美海軍陸戰隊直升機之王——CH-53K 種馬之王直升機
寫在前面
CH-53E 超級種馬 (Super Stallion)直升機在伊拉克戰爭中的出色表現有目共睹,無論是吊運重型裝備、快速投送兵力,還是緊急救援飛行員、回收墜落戰機,超級種馬直升機都能完美勝任,可以說沒了超級種馬直升機的美國海軍陸戰隊,就像是沒了牙的老虎。也正是經歷了伊拉克戰火的洗禮,美軍更加確認了重型直升機在戰爭中的重要戰略地位,兼之CH-53E在伊拉克戰爭中的高強度出勤頻率已經損耗嚴重,因而美國海軍陸戰隊開始積極尋求運輸載荷更大、性能更優、作戰能力更強的下一代重型直升機,CH-53K 應運而生。
圖——伊拉克戰爭中的CH-53E 超級種馬直升機
西科斯基 CH-53K 種馬之王(King Stallion)是一型重型運輸直升機,目前仍由西科斯基公司(Sikorsky Aircraft)在研(西科斯基現已是洛克希德·馬丁的一部分),其客戶是美國海軍陸戰隊(USMC, United Stated Marine Corps)。CH-53K的典型特徵是加裝了三台5590千瓦的發動機,全新的複合材料槳葉,以及比現有任何一種CH-53系列直升機更寬的機艙內空間。它將是美軍有史以來最大也是最重的直升機。美國海軍陸戰隊擬採購200架種馬之王直升機,合同總金額高達250億美元(約合1720億人民幣)。地面開車實驗於2014年4月啟動,飛行試驗於2015年10月27日啟動。今年5月份,第一架CH-53K被交付到海軍陸戰隊。
圖——西科斯基CH-53K 原型機
研製背景和歷程
關於CH-53系列直升機的研製背景和發展歷程,本號在前幾篇文章中多有論述,本文不再贅述,感興趣的讀者朋友可以翻閱。
美國海軍陸戰隊最早的打算是對現有的CH-53E機型升級,來延長他們的在役時間,但是由於CH-53E編隊在伊萊克戰爭中因為高強度出勤而損耗嚴重,升級計劃一度遲滯。之後,西科斯基向海軍提議研製一種新的CH-53型號,西科斯基將其命名為」CH-53X「,在2006年4月,海軍陸戰隊與西科斯基簽署了一項合同,該合同擬採購156架新型號的CH-53,海軍陸戰隊將其定名為」CH-53K「,合同總價值為188億美元,合同約定156架直升機要在2021年底之前交付完成。海軍陸戰隊計劃從2009年開始分批次退役CH-53E 超級種馬直升機,因為不少超級種馬直升機將在2011~2012年達到了他們結構壽命的極限,因而海軍陸戰隊非常迫切地希望得到該型新型直升機。海軍陸戰隊希望CH-53K的飛行測試於2011年開始。
CH-53K是CH-53E的一種重新設計型號。其主要的改進是新的發動機和座艙布局。CH-53K將會有超過CH-53E兩倍的負載能力和任務半徑,並且具備更大的內部貨艙,甚至足以直接裝入一輛軍用悍馬(Humvee)。CH-53K還將安裝新型的短小精悍的複合材料浮筒來降低其整體寬度,使得該型直升機可以更窄,以便於艦載作業。它同時還將配備新型的複合材料旋翼槳葉系統,其技術與最新的UH-60黑鷹直升機的旋翼系統相同。CH-53K將使用通用電氣GE38-1B 發動機。該型發動機擊敗了競爭對手"Pratt and Whitney Canada PW150"發動機以及「Rools-Royce AE 1107C-Liberty」發動機,最後被V-22 魚鷹所採用。
圖——GE38-1B發動機
西科斯基同時公布了其分包商的名單:Aurora Flight Sciences(主旋翼系統),Exelis Aeostructures(尾槳掛架和浮筒系統),GKN Aerospace(尾梁過渡段系統),Onboard Systems International(內部貨運懸掛系統 ),Rockwell Collins(航電管理系統),Sanmina-SCI Corporation(內部通信系統),以及Spirit AeroSystems (座艙和機艙)。
在2007年8月份,美國海軍陸戰隊將其擬訂購數量從156架提升到了227架。在當時,該機的首飛預計在2011年9月份進行,其具備初始作業能力(IOC,Initial Operating Capability)的直升機預計在2015年內可以交付。一旦CH-53K進入服役,它將作為美國海軍陸戰隊的重型直升機與MV-22 中型直升機及UH-1Y 輕型直升機一起執行任務。2007年蘭德發布的一份關於美軍海基能力的報告稱,假如海軍CH-53K相對於MV-22的比例越高,海軍艦艇的部署能力就越強。
圖——CH-53K的艙內空間
2008年,設計工作按照計劃有序推進。在降低空中以滿足任務需求方面西科斯基已經取得了一定的成果。如有必要,發動機性能和旋翼性能的提升也是可選項。西科斯基降低了旋翼軸傾角並調整了布局以此保證燃油降低的情況下,直升機的重心不至於後移過多。設計需求在2009~2010年被凍結,此後沒有任何改變。
在2010年1月22日,西科斯基投資200萬美元在Connecticut 州的 Stratford 設立了一家精密部件技術中心,該中心的設立就是為了CH-53K的生產而服務的。該工廠主要生產旋翼系統中的自動傾斜器上的靜止環和動環、主旋翼和尾槳的槳轂以及主旋翼套筒等一系列精密組件。在2010年8月3日,CH-53K通過了關鍵技術評審(CDR,Critical Design Review),並且已經準備好進行生產測試。然而,其初始作戰能力 IOC 卻被推遲到2018年。西科斯基建議先製造四架預生產(Pre-Production)的直升機用於作業評估。
在2012年12月4日,西科斯基交付了首架CH-53K——實則主要是一架用於地面測試(GTV, Ground Test Vehicle)的機身。海軍連同西科斯基一道對該機進行了長期的地面開車實驗。初步的實驗包括校準該機的燃油系統以及在機體的各個關鍵部位加裝上各類感測器,用於記錄溫度、氣動載荷、壓力以及振動水平。
圖——CH-53K及其試飛員
在2013年1月份,海軍和西科斯基重新評估了該合同的200架CH-53K 種馬之王重型直升機採購計劃,評估結果認為採購總額將達到231.7億美元。在2013年4月份,美國海軍項目管理委員會表示CH-53K項目」進展非常好「,甚至可以提前實現合同計劃。但是由於部件存在故障而遲遲未能解決,定於2015年的飛行測試計劃被延後了整整一年。
在2013年5月31日,美國海軍按照合同向西科斯基支付了4.350億美元用來購買四架CH-53K 原型機,這一批原型機主要用於進行作業評估和任務測試。西科斯基表示它的前兩架飛行測試原型機將用於測試結構飛行載荷的測試,第三和第四架原型機則專註於驗證CH-53K 的總性能、推進系統和航電系統。到2016年1月22日,四架原型機中的第二架完成了交付。
圖——即將交付海軍陸戰隊的CH-53K
在2013年10月1日,西科斯基要求美國海軍按照合同支付850萬美元用來開發克瑞斯托防衛和安全解決方案(Kratos Defense & Security Solutions)——這是一套CH-53K的維修&訓練系統。該解決方案包括為海軍陸戰隊開發的高模擬維修訓練設備套件(MTDS, Maintenance Training Device Suite)以及直升機模擬維修訓練系統(HEMT,Helicopter Emulation Maintenance Trainer)。整個維修訓練解決方案可以支持進行全機維護訓練、航電系統的拆除和更換訓練、電子系統/液壓系統以及其它機械系統的維護訓練。HEMT使用3D 虛擬環境來模擬維修訓練場景。有了這套訓練系統,海軍陸戰隊就可以將招募來的飛行員和維修人員進行高精度的、系統化的訓練來滿足CH-53K的測試和維護需求。
圖——夜晚的CH-53K
在2014年1月24日,CH-53K 在拆除旋翼槳葉的情況下,進行了地面開車試驗,所使用的發動機為GE38-1B。該測試首先是對所有的獨立子系統進行單獨測試,測試完畢之後,才啟動發動機對全機進行開車試驗。從2015到2017年,西科斯基展開了低頻率的生產安排。CH-53K的初步作業能力機型最終計劃在2019年交付,在此之後,西科斯基將進入全速量產直到2022年完成合同要求的交付數量。美國海軍陸戰隊計劃組建8支CH-53K機動編隊、一支訓練編隊以及一支備用編隊。在2014年8月,加裝槳葉的地面開車試驗開始啟動,隨之進行的是系統集成試驗。飛行測試在2014年末氣動並持續了整整三年。四架原型機各自都將飛行大約500小時。但是由於傳動系統和減速器中的鈦合金軸套存在的問題,CH-53K的真正首飛一度被延後。
在2014年5月5日,James F. Amos 將軍在官方通告中宣稱CH-53K將被命名為」種馬之王「(King Stallion)。在2015年10月27日,CH-53K進行了它的首次飛行。在2018年3月7日,種馬之王在西科斯基飛行中心提起了約16噸的任務載荷。這是有史以來單個中心點貨運掛鉤所提起過的最大重量。
圖——執行吊運任務的CH-53K
第一架CH-53K於2018年3月16日交付到美國海軍陸戰隊手中,另外18架已經進入生產線,第二架直升機計劃在2019年初交付。
2018年11月份,在對已交付的CH-53K進行測試之後,美軍認為其仍存在技術缺陷,因而尚未具備作戰能力,其作戰能力及作戰系統的裝備至少要到2019年末才能完成。技術缺陷主要在於下述幾點:
排氣管排氣會被發動機重新吸回
旋翼減速器的設計壽命太低
尾槳和傳動軸存在問題
在海軍的評估中,到2019年5月,西科斯基應當能重新交付解決了技術缺陷的CH-53K 種馬之王直升機。
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