基本介紹
- 中文名稱：美國CH-53K直升機
- 前型/級：CH-53E
- 研製時間： 2005年12月
- 國家：美國
發展沿革,技術特點,提高運力,動力系統,機體材料,系統配備,服役事件,發展前景,成功首飛,
發展沿革
美國海軍陸戰隊採購CH-53K直升機首先是因為現有的CH-53E機隊在伊拉克戰爭中因為高強度出勤而損耗嚴重。1999年美軍進行的機體壽命評估顯示，在役的CH-53E機隊平均有6120飛行小時的剩餘壽命，現存的CH-53E將在2011年前後開始進入批量停飛階段，大約每年有15架退役。其次，在近年來美軍頻繁介入的戰爭中，海軍陸戰隊認為他們急需加強重型運輸直升機的STOM(ship-to-objectivemanoeuvre，從艦上到目標的機動）模式運輸能力，這對部屬於海上或者近岸的海軍陸戰隊的裝備運輸能力提出了更高要求。與此同時．為了不增加額外的後勤保障壓力，海軍陸戰隊需要一種運輸能力比現有的CH-53E多一倍，且不占據更多艦上甲板空間的直升機。 2005年12月，美國國防部批准了西科斯基公司的CH-53K發展計畫。CH-53K預計將在2015年全面形成戰鬥力，分批取代現有的CH-53E。該機能在33°C的氣溫條件下，以約914.4米的巡航高度，攜帶12300千克有效載荷，執行半徑200千米的運輸任務。CH-53K將“悍馬”車的運輸量由過去的一輛增加到了兩輛，或者攜帶一輛LAV輕型裝甲車。
與西科斯基公司簽署的這項契約預期金額將達到29億美元，這被認為是以生產直升機聞名的西科斯基公司又一次光輝的勝利。從細節上來看，CH-53K是一種全新設計的型號。預計在2006年年底，西科斯基公司將負責牽頭選擇出直升機動力系統、氣動外形設計、飛行控制系統設計、動力系統、輔助動力系統、起落架及油料供應系統，以及機體設計等諸多飛行器基礎設計方面的子系統承包公司，成立一個聯合各參與企業的“53號小組”來統一研製這樣一種可謂脫胎換骨的CH-53K。
技術特點
提高運力
CH-53K直升機是一種全新設計的飛機，其外部有效運輸能力將是CH-53E飛機的三倍，能夠在110海里的作戰半徑外部吊掛運載超過27,000磅的物資。CH-53K直升機最大起飛重量達88,000磅，擁有功能強大的新引擎、輕質複合結構、新的旋翼葉片和電傳操縱系統。與之前相比，這款機型可以在高海拔地區更加迅速有效地將部隊和裝備從軍艦運輸到海岸。”
動力系統
CH-53K直升機使用通用電氣公司（GE）的T408發動機提供動力，與CH-53E飛機上的T64渦輪軸發動機相比，CH-53K直升機的三個發動機的功率提高57%，燃油節省20%。西科斯基飛機公司研製了一種新的傳輸系統，可以在一個同樣大小的主變速箱內把多餘的發動機動力轉換為扭矩和軸馬力。然後，該動力會轉移到西科斯基公司有史以來生產的最大且技術最先進的主旋翼葉片上。該全複合材料葉片長35英尺，寬3英尺，比CH-53E飛機的葉片面積增大12%。
機體材料
由於機身是由強勁且輕質複合材料製成，與其前身相比，CH-53K直升機的設計保留了相同的外部空間，這是為了適應現有的美國海軍艦電梯所需的規格；但它擁有一個13英尺寬的客艙。在飛行甲板內，羅克韋爾柯林斯公司的數字玻璃座艙，配備由西科斯基飛機公司、聯合技術航空航天系統公司、伊頓公司和BAE系統公司共同開發的電傳操縱飛行控制系統。
集眾家之長的美國CH-53K直升機將擁有更強勁的動力，更高效的傳動機構，重新設計的新型冀尖後掠槳翼。將比現有型號多提供2270千克的有效載荷。和CH-53E相比，CH-53K主槳葉數量並不改變，槳轂的結構也不做太多的修改，但是先進複合材料和最佳化結構的採用將使該機最大起飛重量達到38400千克，比現有運輸直升機多出5300千克。 採用三台發動機的美國CH-53K直升機在機體上設定了第四台發動機的預安裝位置，單台所需功率預計達4500～4900千瓦。至於動力系統的競爭上，來自英國的老牌著名航空動力公司——羅·羅公司希望能採用他們的AE1107C發動機（該發動機已經是海軍陸戰隊MV-22B“魚鷹”的配屬動力）。美國的通用電氣公司拿出了GE38，普拉特·惠特尼公司則準備了PW150，這兩款發動機都已經在美國國內的一些民用機型上實現了系統測試。萊康明公司為CH-47研製的T55渦軸發動機的改進型號也出現在候選名單上。鑒於MV-22B多次出現的機毀人亡事故，CH-53K項目負責人強調在動力系統的選擇上將從成本、安全性指標以及實際使用性能等方面綜合進行篩選。
美國CH-53K直升機預計將引入當前逐漸成為主流的“玻璃化座艙”、整機電傳操縱控制等技術。西科斯基公司目前正與英國宇航公司（BAE）展開S-92直升機以及UH-60M直升機電傳操縱系統的研製，預計這一新技術也將在逐步的完善中套用於CH-53K。
美國CH-53K直升機的機身部分氣動外形和CH-53E相似，但是機艙要比後者寬半米左右，目的是為了更好地適應美國空軍標準的436L貨櫃的尺寸。這樣，每架CH-53K可以完全將事先集裝打包好的各種軍需物資以貨櫃模組的方式快速裝機，運送至前線。
美國CH-53K直升機的第一架原型機將是地面測試機，預計將在2010年9月底前後進行測試。首批的4架YCH-53K工程驗證原型機將在2011年11月前後實現首飛。三架低速生產型將於2014～2016財政年度期間製造完畢，預期將在2015年成立首個CH-53K飛行中隊。在2017財政年度，CH-53K將進入每年24架的量產階段，首批交付日期暫定2018年。到2021年，包括先前生產的四架工程驗證原型機、一架地面測試原型機在內，總計156架CH-53K將全部交付。到那個時候，最後一架CH-53E將功成名退。
系統配備
2007年5月，西科斯基飛機公司已選定4家子承包商，向其為美海軍研製的CH-53K重型直升機設計和製造主要的機體部分。此次組建的西科斯基機身製造小組是通過為期12個月的激烈競爭，細緻評估選拔出來的。參與設計、製造的4家公司分別是：極光飛行科學公司、EDO公司、GKN航宇公司和Spirit航空系統公司。本次對外承包項目主要工作包括：駕駛艙和機艙（Spirit公司負責）、後過渡段(GKN公司負責)、尾翼塔座和短翼(EDO公司負責)、主旋翼塔座（Aurora公司負責）。西科斯基公司將在機體完成製造後負責整體集成和試驗工作。設計工作將在各子承包商場所與西科斯基公司重型直升機開發中心之間的合作環境下進行。將廣泛選用複合材料和鈦合金以提供卓越的抗疲勞性能和抗腐蝕性，並降低重量。新的製造工藝，如共固化、自動部件製造、超高速切削以及確定性裝配（determinantassembly）將被採用以確保結構的經濟可承受性。按照"系統開發與演示"（SDD）契約，西科斯基公司負責選擇和管理分系統供應商。最近外包的項目其它分系統包括：發動機、電傳操縱飛控系統和電源系統。預期在未來幾個月將外包的其它主要分系統包括：輔助動力系統、起落架系統、液壓系統、燃油系統和驅動系統。SDD契約旨在最終為美海軍陸戰隊現役的CH-53E"超級種馬"直升機提供156架替換用機CH-53K。CH-53K直升機將擔負與前者相同的任務使命，只是其在高溫高原環境條件下將擁有更大的有效載荷（載重24516千克飛行203千米）。CH-53K的最大起飛重量將從CH-53E的32915千克增加至38454千克。CH-53K的其它改進包括：聯合互操作玻璃駕駛艙、電傳操縱飛行控制系統、第四代槳葉、低維護彈性旋翼頭、起飛重量提高、升級的發動機系統、貨物鎖定系統等。 2007年7月，通用電氣（GE）公司將在2008年開始用於西科斯基CH-53K重型直升機的GE38-1B渦軸發動機的部件試驗，這將導致2009年的首台發動機試驗和2011年的飛行試驗。通用電氣公司正在按照一項契約研製功率為5600kW的GE38發動機，該契約包括為5架研製飛機使用的6台地面試驗發動機、5000多試驗小時和20台飛行試驗發動機。GE38是建立在上世紀80年代運轉的GE27和90年代撤消的洛克希德P-3海上巡邏機的T407渦槳發動機改型的基礎上的。核心機適用於通用電氣公司/霍尼韋爾公司的CFE738噴氣公務機渦扇發動機。通用電氣公司說，與裝備現有的CH-53E的尺寸相似的T64發動機相比，GE38的功率大57%，耗油率低18%，零件數少60%。通用電氣公司說，GE27的總體結構、單元體結構和高壓比單轉子壓氣機空氣動力學以及其冷卻方案、潤滑系統和支承方案都用於GE38。3級動力渦輪是根據T407設計的，第1級是氣冷的，以提高耐久性和功率增長能力，並且是一個獨立的封閉單元體，以防軸承和油槽污染。通用電氣公司說，GE38採用新的三維氣動設計、冷卻方案和材料，使其功率比空氣流量和油耗相當的T407提高約45%。熱端的冷卻設計可防沙堵塞，並採用改進的防腐和耐磨材料和塗層。葉片前緣設計得更堅固，以提高耐久性，壓氣機葉片採用現正用於T64的耐磨塗層。由於採用壓氣機整體葉盤、無螺栓轉子和減少轉子葉片和導向器數目的低稠度渦輪，零件數目減少了。全權數字發動機控制系統包括預診斷健康管理。裝三台渦輪發動機的CH-53K將於2015年在美國海軍陸戰隊投入使用。
2008年2月，諾·格公司被美海軍航空系統司令部選中，為美海軍CH-53K直升機編隊開展APR-39雷達預警接收機（RWR）集成計畫的第二階段。雷達預警接收機是一種機載電子系統，用於探測所有雷達信號、判定威脅級別並隨之採取對抗措施。根據價值1700萬美元的契約條款，諾·格公司將集成APR-39雷達預警接收機現有產品中A(V)2和B(V)2版本中的所有電子戰（EW）能力—包括電子戰控制器、集成界面以及多飛彈和雷射預警感測器，合併到現役的CH-53K直升機編隊中。第二階段計畫也包括APR-39雷達預警接收機同每架直升機上的諾·格公司的定向紅外對抗（DIRCM）系統的集成。
2008年6月25日，當前大型渦槳發動機市場兩端各有一種發動機：歐洲渦槳國際公司通過其超過10000軸馬力（7460kW）級別的TP400-6占據了高端，羅·羅公司通過6000軸馬力的AE2100/1107家族占據了低端。未來一段時期內在這兩極之間巨大的市場空白進行開發的時機已經成熟。首先向這一空白區域進發的是GE的7500軸馬力GE38-1B發動機，該發動機於18個月前被美國海軍選中，配裝38.4噸的西科斯基CH-53K艦載運輸直升機。GE終於首次透露了GE38研發項目的細節，並就重型渦軸/渦槳發動機市場提出了部分看法。GE渦軸/渦槳發動機業務副總裁及總經理EdBirtwell，以公司現有配裝西科斯基UH-60"黑鷹"通用直升機和波音AH-64"阿帕奇"攻擊直升機的最大的3000軸馬力T700發動機及其它發動機為基準，比較預測了新的GE38的市場潛力。他說："我們希望該項目獲得其他用途，以獲得可以比肩T700的成功。"在這一預期下，新的重型直升機和中型固定翼運輸機將在下一個十年出現。市場上也將出現類似CH53K的現有直升機升級版本，或是全新飛機。美國直升機協會執行理事RhettFlater稱："我們對類似黑鷹這樣的中級直升機需求始終強勁；另一方面，部分美國艦隊及陸軍的在阿富汗以及伊拉克經歷證明需要能夠運送更高載荷的直升機。"GE的另一個選項是從羅·羅公司占據的重載市場奪取一定的份額。美國海軍陸戰隊正研究用GE38-1B發動機替換貝爾-波音公司的MV-22"魚鷹"傾轉旋翼機現裝的AE1107C發動機。陸戰隊官方已經就AE1107C發動機在伊拉克服役期間吸入沙塵在耐久性方面的影響表達了關切。羅·羅公司稱："AE1107C發動機壓氣機保護塗層在抵禦沙塵侵蝕方面未能普遍發揮作用，但我們已經向客戶描繪了一項即將開始使用評估的發動機塗層項目。"洛·馬公司同樣可能需要提升古老的C-130J大力神有效載荷，該機在競爭美國陸軍未來戰鬥系統的載荷將從大約20噸增長至27噸。屆時相對於AE2100GE38發動機將是一個有吸引力的選項。Birtwell拒絕評價GE38在CH-53K之外的特定用途，但清晰地描述了GE對於獲取這些項目濃厚興趣。"GE也就這一項目進行了投資，而不僅僅是政府出資。我們這樣做的原因是，我們對這一動力級別大量其他用途非常清楚。"GE的競爭對手也非常清楚這一潛在的新市場。霍尼韋爾將為波音公司新型CH-47"支奴乾"直升機製造5000軸馬力的T55-GA-117發動機，並已開始為更為強勁的下一代機型55-L-71X展開宣傳。 面對這樣的競爭壓力，GE暫不考慮未來其他裝機對象，專注於準時為西科斯基CH-53K項目交付GE38-1B發動機。Birtwell稱："我們確實需要專注於這一特定需求，因為我們需要首先將該發動機弄好然後我們就可以去做其他的事。"6月，GE已完成發動機零件向供應鏈發圖。經過這一內部里程碑意味著公司已經凍結了發動機部件設計，首台用於測試的發動機部件製造可以開始了。首次裝配測試計畫於6月進行，用以分析燃燒室。隨後是2009年第一季度的第二次裝配測試，以檢查俯仰及偏航條件下發動機不同姿態下的潤滑油系統。首次整機測試計畫於明年上半年安裝在GE的測試台架上進行。GE正為5架CH-53K原型機製造20台發動機，以支持其6000小時的飛行測試。GE38-1B發動機派生髮展自上世紀80年代GE27"成熟技術驗證發動機"，該發動機曾提議用於後來被取消的洛克希德P-7巡邏機。GE38-1B基於同樣的結構，但功率提高了20%，這是升級核心熱端部分並重新設計功率渦輪的結果。最初GE準備為CH-53K提供現在裝於CH-53E機隊T64發動機的一個升級版本。但Birtwell稱："由於涉及的功率需求提升過大，已經超出了T64構型能夠承受的範圍。"
服役事件
發展前景
2008年7月，美國渦軸發動機製造商正在等待美國陸軍授予的首份契約，以啟動一項為其8年的競爭來替換已經服役47年之久的霍尼韋爾公司T55系列發動機。陸軍的未來可承受渦輪發動機（Fate）計畫的目標是用功率範圍在4470-5215kW（6000-7000shp）的新型發動機替換T55，作為CH-47"支奴乾"的發展型或者後繼旋翼飛機的動力裝置。Fate的目標包括將耗油率降低35%，生產和維護成本都減少40%-45%，並將功重比提高90%。陸軍航空技術處希望儘快授予契約用於研發改進的渦輪技術，第二輪契約將集中在研發下一代壓氣機，然後將在2012財年啟動為期4年的Fate技術驗證機項目，到下一個十年末將有全新生產的發動機可用。通用電氣、普·惠和霍尼韋爾公司已經確認參加Fate項目，而T406和AE1107C發動機的製造商羅·羅公司則拒絕對此發表意見。即使在陸軍持續爭論是啟動全新的聯合重型運輸旋翼機還是投資以T55為動力的波音CH-47"支奴乾"發展型號的同時，Fate項目仍將繼續向前推進。發動機供應商對於支持Fate和"支奴乾"發展型的態度仍然不明朗，而後者需要在4800shp的T55-GA-714基礎上的進一步提高功率。霍尼韋爾已經準備好了功率為6500shp的T55-GA-715發動機的成套設計。
成功首飛
2015年11月，西科斯基公司宣布，該公司為美海軍陸戰隊研製的CH-53K“種馬之王”（KingStallion）重型直升機原型機EDM-1成功首飛。持續30分鐘的飛行標誌著該直升機項目由4架試驗機參與的、總計2000小時的試飛項目正式啟動。
在首次飛行過程中，EDM-1直升機完成了懸停、橫飛、後飛和前飛飛行控制，以及離地30英尺（9.1米）的懸停地效試驗，試飛在西科斯基公司位於佛羅里達州西棕櫚海岸的研發飛行測試中心進行。隨著試飛項目的推進，EDM-1之後還將有3架工程研製型機（EMD）加入試飛項目，預計試飛項目將持續3年。此次首飛比原定計畫推遲了1年，距離西科斯基獲得系統設計與研製契約已過去了9年。根據國防部的計畫，CH-53K將於2019年具備初始作戰能力。其交付數量預計為200架，但最終數量將由國會基於項目進展和預算情況，以及國防部對該項目設定的優先權所決定。海軍陸戰隊則計畫裝備起8個CH-53K現役作戰中隊，1個訓練中隊和1個預備役中隊。
