S-97直升機

S-97直升機(Sikorsky S-97 Raider,綽號:侵襲者)是一款由美國西科斯基公司研製的新型高速直升機。該機是基於X2技術驗證機高速旋翼的改進,採用共軸反轉的剛性旋翼和尾部推進槳,並配備電傳飛控系統。S-97直升機的最大飛行速度可超過482千米/時,在搭載武器和6名乘員的狀態下,飛行速度可達到374千米/時以上。S-97直升機於2011年開始研製,2014年製成了首飛原型機,並於2015年5月22日成功首飛。2021年10月,S-97直升機在AUSA2021展會上進行了展示。

S-97直升機

發展沿革

歷史背景

自從20世紀50年代開始,傳統的直升機由於飛行速度慢、飛行高度低、機動性差等問題面臨嚴重的生存挑戰。於是,一貫追求技術領先的美軍開始不停嘗試研發新一代直升機。美國西科斯基公司首次公開展示的S-97「侵襲者」高速直升機原型機,並稱S-97採用了該公司在X2技術驗證機上驗證的高速旋翼機概念,最大飛行速度超過482千米/小時,能夠在搭載武器和6名乘員的狀態下達到374千米/小時以上的飛行速度,具備了新一代直升機的高速和高機動性的先進性能。

研製歷程

2005年在美國直升機協會論壇上,西科斯基公司公布了X-2技術驗證機的方案,試圖利用現有的航空技術來實現共軸式剛性旋翼與尾螺旋槳推進的布局,從而實現一次直升機領域的飛躍式發展。在范保羅等航展上,西科斯基也展出了基於共軸式剛性旋翼技術的輕型高速偵察直升機方案,說明西科斯基試圖將這一技術用于軍用直升機的發展,這一點引發了西方觀察家對高速直升機的關注。對於西科斯基而言,新一代的直升機必然要有全新的氣動布局,各項參數要超越前一代直升機,尤其在飛行速度上要更快,能夠達到460千米/小時以上,因此基於X-2的武裝型號在公布后就成為未來直升機發展的熱門方向之一。

2008年,第一架X-2技術驗證機首飛成功,X-2使用了剛性旋翼與尾螺旋槳推進的組合式布局,在三餘度電傳操控下能夠實現動力與飛行狀態之間的平順過渡。共軸式剛性旋翼的主要作用仍然是為X-2提供升力,當飛行速度逐漸提升時,發動機的主要輸出功率會更多地分配給尾螺旋槳推進器。在數年的飛行測試中,X-2的飛行速度有了明顯的提升,從220千米/小時逐步提升到460千米/小時,各分系統的成熟讓西科斯基更加堅定發展其軍用型號,這就是S-97「侵襲者」   。

2011年西科斯基選擇了36個部件製造合作製造商,在2012年1月馬里蘭州舉辦的航空座談會上,通用電氣公司的YT706-GE-7008發動機決定作為S-97的動力。該發動機由黑鷹直升機的動力發展而來。有了強有力的動力系統,S-97的戰術特點會更好地被發掘,如高航速、大航程以及大載荷量。S-97碳纖維機身由位於布里奇波特的極光飛行科學公司的製造廠生產,其中應用了許多先進的製造工藝,該公司此前還生產過CH-53重型直升機的主旋翼構件,因此積累了一些經驗。按照西科斯基S-97項目的時間表,2012年前完成第一架S-97的製造,2013年完成關鍵設計評審,2014年中期完成升級版的製造,2014年底完成首飛並完成兩架原型機的製造任務,2015年向美國軍方和其它客戶展示S-97的飛行性能與作戰能力,其中第一架原型機作為西科斯基的測試資產,第二架用於美國軍方的測試和評估。

2013年9月,極光公司的飛行發展中心向西科斯基公司交付了S-97原型機的複合材料機身,包括一個綜合駕駛艙、機身中央貨艙和尾椎結構。當時西科斯基負責S-97項目的主管稱,這是S-97項目的一個重大里程碑,此後西科斯基的團隊開始對原型機進行總裝。

2014年10月,西科斯基公開展示了S-97首飛原型機,與此前研製的5-97存在較大不同。首先是機身線條更加硬朗,機鼻低下前傾,視覺效果頗有蘇-27略微低頭的味道,巨大的風擋佔據了機首較多的空間,這意味着飛行員擁有更好的視野。機尾垂直方向舵也有較大幅度的修改,取消了X型布局,與X-2更像一些。尾部的螺旋槳則放置在兩幅尾翼之間,尾輪布局也與X-2類似,改為後三點式起落架。需要注意的是,最新型的S-97與早期型、X-2都有差別,發動機進氣口設置在機身上方,這對抑制紅外輻射、雷達隱身以及降低較大粒徑的顆粒物都有幫助。從側面看機身則顯得更加簡潔,特別是可收放的前起落架艙的設計,讓S-97增加了幾分科幻的感覺。

S-97的定位是輕型武裝偵察直升機,與日本川崎重工的OH-1武裝偵察直升機、意大利阿古斯特·韋斯特蘭公司的A-129「貓鼬」武裝直升機等處於同一級別。該機長11米左右,共軸旋翼直徑大約為10米,最大起飛重量5.17噸,執行典型偵察任務時重量為4.44噸,標準燃油狀態下滯空時間2.7小時,作戰半徑600千米,巡航速度超過370千米/小時,高溫環境中懸停高度大約為3000米。西科斯基作為「黑鷹」直升機的製造商,顯然不會丟掉10噸級通用直升機這塊超級大蛋糕。西科斯基的剛性旋翼加尾螺旋槳推進也可能被整合到「黑鷹」平台上,發展出新一代的10噸級通用直升機。

2021年10月,西科斯基在AUSA2021上展示了S-97襲擊者高速直升機驗證機。

技術特點

動力系統

S-97的研製於2010年9月啟動,其設計初衷是作為美國陸軍輕型偵察直升機選型,替代OH-58D型輕型偵察機。該機繼承了西科斯基公司在X-2驗證機上的一系列高速旋翼新技術,外掛多種武器系統,可搭載6名士兵。除了低速懸停,S-97設計最高時速超過407千米,集螺旋槳式固定翼戰機和普通直升機優勢於一身,主要用於未來局部戰爭中的武裝偵察、輕型突襲、輕型攻擊和特種作戰,是實現快速突襲、定點清除與打擊的絕佳武器平台之一。

S-97採用與美國現役黑鷹直升機同系列的T-700發動機。它是由美國通用動力公司設計的渦軸發動機,屬於T-700系列第一階段的改良型號。其最大輸出功率為1145千瓦,能以1210千瓦的功率持續工作30分鐘。該發動機最先裝備與AH-64H直升機,接着用於MH-60M直升機,隨後又在實際應用中不斷升級改進,最大持續輸出功率不斷增加,最大巡航速度也隨之增加。

共軸旋翼

S-97與常規直升機不同,採用共軸雙旋翼和推進尾槳技術,頂着一對直徑10.2米的4葉共軸反轉無鉸剛性雙旋翼,其尾部是一副直徑2.1米的「向後吹風」的六片螺旋槳。這樣的設計,優勢明顯。S-97的共軸雙旋翼設計,採用兩個旋翼上下排列,在同一個軸線上反向旋轉,升力和前飛拉力可同時增大。同時,西科斯基公司在吸取共軸對轉雙旋翼布局的基礎上,使用2副共軸反向旋轉的剛性旋翼。由於剛性槳葉沒有揮舞鉸,上下旋翼可離得很近,沒有碰撞的危險。這些都為其高速航行提供了可靠的安全保障。

電傳飛控

S-97的高速優勢,還基於它採用了世界先進的電傳飛控系統。電傳飛控系統,即利用反饋控制原理,將飛行器的運動作為受控參數的電子飛行控制系統,用於穩定和控制飛行器的飛行姿態和航跡運動。其優勢在於,沒有機械結構,可靠性比起傳統的機械式飛行控制系統要可靠,同時大大減輕了飛行員的操縱壓力。

S-97的電傳操縱系統是由傳感器組件、輸入設備、飛行控制計算機、舵機和電氣傳輸線路組成。S-97採用模擬式電傳操縱系統,使用模擬傳感器、模擬計算機和輸入輸出設備的系統構成。

得益於較先進的電傳飛控系統,S-97的主旋翼、推進尾槳和發動機實現了一體化控制。因此,除了巡航速度快,該機還擅長空中滑翔、高速轉彎等高難度動作,高速機動性和敏捷性也優於傳統直升機。

復材機身

S-97之所以能成就高速,是各種因素共同作用的結果,而採用複合材料一體化機身,便是其一。

該機機身包括一個綜合駕駛艙、一個貨艙和一個尾椎,採用複合推進式總體布局,流線造型明顯,稜角圓滑,很少有突出部,整個機身渾然一體。這樣的設計,一方面有利於減小飛行阻力,提高巡航速度,另一方面還能降低敵方雷達反射截面積,提高隱蔽突襲能力和生存能力。機身採用美國最新研製的複合輕質材料,整個機身總重只有5噸左右。

武器裝備

S-97在機首下方加掛了1門新型加特林機炮,與「阿帕奇」直升機的單管機炮不同,新型機炮採用了隱形設計:讓炮身被包在一個圓筒里,共6個炮管,射速為每分鐘6000發左右。同時,在S-97機身兩側各有一個武器掛架,可掛載「海爾法」反坦克導彈之類的精確制導武器。此外,S-97還在尾部推進器兩旁增加了平衡翼,可避免導彈發射后的碎片和火焰直接接觸到尾部螺旋槳,使直升機在使用任何一側的武器時都能自如地控制機身。

性能數據

S-97直升機參考數據:

服役動態

美國《空軍時報》網站2011年4月24日報道,美國西科斯基飛機公司自費研製一個全新的直升機概念方案。 S-97「侵襲者」將裝備一個尾部推進螺旋槳,使其能夠突破傳統構型直升機的約200英里/時(321千米/時)的前飛速度上限。

2013年9月,西科斯基公司開始了S-97原型機的最後組裝,採用共軸式設計。西科斯基計劃花費大約2億美元進行研製,在該項目中聯合了50個合作夥伴,其中38個投入了資金。

2015年2月3日,美國西科斯基公司開始對S-97直升機原型機進行地面測試,主要測試該機的動力系統。

2015年5月22日當地時間早上7點,S-97原型機在西科斯基佛羅里達州西棕櫚灘工廠完成首飛,在首飛中進行了三次起降以及10節速度下的所有基本機動,整個過程約耗時一小時。

總體評價

西科斯基研製的S-97通用直升機將服役到2030年之後,西科斯基的剛性旋翼加尾螺旋槳推進也可能被用於改進「黑鷹」平台,發展出新一代的10噸級通用直升機。西科斯基公司根據美國陸軍有人/無人補給空中運輸項目研發了無人版的「黑鷹」直升機,能夠在山地危險環境中對前線作戰部隊進行補給。按照美國陸軍空中力量發展路線圖,未來四分之一的前線補給任務將會由無人駕駛飛行器執行,因此無人化也是西科斯基未來發展的方向之一。不排除發展出無人駕駛的S-97武裝偵察直升機,與有人駕駛的S-97進行混編作戰,這樣將極大拓展S-97的任務彈性,讓無人駕駛S-97深入更加危險的區域執行偵察、打擊任務,而有人駕駛的S-97主要負責控制和情報綜合,成為美軍前線偵察作戰的殺手鐧。

S-97直升機也存在一些問題,一是飛行是的巨大噪聲是制約其隱身性能的頭號因素,連美軍也抱怨該機噪音奇高,難以在敵情複雜的地帶實施隱蔽行動。二是S-97直升機的超高速與大航程的矛盾,與機身安全性可靠性的矛盾,也不容忽視。