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旋翼飞行器|设计权衡，面向实战需求，揭秘美军下一代重型两栖直升机CH-53K( 三 )


除此之外 ， GE38-1B发动机在燃油消耗方面也有着显著的改进 ， 这有助于提升CH-53K的任务性能和降低作业成本 。 该型发动机还大幅减少了零部件的数量 ， 提升了动力传动系统的可靠性和可维护性 。
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图10“种马王”直升机的GE38-1B型发动机及其安装布局示意图
确定了发动机的型号之后 ， 西科斯基的CH-53K项目团队随后完成了发动机的安装布局的设计 ， 这部分工作主要包括：将发动机安装到机身、通过鼻头部的减速器连接到传动系统、安装“发动机空气颗粒保护系统”（EAPPS；EngineAirParticleProtectionSystem）、消防保护系统和短舱 ， 这些都在发动机及其安装示意图中有所展示 。 早期的CH-53K的发动机安装布局设计还有一个特点就是设计了一个2号嵌入式进气口 ， 安装在发动机后侧 。 项目团队进行这项设计的主要考虑就是这样的设计可以降低主旋翼塔架设计的复杂性 ， 降低了重量 ， 顺带还能降低塔架的气动阻力 ， 并提高了主旋翼及其传动系统的维修可达性 。 但是 ， 出人意料的是 ， 在后期CH-53K的试飞过程中 ， 试飞团队发现“种马王“直升机会吸入自身发动机排出的废气 ， 这个问题是导致CH-53K项目延期的重要因素之一 。
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图11西科斯基进行的“种马王”直升机发动机排气再摄入测试 ， 工程师采用彩色油烟来捕捉旋翼尾迹和风的影响
CH-53K在机身结构设计方面也取得了不小的进展 。 项目团队充分利用给美国海军陆战队多年的“超级种马”直升机操作经验以及相应的“CH-53E使用寿命评估项目”（SLAP；ServiceLifeAssessmentProgram）的成果 ， 确定了机身上受疲劳载荷、损伤和腐蚀影响最严重的区域 。 并针对性地对这些区域进行完全重新设计或者改进 ， 以此来消除所有寿命较低或者可靠性较差的部位 。
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图12“种马王”直升机机身结构示意图
CH-53K的机身 ， 如图12所示 ， 是一种混合的金属/复合材料结构 。 机舱采用了铝制框架和碳纤维复合材料蒙皮 。 一些蒙皮是采用纵梁结构的单片式设计 ， 但也采用了一些蜂窝夹层板材来降低整体的空重 。 在驾驶舱还采用了钛合金传动梁设计 。 尾部过渡段、尾桨塔架/安定面、舷侧凸体和主旋翼塔架其主要材质都是复合材料 ， 这些部件中金属材料的使用率相当有限 。
CH-53E直升机一般会采用辅助的外挂油箱来执行大多数美国海军陆战队的现代化任务 。 这些外挂油箱在早期的CH-53A/D型直升机上只是一个任务包 ， 但是到CH-53E之后就成了基本配置的一部分 。 由于外挂油箱需要额外的硬件装置和结构 ， 所以其对于全机的重量性能而言很不友好 ， 不过CH-53E外挂油箱的设计一直没有被美国海军陆战队舍弃 ， 其中一部分原因就是美军考虑在执行重型运输任务的时候 ， 一旦单发失效 ， 那么他们还可以选择舍弃外部油箱来保障直升机的生存能力 。
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图13CH-53E“超级种马”重型直升机侧视图
回到CH-53K的设计上来 ， CH-53K的动力系统包含有40%的剩余功率 ， 更重要的是GE38-1B配备了全权限数字发动机控制系统（FADEC） 。 这意味着在单发失效的情况下 ， 如果“种马王”需要更多的功率 ， 那么剩下的发动机可以在非常高的功率条件下运转一段时间来提供全机所需的功率 。 这些新的特征消除了美国海军陆战队对于“丢弃外挂油箱”的需求 ， 现在这些外挂油箱已经并入到舷侧凸体的内部 ， 从下图可以看出 ， 舷侧凸体内部包含两个燃油舱格 ， 这种设计一方面有利于增大全机的重心变化范围 ， 另一方面也能确保在特殊情况下实现燃料的转移 。
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图14种马王重型直升机舷侧凸体内部结构示意图
舷外凸体中除了油箱之外还容纳有主起落架和一些电子设备 。 折叠式起落架的设计容许载荷显著高于CH-E直升机的载荷以满足严苛的指标要求 ， 从而确保该机在高下降率和颠簸中着陆的时候能承受住过高的载荷 。 从起落架布局上来说 ， CH-53K保留了CH-53E的前三点轮式起落架 ， 主要目的是为了确保该机的舰载起降兼容性 。
结论——研制与使用的相辅相成
限于篇幅 ， 本文到此暂且告一段落 ， 留下的一点尾巴包括有该机的燃油传输系统设计、内部货物装载系统和外部吊挂系统设计 ， 除此之外 ， 该机的设计与集成工具、航电与飞控系统也都是值得仔细揣摩的地方 ， 在后续的文章中 ， 我还会找机会详细介绍 。
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图15飞行测试中的CH-53K“种马王”重型直升机
总的来说 ， 从CH-53K的设计方案的权衡和考量中 ， 我们可以学到很多东西 。 一方面 ， 西科斯基有着H-53一整个系列的直升机（尤其是CH-53E）研发经验作为技术支撑 ， 这是CH-53K项目能够实施的基础；另一方面 ， 美国海军陆战队在实际的局部作战以及对重型直升机的使用过程中积累及发展了充分的针对性能和任务的具体需求 ， 从而能够形成具体的对CH-53K切到实处的指标要求 ， 这是推动CH-53K设计方案落地的重要推进力 。


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