美國AH-56武裝直升機

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更新時間: 2013-12-11

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越南戰爭是歷史上第一次直升機戰爭,美國在越南戰場上動用了從H-21「飛行香蕉」到CH-47「奇努克」到CH-53「綠巨人」(正式代號是「種馬」)到OH-6的各種直升機,用於支援機降步兵作戰,其中最著名的無疑是UH-1「休伊」。在作戰中,美軍迅速採納法國在阿爾及利亞反游擊作戰的經驗,開始在機艙門安裝機槍,用作直升機上的掩護和壓制火力。

美國AH-56武裝直升機 -前言
美國AH-56武裝直升機美國AH-56武裝直升機
但是,這畢竟是權宜之計。美軍很快開始研製專用的攻擊直升機,要求有比「休伊」一級的通用直升機有更強的火力、機動和防護,貝爾直升機公司的AH-1「休伊眼鏡蛇」方案脫穎而出。AH-1是在UH-1的機械和動力系統上發展起來的,已經具有現代攻擊直升機的主要特徵:窄機身,具有裝甲保護,串列雙座,機頭下方的轉動炮塔裝備有多管機槍,機身兩側掛載火箭和導彈。但是AH-1是作為過渡型攻擊直升機設計的,和美軍心目中的理想境界還相差甚遠,於是美軍立即著手先進空中火力支援系統(AdvancedAerialFireSupportSystem,AAFSS)計劃,AH-56「夏延」應運而生。

美國AH-56武裝直升機是一個奇怪的政治上的限制和技術上的創新的產物。越南戰場上的美國陸軍最需要的是能夠垂直起落、適合低空低速飛行、火力強、機動性好、裝甲厚的現代伊爾-2強擊機,以今天的眼光來看,或許具有裝甲的鷂式戰鬥機是最合適的選擇。但戰後創建空軍的國防法規定了陸軍不得涉及飛機的設計、採購和部署,直升機是一個法律沒有明確規定的例外,在一番內鬥之後在陸軍落戶。即使如此,空軍對陸軍著手設計戰場支援飛機還是大為不滿。

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美國AH-56武裝直升機 -布局設計
美國AH-56武裝直升機比「夏延」更符合美軍標準的「阿帕奇」武裝直升機
在空軍全力追求高空高速的60年代,陸軍自然也以高速作為新的攻擊直升機的最重要的要求,其基本戰術思想是利用速度和爬升的優勢、良好的機動性和強大的火力,給敵人以突然和猛烈的打擊,並最大限度地減少暴露於敵火之下的時間。AH-1最初的設計主要是為反游擊戰和戰場支援設計的,對在中歐抗擊閃電式突擊的蘇軍坦克集群並沒有予以特別的考慮,新的攻擊直升機不僅要在戰場支援性能上要超過AH-1以外,還要具有優秀的反坦克性能,同時對直升機空戰性能也有相當的要求。

針對這樣的戰術、技術要求,洛克希德一反常規的直升機設計,提出採用剛性旋翼的複合直升機方案。人們對於固定翼飛機和直升機已經很熟悉了,但飛機的大家庭里,還有一個被遺忘的成員:旋翼機(autogyro或gyrocopter)。旋翼機像直升機一樣,在機身上方有一個旋翼,在飛行時旋轉以產生升力。不同的是,旋翼機的旋翼是無動力的,換句話說,只是一個在前進運動下隨風轉動的風車,前進的動力仍然靠常規的推進手段,如螺旋槳或噴氣發動機。旋翼機不能垂直起落,但只需要很短的滑跑就可以起飛,基本不需要滑跑就可以著陸,是理想的短距起落飛機。失去動力時,旋翼機可以像直升機一樣依靠旋翼的自選著陸,而不會像固定翼飛機一樣失速墜毀。由於旋翼是無動力的,旋翼機不需要尾槳。如果能夠解決垂直起落、懸停、側飛、倒飛問題,旋翼機是陸航的理想高速飛行平台。

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在60年代,傳統直升機仍然是唯一現實的垂直起落技術,軍種之間的政治鬥爭也不容許陸軍染指鷂式戰鬥機那樣的非常規、固定翼垂直起落飛機。傳統的直升機的主旋翼是一個全能手,既用於產生升力,又用於產生推力和橫滾力矩。這個特點既是直升機的超常的機動性的源泉,又是直升機在速度和操控上的無窮多的問題的根子。

直升機的主旋翼一般不是水平的,而是略有前傾,用於在產生升力的同時,產生前飛的推力。但是要全速前飛時,還是要頭朝下、尾朝上,像好鬥的公牛一樣,往前掃地而行,好讓主旋翼產生更大的前飛推力分量,儘管這樣的迎風阻力較大。直升機的槳葉可以不斷地實時調整槳葉的迎角(正式名稱是槳距),較大的迎角產生較大的升力,所以左右搖擺靠左右的升力不平衡來實現,前後俯仰靠前後的升力不平衡來實現。槳葉角度的不斷調整是靠一個頂一個的頂端斜切的「雞籠子」來實現的,一個「雞籠子」調整所有槳葉的角度,以控制升力和推力,實現所謂「總距控制」;另一個調整每個槳葉相對於其他槳葉的角度,以控制飛機的姿態,實現所謂的「周期距」。伊戈爾.西科斯基一生中最重要的發明就是這個。槳葉角度的不斷變化使槳葉的氣動載荷不斷變化,由此產生的不間斷的「揮舞」使槳葉必須為柔性構造,否則強烈的疲勞會使槳葉在短時間內就受到損壞。也正因為槳葉不間斷的「揮舞」,直升機具有固有的震動。

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旋翼還有「前行」和「後行」問題。360度旋轉一圈,肯定有一半是從後向前轉,即所謂前行;而另一半是從前向後轉,即所謂後行。前行、後行階段都產生升力,但後行階段產生推力,而前行階段非但不產生推力,還產生額外的阻力。後行也有自己的問題,在前飛狀態下,後行的槳葉相對於靜止空氣的相對速度較低,效率大降,嚴重的時候可能造成失速,不過這是另外一個問題了。為了減小前行阻力,前行階段槳葉的槳距要減小,而後行槳距增大。但這樣要造成左右的不平衡,所以要靠平尾來平衡,而這是靠偏轉控制面有意製造阻力來完成的,從而導致額外的氣動阻力。RH-66科曼奇的垂尾有一定的角度,所以其涵道尾槳的推力方向和水平面成一定的向下的角度,是糾正這種左右不平衡的另一個途徑。不管何種途徑,這種進兩步、退一步的推進方式,始終限制著直升機的速度。

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美國AH-56武裝直升機 -機型缺點
美國AH-56武裝直升機美國AH-56武裝直升機
直升機的速度始終提不上去的另一個原因,是提高主旋翼的直徑和轉速受到限制。尺寸所受的限制顯而易見,但轉速也受到限制,由於旋翼直徑的關係,不很高的轉速也能使翼尖達到甚至超過音速,槳葉的「揮舞」也使旋翼轉速的提高受到很大限制。主旋翼產生的強大下洗氣流在直升機周圍形成強大的氣幕,也大大增加了前飛的阻力。既然在主旋翼上難以「榨」出更高的速度,增加一個專用的推進發動機(噴氣使得或螺旋槳式的)而把主旋翼「解放」出來,專用於產生升力和控制力矩,而推進發動機專職推進,從而大大提高速度。採用這種複合推進方式的直升機稱為複合直升機(compoundhelicopter)。採用短翼可以為主旋翼卸載,可以將主旋翼「解放」出來產生更多的推力,這是複合直升機的另一種思路。

直升機不是洛克希德的強項,但這也使洛克希德放下包袱、輕裝上陣。洛克希德從50年代開始研究剛性旋翼(rigidrotor),用一個很特別的陀螺連桿系統控制槳葉的角度。剛性旋翼的結構簡單,強度高,維修量小,也在結構上容許更高的轉速,儘管氣動上的轉速限制依然存在。旋翼在起落時接通動力,作直升機使用;在前飛時切斷動力,作旋翼機使用。這樣可以達到高速飛機的速度和直升機特有的機動性能之間的有效兼顧。夏延就是這樣一個直升機和旋翼機的混合體。洛克希德的最初設計是由翼尖微型噴氣發動機提供旋翼動力,這樣,可以不需要抵消扭力的尾槳,同時由巡航噴氣發動機提供前飛推力。動力方案後來修改為更常規的機內動力,在直升機模式時,發動機驅動主旋翼和尾槳,機尾的推進螺旋槳做風車式自由選轉;在前飛的旋翼機模式時,發動機驅動機尾的螺旋槳,主旋翼和尾槳做風車式自由旋轉,前飛狀態下的升力基本由短翼產生。

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即使以30多年後的標準來看,夏延仍然是一個革命性的設計。夏延是名副其實的「空中坦克」,最大起飛重量高達13,600公斤。相比之下,夏延的「繼承人」、公認的重型攻擊直升機AH-64「阿帕奇」的最大起飛重量「只有」只有7,270公斤。夏延的最高速度達到407公里/小時,AH-64「阿帕奇」只有260公里/小時。由於前飛狀態是旋翼機模式,夏延沒有直升機固有的震動,既大大提高了飛行的舒適性,也大大改善了航炮和導彈的瞄準精度。

除了革命性的機體設計外,夏延的火力十分強大,機腹下的旋轉炮塔內裝有一門30毫米航炮,機首下旋轉炮塔里可以裝40毫米自動榴彈發射器或6管7.62毫米加特林機槍,短翼下可以攜帶大量的火箭彈和TOW反坦克導彈。夏延的火控系統也十分先進,裝備有地形跟蹤雷達、激光測距儀、夜視儀、慣性導航和其他先進系統,不光要求能做晝夜高速貼地飛行,還要求在高速飛行中,用30毫米炮單發命中地面目標。

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美國AH-56武裝直升機的試飛在一開始很成功,很快就達到設計的高速度,但問題很快出現了。在直升機模式飛行沒有問題,在旋翼機模式飛行也沒有問題,但問題常常出在兩種模式轉換的過渡過程中。從直升機模式過渡到旋翼機模式,逐漸減少旋翼/尾槳的功率,同時增大推進螺旋槳的功率,平滑過渡的話沒事,但如果轉換過猛,速度還沒有上去,短翼難以產生足夠的升力,就會出問題。從旋翼機模式轉換到直升機模式,逐漸增加旋翼/尾槳的功率,同時減少推進螺旋槳的功率,如果轉換過猛,額外的升力使飛機難以保持飛行姿態,突然增大的阻力也給飛行控制帶來很大的困難。即使在直升機模式,剛性旋翼也只有有限的側飛、倒飛能力,懸停控制能力也大為不如常規的直升機。由於種種飛行控制上的困難,夏延在試飛中接連出惡性事故,機毀人亡。夏延的過於複雜的火控系統也是問題多多,解決遙遙無期。

美國AH-56武裝直升機 -發展前景
美國AH-56武裝直升機美國AH-56武裝直升機
美國AH-56武裝直升機眼看著就要成為鬍子工程,越南戰爭正在尾聲,美國的注意力重新轉向歐洲。面對中歐的巨大的反坦克壓力,以及日益嚴重的蘇軍機動防空火力(包括自行高炮和防空導彈)和肩射防空導彈的威脅,美軍開始探討以貼地機動為主的直升機作戰模式,這樣,夏延的高速度就沒有必要,而夏延有限的非常規機動能力就能為缺陷。

儘管洛克希德最後解決了所有出現的飛行控制問題,美國陸軍還是在第三次墜機后取消了夏延計劃,代之以先進攻擊直升機(AdvancedAttackHelicopter,AAH)計劃,採用簡化的火控系統和成熟的常規旋翼系統。貝爾的競標方案凝聚了AH-1的所有經驗,波音-伏托兒的方案採取了奇怪的像早期米-24那樣的斜置雙座,兩個飛行員一前一後,但左右錯開,以提供最大限度的前方視界。但是幾家競標后,休斯的AH-64「阿帕奇」最後勝出。以後的事都是眾所周知的歷史了。

美國AH-56武裝直升機的故事是一個虎頭蛇尾的故事。這是一個在特殊時期、採用特殊技術、按特殊要求設計的直升機。AH-64的貼地機動戰術被證明是成功的,但夏延的高速機動戰術未必就一定不成功。第二次世界大戰中,美國最王牌的戰鬥機部隊是第56戰鬥機群,其裝備不是大名鼎鼎的P-51「野馬」,而是公認的「只有速度和爬升、沒有機動性」的P-47。

Zemke上校創造的原始版「能量機動」戰術,在戰鬥中一次又一次地戰勝了機動性遠為優秀的Me109。相比之下,擁有「不列顛之戰」期間「老鷹中隊」就打出來的老鳥的第4戰鬥機群,裝備有先進的P-51「野馬」,但是戰績反而不及Zemke的小夥子們。夏延沒有這樣的機會,其性能和戰術最終是否會得到成功已經無法證明。夏延死了,剛性旋翼的概念被鎖進文件櫃,洛克希德再也沒有涉足直升機領域。

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