CH-47服役之后在各种国际热点冲突战事中起到了部队运输、火力调遣与战场补给等重要作用。“支奴干”直升机由于下方装备有用于吊载货物的钩子,所以又有一个“钩子”的绰号。
从1962年起,随着直升机定型完成,CH-47“支奴干”直升机开始出现在生产线上。我们也经常看到这样的说法:“支奴干”直升机1962年“首先在越南使用”。而实际上,最早生产出来的“支奴干”直升机是被送往佐治亚州芬·伯明堡的第十一航空部队进行测试。而这些前期工作也正是为了CH-47于1966年在越南首次亮相做好准备。
第十一航空部队是由哈里·金纳德将军(时任第101空降师助理师长)指挥并组建,这支部队前身可以追溯为前1943年成立的第十一空降师。部队组建之初便获得了125架直升机,这其中就包括新型的CH-47“支奴干”。金纳德将军之后于1965年又组建了第一空中骑兵师,这是陆军第一支空中机动部队。
第一骑兵师整合了当时第十一航空部队,第十个航空运输旅和第二步兵师的资源。新的部队番号于1965年7月1日正式启用,并在当年7月28日被下令调往越南。
“支奴干”在越战中发挥了重要作用,驾驶和和维护它的人被认为是美国英雄。第十一航空部队下辖第227、229和229航空营,形成了当时第一骑兵师的直升机部队核心。第228突击支援直升机营是第一骑兵师中由CH-47“支奴干”直升机组成的营。这个营有三个连队,“阿尔法”连,“布拉沃”连和“查理”连。每个连都有16架“钩子”。
“支奴干”在越南战争中很快就被证明是一款非常实用的运输火炮和重型装备的直升机。鲍勃·西格在回忆中这样写到,第25步兵师组建的巡逻基地“已经无处不在,通常位于接近敌方位置”。一般来说,基地被设在山丘上的位置,以便俯视对手。来自第25航空营UH-1S“小熊”直升机首先将第27步兵团的步兵连队带入战场,同时UH-1武装直升机提供空中火力掩护,随时等待迎接任何来自敌方武力的威胁。
接着第242突击支援直升机营的CH-47带着重型装备和战地工程师抵达基地。“支奴干”下方悬挂巨大的货网,携带用于建造火力支援基地的物资。另一架“支奴干”上搭载着推土机到达基地,随后战地工程师开始挖掘支援基地。一旦一切准备就绪,更多的“支奴干”便会带着榴弹炮到来。
“支奴干”着陆后,炮兵们会跳下来,把榴弹炮放在适合射击的位置。这一天内将会有更多的“支奴干”带着弹药,炮弹,铁丝网,水泥等来到基地。几天之内,巡逻基地就会全面投入使用,而部队等待着和敌人的正面较量,一场可以发挥重型火力优势的战斗。
一些CH-47也被用于伤员撤离。由于对直升机的需求非常旺盛,似乎最具效益的“支奴干”的用法是用于救援其它受伤的直升机,以便其再次修复并重新投入使用。
一般来说,这种直升机间的救援是在白天进行的。然而有时也会有紧急的夜间任务。1966年2月26日,第214航空团的第147连队接到了紧急任务,参与救援一架UH-1“休伊”直升机。如果第147连队不能救回UH-1,就要将其摧毁。
参与任务的飞行员罗伯特·柯柏勒和罗伯特·索德发现,在黑暗中将“休伊”连接到“支奴干”的钩子上,是极为困难的。为了降低被发现的可能性,他们不得不关上所有的探照灯。在另一架协同执行任务的直升机的微弱灯光下,挂钩手詹姆斯·斯坦特维尔指挥5名专家成功将受伤的UH-1用钩子锁在了CH-47上,并在两架UH-1B武装直升机护送下成功完成任务。
战场上总会有意外发生,高强度任务和复杂环境也给直升机执行任务的过程带来了一定的困难。迈克·马洛伊隶属第101空降师第159突击支援直升机营第三连队。他是一名CH-47飞行员,而机长是凯利·威廉姆斯上校。他在回忆1969年2月10日一次失败战斗补给任务时说,这原本应该只是一次正常的战场补给。那天他们在完成燃料补给任务之后,本来打算去去富牌河谷过夜。但是,驻扎在厄斯金的海军陆战队员要求补充105毫米榴弹炮炮弹,同时还有四名海军陆战队员也需要前往厄斯金。
所以他们带着四名海军陆战队员和4.54吨炮弹的吊装载荷前往厄斯金。因为基地停机坪的混凝土还在覆盖中,所以他们不得不在空中盘旋。原本马洛伊打算将负载直接降落在地面上,使其脱钩。但海军陆战队员要求在不同的位置上卸载。所以又换成了机长威廉姆斯来控制和移动负载。
在第三次尝试卸载时,直升机的一个发动机出现了嘟嘟声的怪响。这意味着正常的发动机调整系统失效,无法控制转子转速,直升机会失去空速。所以威廉姆斯决定把这架飞机降落在山的一边,试图重新获得空速并保住载荷。然而设计用于释放负载的系统此时也不起作用,飞机处于不稳定的低转速。随行的工程师也无法到达挂钩处,手动释放负载。
最后他们坠毁在树丛中,距离停机坪约285米。另一架一起执行任务的CH-47试图对他们进行救援,但是丛林太密集了。四名海军陆战队成员中有三人遇难,其他人虽然受伤,但仍然可以正常工作。最后,一架“海骑士”CH-46实施了救援。
他们在靠近老挝边界处迅速进入山谷。在接近山顶重火力点的过程中,他们看到5架UH-1在重火力点周围被摧毁。在接近着陆点15米的地方,直升机的正下方受到敌火力的袭击。无线电室被严重破坏,第一液压系统受到撞击,造成压力损失,左侧机枪手阵亡。
福克斯和副驾驶杜拉尔认定自己不可能正常着陆,所以他们放弃了吊索,向前移动到着陆点的边缘,仅让直升机的后轮着陆。然后他们打开尾门,卸下弹药和部队。然后开始上升,在第一液压系统完全失效前到达了足够的高度,终于逃生。
在越南高峰期,22个“支奴干”直升机营在同时运作,还有很多类似的事情发生。在参与作战的近750架“支奴干”直升机中,约有200名飞行人员在作战或事故中丧生。
在1991年海湾战争期间,“支奴干”成为美军在伊拉克重要的运输工具。在冲突开始时,美军及其盟军搭载“支奴干”快速实现部署,其中包括英国特种空勤团部署在伊拉克的“八人巡逻队”。
1月17日,“沙漠风暴”行动开始,美军第101空中突击师首次发起攻击,摧毁伊拉克的雷达随后夺取了巴格达周围的防空。空中战争于1月份开始后,地面战争从2月24日开始。
第101空中突击师在此战中很少使用车辆机动,大部分部队靠徒步和搭载直升机就完成了机动。弹药、食物、水也都是从空中运送。有一支美军部队搭载直升机进入着陆区时,附近的伊拉克士兵直接出来投降了。美军将他们缴械后,就地安置在“支奴干”直升机中。
在沙漠风暴行动地面阶段,美国陆军的侧翼机动计划也是以CH-47D为基石展开的。前进作战基地位置要考虑到CH-47D的满载作战半径。第101空中突击师第二步兵旅在科布拉地区展开的最初空中机动突击中,出动了5000名士兵、126架“黑鹰”和60架“支奴干”。在第一天结束时,CH-47D运送了495889升燃料、战斗装备和弹药用于次日的战斗。
詹姆斯·亨利·宾福德是当时美军陆航行动的负责人。他在接受采访时,讲叙了一些CH-47D运用的细节。当时他们部署了5个直升机营,包括4个“阿帕奇”营和1个由45架CH-47组成的货运直升机营。部队确定的部署地点,依据的是考虑CH-47D不加油飞行的最大往返距离。美军工程师事先进行了精心规划和计算。原本计划中的部署位置是在科布拉地区偏北。但宾福德这个位置稍微向南移动了一些,使其保持在CH-47D的转弯半径之内。
相比于美军参与的其他几场战争,阿富汗战争持续时间更长。除了美国,另外几个国家的“支奴干”直升机也参加了阿富汗战争,包括英国、意大利、荷兰、西班牙、加拿大和澳大利亚。已经服役将近半个世纪的“支奴干”,在战场上依然深受欢迎。部分原因在于,它在阿富汗苛刻的自然环境下展示出了多功能和优越的适应性。阿富汗的高海拔和高温限制了大多数直升机的使用,例如UH-60“黑鹰”。据美军估计,1架CH-47可以顶替5架“黑鹰”进行空中突击运输作战。
其中包含了比较出名的“森蚺行动”。2002年3月初开始,美军为了摧毁基地组织和塔利班部队,在沙希科特谷和阿尔玛山脉发起了“森蚺行动”,这是美军参与的阿富汗战争中的第一次大规模战役。行动由弗兰克·威尔辛斯基上校领导。他的下属回忆说,上校在“急切地等待着第一架CH-47到达他们指定的停机坪”。另外五架AH-64“阿帕奇”进行支援,直升机编队直入山谷中。
2002年3月2日06时30分,第一波的山地部队通乘“支奴干”直升机沿着山谷的东部和北部边缘降落。不过实际上,美军错误地降落在山谷的中间,正处于塔利班组织的炮火覆盖区域。有两架“支奴干”被击落,一些人严重受伤。不过随着更多部队的到来,美军开始占据上风,对塔利班部队造成重大伤亡,并将其赶出山谷。
在“森蚺行动”结束时,美国和阿富汗部队成功地消除了沙希科特山谷大部分基地组织和塔利班恐怖分子。
当时的报道指出:“军用CH-47直升机正在阿富汗山区深处使用,在高空运送部队、设备和用品方面,没有其它军用飞机能够承受它那样的重载”。
2003年11月7日,由美国领导的盟军在努里斯坦省和阿富汗的库纳尔省发起了“山区解决行动”。它涉及到由美军在第十山区的军事行动,这次行动再次验证了“支奴干”的独特优势。
复杂的山区地形,给飞行员的操作和着陆带来了一定的困难。顶峰着陆技术看起来的确非常困难,不过前海军CH-46“海骑士”飞行员查克说这不是最困难的事情,特别是如果有优秀的机务人员在飞机尾端发出良好的指令。而另外一名海军飞行员则说他不经常做这种操作,所以仍然觉得头痛。不过这也从另一个角度看出了“支奴干”直升机设计的特点之一。
有时候也有意外发生。在2003年的某个时候,一架CH-47D接近一处山峰边缘时,飞行员把后起落架放下之后,原本想使飞机稳定下来,然而地面出现了坍塌。飞机的后轮沿斜坡滑下,后转子系统与地面接触,后起落架脱落,飞机起火烧毁,不过无人死亡。
较高的海拔高度是阿富汗地区对于直升机的另一个挑战,直升机在这样的高空飞行的最大问题是失去功率。许多直升机由于过高的海拔不能起飞。即使CH-47飞行员也要非常小心这种问题,直升机的性能表现在高海拔地区要比正常使用低得多。按设计规范,CH-47可以在3000米海拔地带上正常使用,不过美军飞行员发现,实际上这个数值可再高一点。有的飞行员更愿意保险一点行事。
基斯军士回忆自己2006年8月27日在CH-47直升机上执行的一次任务时说,有几次飞行中,当从窗外望出去的时候,只能看到山的边缘。直升机不得不选择从山口穿过,因为两边的山太高,不能飞跃。巴格兰山海拔1500米,加兹尼山海拔2160米,而周围山脉更比之高几百米。如果直升机试图飞跃周围山脉,由于空气太稀薄,发动机将不能提供足够的动力。
除了对山区地形极强的适应力,“支奴干”直升机较快的飞行速度和较大的运载量,也决定了它成为后勤补给的首选。第524后勤工作队于2004年10月9日收到阿富汗东部一个基地的求助,那里的单位遇到了麻烦,需要更多的弹药补给。此时速度是至关重要的,而“支奴干”是最快的选择。两名第524后勤工作队的士兵将弹药挂在CH-47直升机上,将3.6吨弹药交付基地。
“支奴干”直升机强大的运输能力在阿富汗战场上发挥得淋漓尽致。不论是弹药火力补给,还是人员物资输送,甚至是重型军事装备、步兵战车等都能通过“支奴干”直升机搭载运送。
在这期间,驻阿富汗美军还参与了2005年10月8日巴基斯坦控制的克什米尔地区发生的地震救援工作。最初美军部署了五架CH-47“支奴干”直升机和三架UH-60“黑鹰”直升机参与救援。同时承诺再派出21架CH-47“支奴干”直升机参与救援。10月10日至10月12日,美军执行了约150次飞行任务,运送250人和20.4吨的物资和设备,从侧面也体现了“支奴干”直升机巨大的运力。
“支奴干”直升机在阿富汗也有损失。2011年5月,一架澳大利亚军队CH-47D在扎布尔省的一次补给任务中坠毁,造成一人死亡。直升机无法恢复并被摧毁。
同年,2011年8月6日,一架“支奴干”在喀布尔附近坠毁,造成38人死亡,其中包含25名美国特种作战人员,5名美国陆军国民警卫队和陆军后备队员,7名阿富汗突击队员和1名阿富汗口译员以及一只美国军事工作犬。这被认为是在整个“持续自由运动”期间,美军最为严重的一次损失。飞机中没有黑匣子,按照军方官员的说法,该机可能是进行夜袭时为了协助地面部队的行动,被塔利班武装的火箭弹击中最后坠毁。
这次的意外也让人们反思,设计和使用了近半个世纪的支奴干直升机是否能够应对越发复杂的战场环境。
除了美国,其他航空强国也考虑过研制纵列双旋翼直升机。例如1952年英国布里斯托飞机公司成功试飞了布里斯托173纵列式直升机,随后又研制了布里斯托192直升机。但因为技术、经济实力上的种种原因。这些努力最后都没有修成正果。
苏联在20世纪50年代曾研制出一款纵列双旋翼直升机——由雅科夫列夫飞机设计局设计制造的雅克-24。这源于苏联当时发布的一项直升机设计规范,要求设计能够运送约24名乘客的直升机。而在此之前苏联并没有任何设计此类型直升机的经验。
雅克-24的整体布局和CH-47非常类似,但旋翼更大,达到了24米,并且在机体的尾部装有一对尾翼。雅克-24装有两台1268千瓦的ASh-82V星形发动机。在1955年第一次与公众见面时,它就创造了两项世界记录:载重2吨飞行高度5082米,载重4吨飞高2902米。它可以运载30名空降兵,18副担架或3000千克的货物。
雅克-24虽然定型投产,但是它的设计上存在很大缺陷:两个旋翼过于庞大又彼此靠近,这容易造成机身震动和摇摆。而米里设计局研制的米-6重型运输直升机彻底终结了雅克夫列夫设计局的希望。米-6直升机创造过14项国际航空协会承认的E1级纪录,其中包括起重20117千克载荷的纪录。在后来20多年的时间里,米-6一直保持着世界载重量最大的直升机纪录,直到同样由米里设计局设计的新一代米-26超重型直升机打破为止。
米-6和米-26直升机不光有耀眼的数据,在军用和民用领域也非常活跃。米里设计局的直升机长期优异的表现不断地强化着苏联对单旋翼直升机的信心,因此,苏联在雅克-24之后就再也没有大规模研制过纵列双旋翼直升机。
雅克-24产量只有几十架,目前幸存的雅克-24存放在莫斯科外莫尼诺的中央空军博物馆。
首先来看CH-54的技术特点。它采用单旋翼加尾部旋翼的设计,配备两台普拉特·惠特尼公司的JFTD-12涡轴发动机,主旋翼直径比“支奴干”更大。
CH-54的机身结构非常富有特色,好像是传统直升机的机身腹部被挖去一大块,只保留驾驶舱、梁式机身以及三点式可伸缩起落架。驾驶舱中除了有两个向前的座椅,还安装了一个向后的座椅用于观察直升机吊装货物时的情况,此外还能容纳两名机械师以应对故障的发生。为了满足任务的需要,驾驶舱的后部设有用于观察的窗口。
CH-54在梁式机身下安装有一个9072千克吊运能力的大型绞车和4个吊运能力2268千克的小型绞车,既可以吊运装有人员和货物的模块化荚舱,也可以单独调运大型设备。此外CH-54还可以完成火力投送。它在越南战争中最著名的任务就是投掷重达6810千克的BLU-82“滚地球”燃料空气炸弹,以在丛林中开辟直升机着陆场。在民用领域,CH-54也可以在空中进行灭火作业。
但是,CH-54模块化荚舱在战场上的部署很不方便,降低了物资和人员运送的效率,明显弊大于利。而CH-47既可以当作起重机又可以当作运输机使用,并且在航程和机动性上大大胜过CH-54,这与美国陆军的需求不谋而合。最终CH-54于1995年在美军中全部退役。但它在民用领域依然活跃至今。
实际上美国陆军曾经想过将两者优点融合起来,研制一种新的型号。参与招标的正是分别研制CH-54和CH-47的西科斯基公司和波音公司。最终在1973年,波音公司的纵列双旋翼直升机XCH-62获胜,但是由于研制困难而在1974年下马。
到目前为止,美军和主要航空企业都没有发布新的纵列双旋翼直升机方案,因此,在CH-47基础上继续改进,将是纵列式双旋翼直升机未来发展的主要趋势。另一方面,新兴航空国家表现出了研制纵列双旋翼直升机的意愿,为这个研究方向增添了新的活力。军用,民用领域的需求将会成为纵列双旋翼发展的重要推动力,推动该型机向货运型和重型起重直升机方向发展是一个方向。
近年来随着材料、能源、计算机技术、自动化与控制等领域的发展,直升机技术取得了许多突破。其中以桨叶、桨毂新技术、稳定控制技术、直升机总体设计的新技术应用为主,纵列双旋翼直升机的发展必然也会从中受益。
纵列式双旋翼直升机的旋翼系统由桨叶和桨毂组成。桨叶作为产生升力的主要部件对材料的比强度和比刚度要求很高。新材料的应用为桨叶气动外形和旋翼动力学特性优化提供了基础,提升了旋翼桨叶在交变载荷工作状态下的使用寿命。
近年对直升机旋翼桨叶外型的研究越来越多,通过优化桨叶形状,可以有效减小飞行时旋翼产生的噪音,并提升直升机操纵性能。桨毂作为旋翼系统重要组成部件一直是工程师们的主要研究对象。传统的铰接式桨毂存在结构复杂,疲劳寿命低等缺点。采用橡胶轴承的桨毂虽然起到了部分优化效果但是并未从根本上解决这些缺点。
没有水平铰、垂直铰和轴向铰的无轴承桨毂现已经成为研究热点。这种桨毂通过复合材料柔性梁实现旋翼的挥舞、摆振和变距,无轴承桨毂结构简单,成本低,操纵效率高,是未来新型直升机的重要标志。
直升机的振动问题一直是制约直升机发展的一个瓶颈。纵列式双旋翼直升机的未来发展必然以振动控制为主要突破口。直升机旋翼是产生振动的主要部件,通过采用新型复合材料、优化旋翼系统等方法可以有效减少旋翼振动带来的危害。
根据当今技术发展情况,短时间内不可能完全消除直升机的震动源。许多科研机构和航空公司将研究的重点放在了隔振、吸振、阻尼减震和结构修改上面。同时,通过结合主动控制技术和直升机减振结合,主动抑制机身对旋翼传递过来的振动的响应,实现主动减振。
随着计算机电子技术的发展,航电设备向着可视化、智能化和微型化方向发展,直升机操纵逐步采用人工智能结合手动操纵代替原始的以驾驶员手动操纵为主的操纵形式。而人工智能的航空电子设备也可降低驾驶员的工作强度,提升飞行控制的效率和安全性。
航空电子设备架构也由独立功能设备向综合化、模块化方向发展,通过对传感器的信道资源进行模块化设计,高度综合导航系统、显示系统、飞控系统、气象雷达和管理系统等。通过采用新型电子设备,实现了地面站和直升机平台实时互动,例如现在诸多先进直升机采用的直升机健康与使用监控系统是集航空电子设备、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统。
这种系统通过传感器动态监控直升机各部件工作情况,实时传输给地面站,进行故障评估和应急措施反馈给直升机,提高了直升机可靠性与安全性。传统电传操纵系统易受雷电和电磁干扰影响,并且随着电子设备日益增多,电缆线路复杂,设备和线路互相干扰效果加强,系统难以正常工作,通过以光导纤维作为传输媒介,以光替代电作为传输载体,提升各系统操纵速度和效率,增强直升机抗电磁及核辐射干扰能力。
智能结构设计,通过在机身、机翼和尾翼等部件嵌入传感器和微电子部件,实时检测直升机各部件工作情况,根据驾驶员或指令通过结构内微电子元件对部件参数进行调整,提升直升机性能。通过开发利用材料完整的本构关系,设计新型自适应结构,提升材料应用收益。利用计算机仿真技术,通过计算机建模或者将直升机参数直接输入计算机,模拟直升机在复杂环境下的各种性能,结合CFD仿真结果,进行气动、结构一体化综合分析,可对直升机进行优化设计。
先进复合材料凭借比强度、比刚度高,设计性强,抗疲劳等优点,在直升机设计中的应用越来越多。这些材料的应用有助于实现结构/功能一体化,提升直升机性能。同样,直升机设计新技术的使用也更方便产生人机交互更友好的平台,这对于工作条件苛刻的运输直升机来说是相当重要的。
纵列式布局未来的发展不仅需要不断应用新的技术,对直升机中一直存在的难点问题进行进一步探索也同样重要。纵列式直升机载重大、结构复杂、重心变动范围也大,这些特点会不断对未来的机体结构设计技术以及相关材料提出更高的要求。双旋翼的相互重叠使得两副旋翼会存在相互干扰,整机的流场会十分复杂,这需要对复杂流场的计算或实验,给出更好的设计参数。
另外,新型纵列式直升机复杂的流场还给还气动布局设计带来了新的挑战,双旋翼的水平和垂直间距、旋翼塔的外形、尾舱门的外形等等,这些都需要未来进行不断的研究才能获取更多认识。
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