成功;当月27日,在成都通过国家技术鉴定,随即第一架运-8A型飞机交付部队使用。而NH-90和S-92因为高度分别达到4.10米和4.37米,根本无法被运-8空运。此外,外形低矮,有助于减小雷达反射面积和降低地面人员目视发现的概率,也有利于军舰的机库安排。

直-18直升机前部为驾驶舱,舱内并排布置正副驾驶员座椅,并将驾驶舱风挡由”黑鹰”的三片式改为两片式,改善了驾驶员的视野。驾驶舱后面是座舱,两侧舱壁从前到后安装了两对大块方形舷窗和一对圆形观察窗。座舱可装载12名全副武装的士兵,中部两侧各有一扇较大的滑动舱门,便于人员迅速登机和离机。直-18直升机采用5桨叶旋翼和4桨叶尾桨系统,不同于”黑鹰”的4桨叶旋翼,因为5片桨叶式旋翼比4片桨叶式旋翼振动水平和噪声低。这种构型的旋翼系统,在我国研制的直升机当中已经是第三次出现了,应该说掌握了其成熟的技术,而官方的公开报道也证实了这-点:根据景德镇在线网站2006年5月26日的报道,中国直升机设计研究所(六0二所)依托技术创新,在球柔性旋翼研制方面取得重大突破,基本掌握了第三代先进旋翼系统的研制技术,实现了旋翼研制技术的跨越发展,可广泛应用于不同吨位的直升机。在构型先进的球柔性旋翼研制方面顺利走完了从设计、试制、试验到飞行演示验证的全过程,形成了自己的旋翼结构及铺层设计、气动设计和动力学设计的方法和软件,特别是在大吨位钛合金球柔性桨毂、先进复合材料桨叶等方面取得了重大突破,研制出新构型弹性元件,解决了钛合金锻造和机械加工的技术难题;另据«中国航空报»2006年1月12日报道,贵州安大航空锻造公司研制生产的新型直升机桨毂钛合金锻件达到国外同类产品先进水平,锻件结构、尺寸及各项性能指标全面满足新型直升机设计和使用要求。安大公司创造性地使用等温锻造方法研制生产钛合金桨毂锻件,代替原设计的复合材料,达到新型直升机要求,桨毂具有结构简单、重量轻、维护方便、安全可靠的特点。钛合金锻件的研制成功,推动了我国新一代直升机朝着大速度、高机动性、高生存力和高安全及可靠性的方向发展。安大公司已将研制生产钛合金桨毂锻件的新锻造方法申请发明专利,拥有这项成果的全部知识产权。中国直升机研究所组织了技术总结大会,这项成果得到与会专家认可。这说明,直-18直升机将和6吨级的EC175(直-15)一样采用球柔性桨毂和复合材料桨叶,当然在尺寸和各种参数上将会改动。

球柔性旋翼的桨毂为钛合金机加件,桨叶通过球面弹性轴承与桨毂相连,由弹性轴承提供桨叶的挥舞、摆振和变距自由度,这种旋翼方式又称为三铰合一式。它避免了以前采用挥舞铰、摆振铰和变距铰的全铰接式桨毂的构造复杂、重量大、维护检修的工作量大以及疲劳寿命低等缺点。5个桨毂支臂前端为一叉耳,用两个螺栓与桨叶相连,桨毂支臂与桨毂中央件之间装有液压减摆器,在桨毂支臂上还装有桨叶变距摇臂,与变距拉杆相连。目前还不清楚直-18直升机桨叶自动折叠会采用液压动力还是先进的电动力折叠。但直-18旋翼的主桨毂也应该和”黑鹰”一样安装有双线减摆器。直-18直升机尾桨装有4片铰接式桨叶,桨叶也应为复合材料结构,带有弹性轴承和粘弹减摆器。4片桨叶呈”X”型安装在桨毂上,而不是普通的对称”十”字型,并且两对尾桨不在同一平面内,这种”X”型尾桨主要优点是减少了每对靠近的桨叶尖端涡流的气动耦合。由于这一原因,当这种尾桨各主要参数为最佳取值和最佳组合时,与普通尾桨相比,它具有更高的效率和较小的噪声。

这套旋翼系统已经超过UH-60A,达到了NH-90和S-92以及UH-60L的上个世纪90年代的先进水平。不过,从模型上看,直-18直升机主桨叶仍然与6吨级的EC175(直-15)一样没有采用后掠桨尖的构型,这种构型要落后于UH-60A上桨叶采用的西科斯基研发的在低速和高马赫数时能满足升力要求的高升力翼型SC-1095。SC-1095的桨叶厚度和曲面随桨叶的长度变化而变化,相对厚度9.5%,桨叶有18度扭转,在95%的桨尖处,桨尖开始后掠20度。也落后于NH-90上的OA3先进翼型。OA3翼型桨叶的相对厚度在桨根处为12%,桨尖处为9.5%,在95%的桨尖处,桨尖开始抛物线后掠并带有下反角。桨尖是桨叶的动压最高区,也是前飞时动压变化最大的区域,是桨叶气动特性最敏感的位置。桨尖形状的改善,将大大改善桨叶的气动载荷分布、桨-涡干扰、振动及噪声特性,提高旋翼效率。后掠桨尖能缓解压缩性影响。同时,由于桨尖翼弦变小,使边缘涡流密度减小,又延缓了后行桨叶的气流分离,大大改善了旋翼的气动特性,降低了振动和噪声。还不确定直-18直升机主桨叶是否采用了先进的多余度/多路传载的多盒结构设计技术,以达到损伤容限的目的。

直-18直升机的机身采用半硬壳式结构,为降低重量和提高寿命以及耐腐蚀性能,机身结构和覆盖件可能大量采用复合材料制成。根据景德镇在线网站2006年5月26日的报道,中国直升机设计研究所(六O二所)所属机械设备制造厂完成了大开口、大模块复合材料整体盒段件装配等高技术高难度的军品加工任务。表明我国已经掌握了在大型直升机上使用复合材料的研制技术。

而S-70C”黑鹰”直升机的复合材料采用量非常少,仅仅占整个直升机结构重量的9%,主要还是采用轻合金薄壁结构。因此,直-18直升机将会有更高的载重量、更长的机体寿命。而且,直-18直升机还可以发挥后发优势,采用更加符合”三性”(可靠性、维修性、保障性)的设计技术,大量采用外场可更换模块(LRU),以及非航空电子监控处理机(NAMP)系统,甚至还可采用最新的健康与使用监控系统(HUMS)以最大限度的提高直升机的使用效能。

由于未见有我国研制直升机电传操纵系统的报道,因此,尚不清楚直-18直升机是采用与NH-90一样最先进的电传操纵系统还是普通的机械液压操纵系统。直-18直升机上应该会配有空气调节系统、发动机灭火系统、发动机进气口除冰系统、旋翼桨叶除冰系统和风挡电除冰系统以及辅助动力装置(APU)。

航电系统

中国航空工业第二集团公司副总经理梁振河在此次珠海航展举行的2006中国航空航天国际高峰论坛直升机产业论坛上说,目前,中国直升机工业在航电方面取得了系统集成创新的重大突破。再加上和欧直公司联合开发的6吨级直升机EC175(直-15)将会采用最先进综合化航空电子系统,故而在直-18直升机上实现全玻璃驾驶舱,取消传统的机械仪表,其航电系统应该为总线型模块式结构。民用型将采用ARINC 429数据总线。军用型将采用1553B数据总线,该总线将允许采用武器”外挂物管理系统”(SMS)。先进的航空电子系统能保证直升机在恶劣气候条件下昼夜飞行。

直-18直升机将采用多台相同的大屏幕高清晰度主动矩阵液晶显示器。每名驾驶员都能非常容易的从安装在对面仪表台的显示器上看到直升机的各种信息。在正常情况下,这些多功能显示器将显示飞行参数、导航和数字地图、动力系统信息和报警信号,如果是军用型还有战术信息显示。在紧急情况下,这些信息可以在显示器之间互相切换显示。而基本型的航空电子系统将包括4轴自动飞行控制系统、通信系统、大气数据系统、雷达测距系统、GPS全球定位系统和发动机管理系统。这些系统将通过总线与两台中央计算机相连,其中一台计算机为备份。

这些航电系统将使直-18直升机达到NH-90、S-92以及S-70C”黑鹰”的最新改进型的水平。

动力传动系统

直-18直升机面临的最大难题应该可以说就是动力与传动系统。我国航空工业的发展在很大程度上都受限于落后的发动机研发水平。S-70C”黑鹰”直升机采用的美国通用电气公司的T700-GE-700发动机,单台起飞功率987千瓦,额定功率1210千瓦,1989年后生产的UH-60L装2台通用电气公司的T700-GE-701C发动机,单台起飞功率1239千瓦,额定功率1342千瓦。S-92直升机采用的是美国霍尼韦尔公司的CT7-8发动机,单台起飞功率1491千瓦,功重比6.91。NH-90直升机采用的是欧洲罗罗/透博梅卡公司的RTM322发动机,单台起飞功率1566千瓦,功重比6.65。后两种发动机都配有双通道全权数字电子控制系统(FADEC),采用单元体和耐久性设计,并装有综合监视诊断系统,对发动机实施视情维护。而我国目前这个级别的发动机只有老式的涡轴6,最大起飞功率为1128千瓦,耗油率很高,而功重比很低,并且寿命短,首翻期只有500小时,完全不能适应直-18直升机的需求。国内也未曾报道在研制更先进的发动机,因此直-18直升机的发动机在很大程度上仍可能依赖进口,如不出意外将采用直-8F直升机的加拿大普惠公司的PT6B-67A发动机。PT6B-67A发动机,单台起飞功率1448千瓦,功重比为7.1,首翻期为3500小时,也配有双通道全权数字电子控制系统(FADEC)。

每一级别直升机的传动系统都不相同,因此,直-18直升机在这方面上无法从6吨级的直-15或13吨级的直-8借用,必须全新研制一套传动系统。这对我国直升机工业来说,是一次巨大的挑战。这套传动系统也应该采用单元体设计,单元体之间应具有高度互换性,每个单元体都具备自我诊断能力,主减速器必须具备在无滑油润滑时能干运转30分钟的能力,实际上UH-60”黑鹰”的主减速器可以干运转接近1小时。

直-18直升机的油箱是抗坠毁油箱,油箱位于座舱后部,考虑多种构型,应该留有内部辅助油箱、外挂辅助油箱和空中加油的管路和接口。军用型的发动机排气口可能会装红外抑制器。

发展前景

直-18直升机也应该会和”黑鹰”一样,采用一种直升机多种构型的方式,来满足各种民用和军用的需求,除了通用运输外、还可能发展近海海域作业支援、搜救以及反潜、反舰、战场运输、救护、火力支援和中继制导等各种型号。这些构型的大部分部件应该能互相通用。

总的看来,我国的直-18直升机将是我国直升机工业的集大成之作,集中体现了我国直升机研发的水平与能力。综合技术上已经超过”黑鹰”直升机的早期型号,而与国际上90年代新研制的10吨级直升机并驾齐驱,并且符合中国的国情和实际需求。它的研制成功将填补我国直升机吨位级别上的一个重要空白,也将使我们的广大直升机用户获得一个期待以久并且需求数量颇多的直升机种,改变在这个重要级别上依赖于国外进口的不利状况。