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起重型直升机的开山之作,西科斯基S-60:去掉机身更高效
2019-10-02           作者: 旋翼飞行器
起重型直升机的开山之作,西科斯基S-60:去掉机身更高效

 

伊格尔·西科斯基的“起重机”梦

1955年,伊格尔·西科斯基先生首次公开谈到他希望打造一种“起重机”型式的直升机,相比于常规直升机的“内部运载”方式,该型直升机将主要通过“外部运载”来实现货物的运输。在这种“外部运载”理念的驱使下,该机创造性地在原本该是机身的地方“开了个大口子”。西科斯基先生的想法很“直观”,他意识到:如果在头部座舱中的操作员面朝着机身的方向,就能透过玻璃门无死角地观察到货物的实时位置和状态,那么他就能够精确地操纵货物的吊运和卸载工作,大大提升直升机的运输效率和性能。除此之外,有效载荷的尺寸也将不再受到机舱大小的限制;而一架没有机身的直升机,其生产、运作和维护成本显然也将更低。

起重型直升机的开山之作,西科斯基S-60:去掉机身更高效

 

▲S-60 起重直升机的原型机

1958年1月份,美国联合飞行器(United Aircraft)的内部杂志《蜂巢》(Bee-Hive)刊登了一篇名为“Tomorrow's Flying Cranes”(明日之飞行起重机)的文章,作者为弗兰克·J·德莱尔。这篇文章所介绍的主要是西科斯基当时的运输直升机S-58[2]所取得出色成果——该型直升机在不到两天的时间内,在一些异常陡峭、人类几乎无法到达的险峻山区安装了63根电线杆——这在当时实在是一项值得“吹嘘”的了不起的成就,因为如果采用传统的方法,那么工人们至少得花费65天来完成这项工作;除此之外,这篇文章还提到了一些其他例子,当然,无一例外都是在夸奖该机的出色能力。当然,这些还都只是这篇文章的铺垫,该文的重点是借此宣告:西科斯基公司正在打造一种新型的没有机身的运输型直升机,S-58取得的成就都与该型直升机息息相关。

关键优势——为什么我们需要这种奇怪的造型?

在西科斯基的构想中,他所倡议的新型起重直升机将会有三个关键的优势,按照他心目中由重到轻的排序就是:

① 操作员的视野不会受到任何障碍物的阻滞,他能够轻松地观察到整个装卸货物的操作过程,这一点对直升机布局设计提出的要求就是座舱后部必须是大面积的玻璃设计,操作员的座位也应该朝向后方,与飞行员座位方向恰好相反;

②新构型的运输直升机不仅能够在悬停的时候吊挂货物,其停靠在地面的时候,也能够将诸如卡车、坦克等物体或者柱子、木材、管道等长条状物体固定在特殊的机身上;

③相比现有的装备了货舱的同等吨位的直升机,有效载荷要更大,生产、运作和维护成本要更低。

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▲S-60作业的概念构想图

上面展示的三张概念图是由西科斯基的儿子谢尔盖·西科斯基在1957年与他的父亲就“空中起重机”的概念进行了长时间的探讨之后绘制的,他们展示了西科斯基心目中一架理想的起重直升机该有的样子。谢尔盖则将其称为“先进的S-60起重机”。该机直接把S-56“莫哈韦”[1]大型运输直升机的动力传动系统部件和R-2800发动机拿来用,机身配置也和S-56很像,但是在概念构想中,西科斯基先生把起落架设计成了前三点轮式起落架,以便于货物的装卸。

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▲空中起重机的概念模型——摄于1957年

在1956年的时候,西科斯基先生首先在S-56的动力传动系统部件基础上搭建了一个框架结构的“空中起重机”全尺寸模型,以此来评估这样一种直升机的可行性和运载能力。

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▲不同座舱布局的模型验证

座舱座椅的布局也是该模型搭建的一个重点,西科斯基先生评估了多种飞行员和操作员座椅同向/反向/可旋转的方案。在上述的照片中,西科斯基公司当时的高级设计主任埃德·卡森伯格和高级概念组组长乔治·霍华德对构想中的多种方案进行了尝试。

研制与测试——身体力行的西科斯基先生

在完成概念方案设计之后,西科斯基先生向当时的总公司——也就是联合飞机公司——的管理部门提交了方案设计报告,总部在对方案进行评估之后,批准西科斯基公司制造一架试验性质的原型机,并提供了制造该机所需的初始资金,希望等到原型机造出来之后再对该方案的潜力进行更细节的评估。由此,该机的正式设计工作于1958年5月1日启动,制造工作则于1959年3月18日完成,其首次试飞则是在一周之后,也就是3月25日完成。

这架原型机的进度之所以这么迅速是因为它采用了很多现成的部件,比如说,其动力传动系统和旋翼系统——来自美国海军当时在役的S-56“莫哈韦”直升机——都是直接从美国海军航空局借来的。

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▲西科斯基的S-56(在美国陆军中的型号是H-37)

在完成首飞十天之后,该机在布拉格堡进行了飞行表演,吸引了多方关注。接下来的三个月,S-60频繁出镜,向联合飞机公司的股东、媒体、德国军事小组进行了展示 ,并在弗吉尼亚州匡迪克的美国海军陆战队航空站、华盛顿特区的AAAA会议、美国海军研究生院以及康涅狄格州斯特拉特福的美国直升机学会会议上进行了表演。

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▲S-60“带人飞行”测试

到7月份,S-60的特性基本已经被摸清楚,西科斯基决定在飞行表演中加入“运人”展示。在最初的一次测试中,西科斯基先生邀请另外三个人(事实上这三名老兄是被迫的,他们分别是西科斯基项目工程师罗德·史密斯、项目经理埃切夫利亚和工程副总负责人韦斯特)和他一起坐在一个被S-60吊起的平台上,当然每个人都有一副安全带来保证安全。然而在飞行中,大胆的西科斯基先生解开了安全带,走到了平板边缘朝外看,其他人都被西科斯基先生的举动惊到了,一动没敢动,而飞行员杰克·彼得森和吉姆·凯也注意到了这一情况,他们在惊讶过后,保持尽可能冷静的飞行,整个过程相当顺利,走动的西科斯基几乎没有对平板的稳定性带来任何影响。

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▲西科斯基和三名“志愿者”坐在平板上

在完成首次“运人”测试之后,西科斯基公司开始对S-60进行更大范围的货物运输技术测试,在同年8月份,该机完成了吊运一个可运载20名乘员的吊舱的飞行测试;11月份,该机还进行了其他一系列的军事任务和公共事务演示验证;同样在11月份,S-60还将16架处于检修状态的西科斯基H-34(S-58)型直升机从布里奇波特机场空运至布里奇波特的西科斯基基南大道工厂进行维修,这段时间S-60的总飞行时间达到了165小时36分钟。

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▲S-60将S-58们运往布里奇波特工厂

在这一系列的测试中,有两个值得总结的要点

①S-60的运载和装卸速度要比货车快速且方便得多:测试人员发现,只需要通过少量的练习,操作员就能够很快速地进行吊运货物的卸载任务,然后快速将飞行器转移到第二个货物的位置,并进行货物装载,其效率远远超过其他任何一种运输型航空器,甚至在绝大部分情况下比卡车装卸效率还要高;

②通过简单的隔振装置就能够实现低振动水平的人员运输任务:在初步测试中,简单的弹性悬索(与蹦极的悬索类似)就能够提供完整的避震效果,当时无论是商用航空公司还是美国军方都是比较在意这一点的,尤其是民航,因为乘客的舒适性对他们来说是很重要的。不过西科斯基公司并没有止步于初级的避震装置研究,他们后续研制了一种附加的液压系统来辅助实现载荷装载和隔振。

次年,也就是1960年,S-60进行了更广泛的测试验证工作,除了货物运输技术变得更成熟之外,还有相当一部分验证工作都是在军用测试,这部分军用测试主要集中在扫雷测试和起重能力测试,这些测试一直延续到了1961年,截至该年4月1日,该机累计飞行时间已经达到了335个飞行小时。

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▲1960年,S-60在佛罗里达州巴拿马城测试拖曳式扫雷装置

所有的测试结果最终表明,S-60的性能指标大致上与S-56型直升机相当,不过外载荷的形状对该机的性能带来的影响要比其他飞行器显著的多,尤其是在单点悬挂的情况下。单点悬挂时该机的性能指标是呈现波动状态的,但是由于操作员能够直接看到悬挂物的情况,因此他能够与主驾驶员沟通来调整空速使得特定负载的性能能够处于一个较好的范围区间,在其他的有些情况下,也有可能会采取提升钢索长度的方法来解决问题。当然,在多点悬挂的情况下,上述问题基本都是不存在的。

S-60在性能指标与S-56相当的情况下,空机重量却要轻了1000磅(约453.6公斤) 。最值得称道的就是它实现了首次实用的拖曳式扫雷作业,这一任务对当时的任何一种飞行器而言都是无法实现的,更别说这种拖曳扫雷的作业是没有任何现代化的拖曳工具或者设备的辅助情况下完成的。除此之外,S-60能够吊起装载40人的吊舱,这就使其运载能力直接超过了S-56。

在激进测试中落幕

1961年年初,西科斯基公司与美国国家航空航天局(NASA)签订了一项合同,通过该合同,NASA将在1961年4月份接手S-60的测试工作,他们希望调整该机的控制系统的灵敏度参数,从而评估控制系统灵敏度对于直升机精确低速机动能力的影响。然而在交付给NASA之前,西科斯基“按捺不住内心的好奇”,将该机的灵敏度调为正常值的两倍,进行了飞行测试,结果该机立刻变得难以操控,最终坠毁在西科斯基试验场,S-60原型机彻底报废,幸运的是飞行员倒是没有受伤。

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▲2012年,维修人员尝试着对该机的主体进行了修复,并最后陈列在康涅狄格航空航天博物馆中

至此,该机总计进行了超过335小时的飞行测试,对西科斯基构想的“起重直升机”概念进行了评估,并给出了肯定的结果。可以说,该机的成功直接促成了西科斯基S-64“空中起重机”(Skycrane)直升机的出现,那将是一型更强大、更适合量产的运输型直升机,当然,那也是另外一个故事了,一个更精彩的故事,欢迎持续关注... ...


*注释:

[1] 西科斯基S-56:S-56是西科斯基的出厂型号,在美国陆军,该机被叫做CH-37 莫哈韦(Mojave),在当时美国陆军航空兵的编制中,属于一种大型运输直升机,其最大起飞重量接近15吨,在当时是很了不起了。

[2] 西科斯基S-58:S-58是西科斯基的出厂型号,是一种中型运输直升机,在美国海军,该机被叫做H-34,其主要是用作反潜战直升机。该机是美国海军陆战队接收的最后一种活塞发动机式直升机,最后被涡轮发动机式的UH-1休伊直升机和CH-46海骑士直升机所取代。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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