CH-53种马王朝

源济

CH-53种马王朝（一）——从起重直升机说开去

原创： Armstrong 空军之翼  2018-07-06

　　西科斯基公司是美国重型直升机研制的先驱，早在20世纪50年代研制了S-56/CH-37“莫哈维”，但该机由于采用两台双活塞发动机而无法实现供足够的功率重量比，在性能上留下了缺憾。

外形喜感的CH-37“莫哈维”

　　随着直升机涡轴发动机的发展，困扰重型直升机发展的发动机功率不足问题得到了解决。西科斯基公司先是研制出了S-64“空中吊车”/CH-54“塔赫”起重直升机，获得成功后又再接再厉发展出更为成功的S-65/CH-53“海种马”重型直升机，然后又是S-80/CH-53E“超级种马”和CH-53K“种马王”，一步一个脚印开创了自己的重型直升机王朝。

CH-54“塔赫”起重直升机

CH-53E“超级种马”

空中吊车

　　1958年5月，西科斯基开始研制一种实验性起重直升机，该机是S-56/CH-37“莫哈维”重型直升机的派生型，内部编号S-60。S-60是一种新概念起重直升机，完全放弃内部载货的能力，取消机舱改为在机身纵梁下方悬吊货物。该机沿用了S-56的旋翼系统和两台普惠R-2800“双黄蜂”星形活塞发动机，看起来就像是被切掉后机身的S-56。机组都坐在头部的驾驶舱中，副驾驶的座椅可以旋转到面向后方，让他对悬吊货物进行监控并控制绞车的升降。S-60配备了一套自动稳定系统，可以侧杆控制器进行精确悬停。

外形奇特的S-60验证机

　　S-60在1959年3月25日首飞，该机仅被西科斯基公司作为起重直升机的为概念验证机，因为公司认为生产直升机必须使用涡轴发动机才能实现实用化的起重能力。西科斯基公司创始人伊戈尔·西科斯基对未来的涡轴动力起重直升机进行了大胆设计，该机除了能在机身下方吊挂重型货物外，还可以安装上专用模块化吊舱，如野战医院或雷达站吊舱，变身为特种用途直升机。

　　为了展示S-60的奇特起重能力和飞行稳定性，西科斯基公司专门制造了一个开放的载人平台，西科斯基和两名高级工程师坐上平台随机飞行。两名工程师在飞行中非常紧张，紧紧抓住安全带不敢动弹，而当时已70高龄的西科斯基在平台上漫步，并随手检查了钢缆的张紧状况，就好像在地面一样，充分表现出对自己产品的自信。

载人平台测试

西科斯基和其他三名“志愿者”

　　西科斯基在1960年期间向美国陆军和美国海军展示了S-60验证机。军方早在20世纪50年代初就对起重直升机产生了兴趣，但限于当时的发动机技术，一直无法装备实用化的起重直升机。美国海军对S-60演示的拖曳扫雷载具颇感兴趣，并对该机的岸舰货物转运演示欣赏不已。S-60验证机在1961年4月3日的飞行中坠毁，幸好机组人员都幸免于难，没有受严重伤害。该机残骸被完整保存下来，目前正由斯特拉特福的康涅狄格航空航天中心重建。

　　鉴于美国海军对起重直升机表现出的浓厚兴趣，西科斯基公司开始研制生产型。他们遇到的第一个问题是缺乏合适的涡轴发动机，当时美国符合西科斯基要求的发动机只有两种，一种是通用电气公司的T64涡轴发动机，另一种是普惠公司的JT12涡喷发动机，但这两种发动机都需要大规模改造才能满足西科斯基的要求。

T64涡轴发动机

　　T64的问题在于它是一种动力涡轮输出轴在前的涡轴发动机，而西科斯基需要一种输出轴向后的发动机，在没有得到足够数量订单保证的情况下，通用电气公司不肯冒险为西科斯基单独发展T64向后输出重大改型。而JT12的问题是需要进行大量的设计修改才能使它从涡喷变成涡轴，不过西科斯基公司和普惠公司都是联合飞机（UA）工业集团成员，自己人好说话，在联合飞机经理人的协调之下，普惠开始研制基于JT12核心机的涡轴发动机。

JFTD12-4A涡轴发动机，其军用涡轴编号是T73

　　在S-60坠毁时，西科斯基公司已经开始制造涡轴动力的S-64“空中吊车”原型机。但来自美国军方的支持不如预期，该机反而引起了西德政府的兴趣，决定购买前三架原型机中的两架用于评估，西科斯基公司保留了第三架原型机用于研发测试。

西科斯基手持S-64的模型

　　S-64原型机布局与S-60类似，但里里外外都是全新设计。驾驶舱机组包括飞行员、副驾驶员和面向后的起重机操作员/助理飞行员，并有两张乘客折叠座椅。该机安装了两台JFTD-12A涡轴发动机，单台功率3020千瓦（4050轴马力），驱动六叶主旋翼系统以及四叶尾桨。前三点式起落架都是单轮形式，尾梁末端下方有个缓冲滑撬。

　　S-64在1962年5月9日进行了首飞，德国人在进行评估之后没有下达订单。美国陆军却对该机产生了兴趣，在1963年6月订购了6架S-64A用于评估，编号YCH-54A“塔赫”。塔赫是十九世纪初俄亥俄州印第安怀安多特族的一名酋长，被白人定居者们称为“酋长起重机”。S-64A生产型总体上与原型机类似，只是换装普惠T73-P-1生产型涡轴发动机（即JFTD-12A的军用编号），单台功率增加到3360千瓦（4500轴马力）。

美国陆军的CH-54A“塔赫”测试机，其中一架安装有整体人员吊舱

简直是万能的S-64

　　评估进行得很顺利，美国陆军先是订购了54架CH-54A生产型，接下来又订购了37架CH-54B，该机换装T73-P-700发动机，单台功率增加到3580千瓦（4800轴马力），主起落架改为双轮结构，并加强了机身结构，能起吊更重货物。有趣的是CH-54B实际上是在美国海军的资助下研制的，计划用于向海上潜艇补给“北极星”弹道导弹，但由于该机没有达到载重目标，所以美国海军没有购买。为美国陆军制造的最后一架S-64在1972年交付。

　　1965年，美国陆军把4架YC-54A部署到了越南战场进行实战评估，随后向越南大规模部署“塔赫”。这种直升机在运输重型装备上充分发挥了用武之地，还特别擅长于回收被击落飞机。“塔赫”甚至投掷过巨型炸弹在越南丛林中清出直升机降落场，这种任务被称为“突击队撑杆跳”，一般由C-130“大力神”运输机投弹，“塔赫”偶尔客串。

CH-54A在越南执行的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，在丛林中开辟直升机着陆场

　　但是“塔赫”昂贵的制造成本阻碍了军方进一步采购该机，CH-54的价格是贝尔UH-1“休伊”的7倍。而且西科斯基的模块化吊舱概念在实战中被证明缺乏灵活性，军方想要一种能同时作为空中吊车和运输直升机的重型直升机，而不是必须安装上特殊运输模块吊舱才能在内部装货的玩意。

安装人员运输吊舱的CH-54A

　　虽然CH-54的战损率较低，在八年作战中仅有一架被击落，却有八架因事故损失。CH-54的发动机在炎热而干燥的天气中会因吸入沙尘导致故障，于是西科斯基公司在1967年研制了一种笼式进气口颗粒分离装置，全名发动机空气粒子分离器（EAPS），通过细小的螺旋型进气管道依靠惯性把大部分沙尘沙从空气中分离出来。CH-54可在外场加装EAPS。

用于分离固体颗粒的螺旋管道

CH-54发动机空气粒子分离器（EAPS）上的进气螺旋管道

EAPS被安装在发动机进气口之前

　　从越南战场撤出后，“塔赫”在陆军国民警卫队中一直服役到20世纪90年代初。该机不仅参加军事演习，还挂上一个大水桶帮助森林消防。最后，CH-54被波音CH-47C“支奴干”取代，陆军国警队机组令人遗憾地发现该机的可靠性不如“塔赫”。

　　西科斯基公司在20世纪70年代曾设想了S-64的后继型S-64B“超级空中吊车”，该机将安装三台发动机和增高的机身纵梁。当时不对称的三发布局是一个有趣的想法，最后被应用在S-80“海种马”上。

S-64B想象图

　　1968年，西科斯基公司向民用市场推出了相当于CH-54A的S-64E，并销售出大约十架，用于石油钻井、建筑、伐木和森林消防作业。目前“空中吊车”仍服役在消防和林业领域，其主要运营商是美国俄勒冈州的埃里克森空中吊车公司，共拥有17架这种直升机。

S-64E消防直升机

　　埃里克森公司早在上世纪70年代就在建筑领域开始使用“空中吊车”，随后开始越来越多地关注这种直升机本身。公司在1992年从西科斯基手中获得了S-64的制造权，开始在全球范围内销售翻新机。该公司把从军方退役的CH-54A翻新成S-64E，把CH-54B翻新成S-64F，并命名为“飞行吊车”。埃里克森公司的翻新努力卓有成效，不仅能提供全新制造的零件和消防套件，还为“飞行吊车”研制了现代化的自动飞行控制系统（AFCS），提供精确的飞行控制，这套系统在起重操作中非常有用，特别是紧急情况下。

正在进行起重作秀的S-64F

　　埃里克森公司在销售这些直升机时一直在淡化翻新机的事实，这无可厚非，因为这些直升机的确是以崭新的状态面对客户的。该公司已经开始着手研究更新的S-64X，拥有现代化驾驶舱、自检系统、复合材料主旋翼叶片、全新尾桨，甚至全新的发动机。公司还准备根据消防和紧急救灾反应机构的反馈，准备为该机研制人员运输模块吊舱。

这才是真正的起重作业

源济

CH-53种马王朝（二）——初代种马和三发种马

原创： Armstrong 空军之翼  2018-07-09

初代种马

　　尽管S-64的销售不如预期，但西科斯基仍对该机的设计抱有信心，希望能利用其基本技术来制造一架更为成功的直升机。

　　1960年，美国海军陆战队开始寻求老旧S-56直升机的后继机，一开始想跟着美国海军参加由空军-陆军-海军联合发起的“三军垂直起降运输机”项目，该项目最终导致了沃特-席勒-瑞安XC-142A倾转旋翼机的出现。“最终”这个词在这里比较重要，因为随着设计变得越来越复杂，项目不可避免地遭到拖延，使海军陆战队无法预定间表获得生产型飞机，于是干脆退出项目。事实证明了陆战队的明智，因为XC-142A虽然是一种非常具有创新性的飞行器，但始终未能投产。

XC-142A倾转旋翼机

　　1962年3月，美国海军武器局代表海军陆战队颁布的试验性重型直升机（HH（X））招标，规定该机在运输3630千克货物以278公里/小时的速度飞行时的作战半径是185公里。HH（X）将用于执行突击运输、飞机回收、人员运输和医疗后撤等任务，突击运输时主要运送重型装备而不是部队。

　　多家直升机巨头参加了竞标，波音伏托尔提交了“支奴干”的改型，卡曼提交了英国费尔雷“罗托达因”复合直升机，西科斯基提交了S-61的放大型，具有两台通用电气T64涡轴发动机和S-64的传动系统，内部代号S-65。英国政府不再支持“罗托达因”项目后，卡曼退出了战局，波音伏托尔和西科斯基之间展开激烈竞争。由于“支奴干”已经被美国陆军采用，是一种成熟机型，所以波音伏托尔略占优势。但西科斯基压上了一切赌注，最终在1962年7月获得了研制合同。

S-65早期模型

　　海军陆战队一开始想购买四架原型机，但苦于资金不够。西科斯基为了保住项目，降低了对研发成本的预估，并表示该项目可以只用两架原型机来完成。陆战队欣然同意，在1962年9月授予西科斯基予两架YCH-53A原型机的研制合同，总价格稍低于1000万美元，其中还包括一架模型和一个地面测试机身。

　　由于资源短缺以及分包商和政府的各种不足，项目发展并非一帆风顺，问题都被西科斯基逐一解决，但他们面对的最大问题——美国国防部长麦克纳马拉却不是那么好对付的。麦克纳马拉正在推动武装部队之间的“通用性”，强行要求海军陆战队员采购“支奴干”，好在最后陆战队说服麦克纳马拉“支奴干”无法满足陆战队的要求，需要实施许多昂贵的设计修改。

　　在克服所有障碍后，第一架YCH-53A于1964年10月14日在康涅狄格州斯特拉特福的西科斯基工厂进行了首飞，落后于计划大约四个月，9月海军陆战队已经下达了16架直升机的初始生产合同。试飞比比预期得更顺利，帮助追回了失去的研发时间，CH-53A“海种马”在1965年9月进入陆战队服役。海军陆战队是如此急于获得CH-53A，在该机完成试飞前就让其服役了。西科斯基共制造了141架CH-53A，其中包括两架原型机。

1964年10月10日，第一架YCH-53A首飞

　　CH-53A沿用了S-61R/“快乐的绿巨人”系列直升机的机身设计，驾驶舱后的机身两侧各有一个乘客舱门，动力收放尾舱门可放下作为装货坡道，后机身两侧有大型浮筒兼短翼。该机采用前三点式可收放起落架，所有起落架都是双轮结构，主起落架收入机身浮筒。CH-53A的机身是水密的，但该机并不是一种水陆两栖直升机，只能在紧急情况下降落在水面。CH-53A的油箱位于短翼内，底部油箱自密封以防止遭防空火力射击后起火。需要时机身内最多还能安装5个1313升转场副油箱。

组装中的第一架CH-53A

　　 CH-53A采用六叶主旋翼和四叶尾桨。为了节约登陆舰上的空间，尾梁和旋翼都可折叠，所有舰载型“海种马”的旋翼可以自动折叠。

CH-53A的旋翼头

　　CH-53A最初在前机身顶部两侧各安装一台通用电气T64-GE-6涡轴发动机，单台功率2125千瓦（2850轴马力）。后来升级为2300千瓦（3080轴马力）的T64-GE-1，随后是2600千瓦（3485轴马力）的T64-GE-16。该机采用机械式飞控系统，具有两套独立的液压伺服系统和一套自动飞行控制系统（AFCS）。生产型直升机安装了EAPS进气口过滤器，并在机身两侧舱门处安装了M60 7.62毫米机枪的支架，机身增加了205千克装甲以保护机组和重要机械系统。

CH-53A的减速器

生产型直升机上的EAPS进气过滤装置

　　CH-53A的机组编制4人，包括飞行员、副驾驶、装卸长和随机观察员。该机的内部货舱长9.12米、高2.29米、宽1.98米，地板配备滚筒系统。货舱可容纳38名士兵、或24名医护人员和担架，装货时的最大载重量3630千克，机腹单点挂钩的外部吊挂重量5900千克。CH-53A在当时是一种性能非常突出的重型直升机，打破了几项性能记录，甚至能够完成斤斗和滚转机动。

在做斤斗的CH-53A

　　CH-53A在1967年1月抵达越南，开始发挥重要作用，该机最终回收的飞机甚至比CH-54还多，回收飞机的价值甚至超过了海军陆战队在S-65项目上的投资。与S-64相比，S-65才是军方真正想要的重型直升机。

越南战场上的CH-53A

源济

CH-53种马王朝（三）——种马王驾临

原创： Armstrong 空军之翼  2018-07-10

　　大，因为它是一架CH-53，所以当然很大。和前辈CH-53E“超级种马”一样，CH-53K一经问世便成为美军最大最重的直升机。

YCH-53K原型机

　　西科斯基公司的CH-53K“种马王”是第三代“种马”重型直升机，该系列直升机已经在美国海军陆战队中服役超过50年。“种马王”将取代CH-53E“超级种马”，该机在航程、有效载荷、性能、货物处理、维修周转时间和生存能力方面都有重大改进。

　　CH-53K安装三台通用电气的T408涡轴发动机，单台发动机功率约为7500马力（CH-53E的发动机功率单台是约4500马力），使K型的飞行性能大大增强。尽管保持相同的外部尺寸，但CH-53K的外部吊挂重量比E型增加了20%，在高温高原条件下甚至是E型的三倍。

　　与CH-53E相比，CH-53K采用的先进技术将能大大降低生命周期成本，同时提高可靠性、可维护性和互操作性，该机服役后将成为陆战队远征任务的主力旋翼机。和其前任一样，CH-53K将担负起运输装甲车辆、装备和人员的任务，以支援从海向陆的“分布式作战”理念。

光CH-53K的尾桨就能产生与S-76主旋翼相同的升力

种马王诞生

　　美国海军陆战队一直计划升级大部分CH-53E，以延长该机的服役寿命。2000年陆战队启动了重型运输直升机替换（HLR）计划，旨在对CH-53E实施重大升级，但项目因缺乏预算而停滞不前。西科斯基乘虚而入，向陆战队提出了更具成本效益且性能大幅提高的CH-53X全新改型，比CH-53E大改更具诱惑力。

CH-53X早期概念图

　　2003年9月，陆战队对现有7种重型直升机和四种替代CH-53E的设计进行了评估，最后确定只有CH-53的改进型号才能满足自己在性能、生存能力、操作和支持成本、以及服役时间上的要求。评估还显示，制造全新直升机比升级老直升机更具成本效益。

　　实际上，陆战队H-1和美国陆军CH-47项目都显示对老直升机进行翻新升级的成本几乎相当于制造全新的直升机，此外用于升级的老直升机需要从作战部队抽调，这将直接影响作战能力。最终，陆战队在2004年3月宣布将购买156架全新的CH-53X重型直升机。很快该机订购数量就增加到200架，陆战队计划使用CH-53X来取代全部CH-53E。

CH-53X的外形尺寸

CH-53K与CH-53E的尺寸对比

　　西科斯基公司在当年12月23日收到价值3400万美元的初始合同后，就开始了新直升机正式的研究、开发、测试和评估（RDT＆E）工作。来年8月，西科斯基又收到了价值4330万美元的后续合同继续进行新直升机需求定义、工程权衡研究和降低风险工作。

　　该项目于2005年12月22日进入系统开发和验证（SDD）阶段，西科斯基在2006年1月3日获得了840万美元的临时SDD合同。两天后，美国海军航空系统司令部（NAVAIR）宣布西科斯基这种内部编号为S-95的直升机获得了CH-53K的正式军用编号。

发动机

　　2006年4月5日西科斯基获得一份价值30.4亿美元的SDD合同，用于生产五架原型直升机，包括一架地面试验机身（GTV）和四架飞行工程开发原型机（EDM），此外还有静态和疲劳试验机身。当时，系统集成和RDT＆E预计将持续到2015年，研发成本高达44亿美元。

　　西科斯基在2006年12月宣布选择通用电气GE38-1B涡轴发动机作为CH-53K的动力装置。这种涡轴发动机是CFE738商用涡扇发动机和T407涡桨发动机的衍生产品，最初是为已被取消的洛克希德P-7A海上巡逻机研制的。随后GE38-1B获得了T408-GE-400的军用编号，该发动机配备了双通道全权数字电子控制（FADEC）系统，并具有先进的健康监测功能。

GE38-1B涡轴发动机

洛克希德P-7巡逻机想象图，被波音P-8A击败

　　由于项目优先级的不断变化，研制进展缓慢，CH-53K项目分别在2008年9月和2010年7月通过了初步和关键设计评审（PDR和CDR）。

　　虽然CH-53K原本计划在2011年首飞，但SDD时间表在2011年8月进行了调整，首飞被推迟到2013年，形成初始作战能力（IOC）从2015年推迟带2018年。后来这两个时间节点又被分别推迟到2014年和2019年。

　　GTV和EDM原型机分别于2011年7月和12月开始总装，前者于2012年12月4日交付位于佛罗里达州朱庇特的西科斯基研发试飞中心。地面测试从2013年12月开始，2014年1月24日GTV的发动机启动，旋翼头首次转动起来。

2014年1月24日，地面测试机首次启动发动机，4月17日，安装了叶片的旋翼头首次旋转起来

　　2013年5月，西科斯基收到一份价值4.335亿美元的SDD修订合同，生产4架个生产型代表系统验证测试（SDTA）CH-53K。

设计

　　虽然CH-53K延续了CH-53E“超级种马”的经典布局，但S-95是对S-80的彻底重新设计，主要改进方面在于新的发动机、驾驶舱布局和主要由复合材料制成的机身。该机安装三台GE38-1B涡轴发动机，单台功率5595千瓦（7500轴马力），新发动机导致对直升机进气和排气系统的重新设计。与CH-53E的T64发动机相比，新发动机零件减少63%，功率增加了57%，油耗却降低了约18%。

CH-53K全新设计的发动机舱

　　CH-53K还具有全新的弹性轴承系统和复合材料旋翼叶片，主旋翼头设计设计基于西科斯基的S-92民用直升机，其扭矩分流减速器设计来自RAH-66“科曼奇”。24.08米直径的主旋翼和6.1米直径的尾桨在尺寸上与CH-53E相同，但桨叶弦长增加，提供了更大的桨叶面积，这可以转换为额外升力。