直面蘇聯核潛艇威脅,發動機的進步促成的西科斯基海王反潛直升機

2021-01-18 旋翼飛行器

▲S-61直升機模型全家福(by Tommy H. Thomason)

西科斯基公司將其第一架雙發動機直升機的生產型號定為S-61,該型直升機從設計到製造都是按照「將渦軸發動機的性能在直升機上充分發揮出來」這個理念來進行的。

因此,S-61直升機的誕生使得又笨又重的活塞式發動機成為了西科斯基公司直升機產品上的歷史,開創了更輕巧、更緊湊的渦軸動力直升機新時代。該機誕生之後,憑藉其出色的性能和可靠的設計,服務於美軍的全部軍種,並在民用航空中大放異彩。

而其「職業生涯」的開端則是作為一種專用的定製版反潛戰直升機而為美國海軍打造(在美國海軍中被定型為HSS-2,記住這個型號,因為本文主要介紹的就是海軍版本的HSS-2型海王直升機)。讀到這裡,想必資深一些的軍迷朋友們肯定已經想到了這型直升機更加廣為人知的一個名字,那就是——海王/Sea King 直升機——該型直升機在其漫長的職業生涯中,有著許多不同的型號變種,活躍在多個應用領域,其足跡遍布全球。而本文,則作為海王直升機系列的一個開篇,對該機應用最廣/最重要的型號進行介紹,以此作為後續更多、更細節的海王直升機的文章的基礎。

來自蘇聯的核潛艇威脅——反潛直升機起步

1947年,蘇聯完成了第一核武器爆炸試驗,自此,在沒過過國內關於蘇聯核潛艇的威脅論調就不絕於耳,在對蘇聯的核潛艇能力作出「過高的評價」之後,美國軍方開始將反潛作戰(ASW;Anti-Submarine Warfare)提升到了具有國家戰略意義的重大任務範疇上。

1950年,時值冷戰/Cold War白熱化階段,美國中央情報局發現了一份未經證實的報告,該報告稱蘇聯製造的唯一一枚原子彈必須用潛艇來運送,這進一步加劇了美國軍方對蘇聯潛艇能力的擔憂,從而推動其加快反潛戰能力的研究。

1955年,美國海軍作戰部新任部長阿利·伯克要求美國國家科學院水下作戰委員會進行一項反潛作戰的研究。這項被稱為Nobska的項目(Project Nobska)得出的結論為:「面對安靜的長航時潛艇,以及足夠精確的導航手段和合適的武器系統,美國海軍面對抗潛艇的能力存在嚴重的不足。」

美國對蘇聯潛艇的擔憂情緒一部分是受到了第二次世界大戰北大西洋中的德國潛艇的影響,當時一次又一次的海戰都指出面對水下潛艇的打擊,海面戰艦的任何抵抗似乎都是徒勞的。1943年,納粹德國的U型潛艇數量達到了240艘的峰值。在這種力量面前,盟軍875艘配備聲納的護衛艦似乎佔不到任何便宜。

軍事理論家們都開始考慮是否有必要將聲納的探測、定位和瞄準與航空器的速度結合起來。其中一種辦法就是設計一種攜帶有主動吊放式聲納的反潛戰直升機,而這一概念最早在1946年,就由美國海軍研究實驗室在西科斯基的HOS(R-6)型直升機上進行過演示驗證。

從上世紀五十年代開始,美國海軍、西科斯基和本迪克斯航空公司太平洋分部開始研發直升機反潛戰技術,試圖將直升機的靈活機動性與水下聲納的高效探測性能結合到一起(在此之前,水下聲納一般都是由艦船投放)。西科斯基的HSS-1(H-34型)直升機是早期被用來驗證反潛戰的主要直升機型號,基於該平臺,美國海軍開發出了潛艇獵殺的戰術,並開始進行反潛直升機的初步部署。在當時的直升機反潛戰戰術中,正常都是需要兩架直升機編隊作業才能完成一次典型的反潛作戰任務,其中一家直升機需要攜帶吊放式聲納傳感器和空中處理器來實現潛艇的探測、定位和顯示;另一架直升機則需要攜帶魚雷來對付目標。當時的直升機(如H-34),其艙內空間和負載能力都相當有限,實在無法同時攜帶這兩種裝備。

▲西科斯基早期直升機中,巨大的活塞發動機被安裝在機頭

同時,在西科斯基和美國海軍研究實驗室的共同推動下,美國海軍高官也開始認識到改進直升機發動機技術的必要性和重要性,於是,1953年,美國海軍授予通用電氣公司一份價值300萬美元的合同訂單來採購該公司的XT-58型「小型燃氣渦輪發動機」(Baby Gas Turbine)。這種發動機重400磅,功率達800馬力,其重量性能相比於裝備在HSS-1上的老式的萊特R-1820活塞式發動機足足提升了1倍。

而在體積性能方面,渦輪發動機的進步更是遠超過了美國海軍的預期,一臺封裝之後10立方英尺的渦輪發動機就足以提供超過1000馬力的動力,而相比之下,產生相同功率的傳統活塞式發動機其封裝尺寸會達到62立方英尺。

發動機的革新——西科斯基直升機大進化

緊湊型渦輪發動機在直升機上的應用使得西科斯基公司真正邁入「面向任務需求」的直升機設計模式,而不再需要像之前那樣要把有效任務載荷和安裝發動機的巨大空間全都安全完成之後,才能考慮用剩餘的「緊湊空間」來設計直升機所能承擔的任務。

上世紀五十年代中期,美國海軍要求西科斯基公司修改現有的HSS-1N,主要改動要求就是需要把其當前安裝的R-1280發動機改為T-58型發動機。改裝之後的直升機被定型為HSS-1F,美國海軍通過該機驗證了渦輪軸發動機相對於活塞式發動機的顯著優勢,新的發動機不僅更輕、更小,而且能夠提供2000馬力的輸出功率,相比之下,對應的活塞式發動機只能提供1525馬力的輸出功率。

▲HSS-1F型直升機的發動機結構布局,相當緊湊

渦輪軸發動機為直升機帶來的好處是相當深遠的。重量輕、體積小的渦軸發動機使得西科斯基公司的設計師能夠把所有的機械部件(發動機、主減速器、傳動軸、尾部減速器、尾槳)都安排在機身頂部,從而解放座艙和機艙的設計空間,從而適應新任務的要求。在這之前,西科斯基設計師們的主要的設計難題一直都是如何在笨重的活塞式發動機所佔用的位置之外擠出空間來設計座艙和貨艙。

▲HSS-2直升機的模型——1957年10月

憑藉這種新型發動機,西科斯基公司能夠為美國海軍提供HSS-2型直升機作為HSS-1F的繼任者。HSS-2是一種全新設計的飛行器,而且可以說是專門為反潛作戰任務進行深度定製的。西科斯基公司在其61007號工程報告(關於HSS-2的模型評估報告)中如此表述:

HSS-1型活塞式發動機在反潛作戰任務方面所取得的成就促使美國海軍和西科斯基公司能夠在反潛直升機上持續推進,而適用於直升機的渦軸發動機的發展和進步則促成了這種反潛直升機的大升級:雙渦軸發動機不僅帶來了性能上的提升,更是為該型直升機任務功能適用性方面的設計帶來了質的飛躍,使得新型直升機具備了完善的兩期作戰能力,並且完美的繼承了HSS-1的所有優點,甚至能夠直接憑藉單架直升機完成以前需要兩機編隊執行的反潛作戰任務(包括偵測、定位、顯示和獵殺全任務)。

▲三架SH-3A型海王直升機飛越基薩奇山號兩棲攻擊艦

本迪克斯航空公司的太平洋分部則完成了一套新的、低頻率的聲納系統的研製工作,也就是之後被廣泛使用的AQS-11型吊放式聲納系統。這種新型聲納和搭配上續航時間長達4小時的HHS-2直升機,美國海軍反潛作戰的需求終於得到了初步的滿足。

本迪克斯公司的這種聲納系統還包含有一組聲納卷放式線纜組件(其中包含了一卷500英尺長的線纜)、沉浸式傳感器、聲納數據處理和顯示設備以及一套聲納操作員工作站。

HSS-2還採用了新型的導航和任務航電系統和傳感器,以此來實現某些飛行任務的自動化【筆者注:西科斯基在之前幾個型號的直升機(包括試驗機)中進行過多次簡單的自動穩定飛行系統的測試,可以說,這就是早期的簡易版自動駕駛直升機】,其中就包括自動穩定懸停在吊放式聲納傳感器的上方,自動實現姿態和空間位置的穩定和裝載及發射魚雷傳感器。這些性能強大的任務套件被封閉在配備有浮筒組件的船殼式機身內部,這種機身設計的參照原型其實是西科斯基泛美航空「快船」飛機(Sikorsky Pan American Clipper)——西科斯基S-42/一種固定翼水上飛機——早在20年之前,泛美航空公司就憑藉該機開創了國際越洋航空客運服務。

▲S-42NC-822M,「巴西快船」/BrazilianClipper,西科斯基製造,泛美航空運營的水上飛機,圖像攝於1934年

面向需求——海王直升機的設計特點

HSS-2型直升機是專門為反潛戰任務定製的,但是美國海軍陸戰隊和美國陸軍都對這種性能出色的直升機展示出了巨大的興趣,前者希望能夠利用這種直升機執行兩棲突擊作戰任務,而後者則希望用它來執行通用運輸任務。

對此,在1957年2月26日,西科斯基發布了工程技術報告61003,在該報告中,海軍的型號為HSS-2、海軍陸戰隊的型號為HUS-2、陸軍型號則是H-34B型,對於這些不同型號的海王直升機,西科斯基給出了一個通用的總體設計目標:

①面向給定的任務完成所需的設計工作;

②保證整機的空機重量最小化;

③部件的壽命和可靠性要達到一個較高的水平(超過以往的所有設計);

④通過恰當的空氣動力學設計使得全機的飛行廢阻力最小化,表面光滑程度和流線型達到一個新的高度;

⑤可維護性必須要保持在當前最高的水準;

⑥製造工藝必須要儘可能簡單,以此來提高生產線的工作效率。

這些總體設計的目標雖然很宏觀,但是卻為海王直升機提出了較高的研製要求,從而確保該機在誕生之初就是作為一架「高端直升機」而登場的,這也促成了西科斯基在50年代中後期和60年代初期進入到其直升機事業的第一個巔峰。

海王直升機系列最大的辨識特徵就是其採用了配備有舷外浮筒的船殼式機身。這種設計有12°船底橫升角的船殼式設計來源於西科斯基公司在水上飛機設計方面的豐富經驗。舷外的大型浮筒設計也顯著提高了該機在水中的橫向穩定性,在執行水面起降的時候,該機的起落架可以收入到浮筒內部。為了增加橫向穩定性和浮力,該機的浮筒外側還可以增設充氣浮筒。

該機的另一個重點升級內容就是其動力和傳動系統。引入小巧緊湊的渦軸發動機之後,該機終於能夠實現座艙和貨艙的正式機械分隔,相比於活塞式發動機,這一方面降低了艙內噪音,另一方面也提升機飛行的安全性。正如上文所述,這些好處都是得益於渦軸發動機的重量功率比的提升。

▲1961年3月,HSS-2型直升機在尚普蘭號航空母艦上空懸停

S-61(也就是HSS-2)是西科斯基的第一種海王直升機型號,該機的主傳動系統能夠提供100:1左右的傳動比,從而將高達20000RPM的發動機轉速降低後傳遞給主旋翼,相比之下,之前的活塞式發動機動力傳動系統的傳動比一般只有10:1或者12:1。更高的發動機轉速也推進了單向離合器和高速軸承技術的進步。

該機的主旋翼槳轂技術繼承了來自此前的S-58型直升機的成熟設計,旋翼槳葉的氣動設計仍然相對比較簡單,翼型還是NACA0012,但是其旋翼軸承的潤滑方式從油脂潤滑升級到了油潤滑,從而降低了系統的維護需求,算是一次進步。

▲日本海自的圖片,摺疊收起的海王直升機

HSS-2還有一個重要特點就是採用了全自動主旋翼槳葉摺疊系統,其尾部斜梁塔架也可以手動摺疊,這就使得該機能夠以一種緊湊的方式存放到艦艇的機庫中去。

海王直升機的出現,意味著渦軸直升機的正式登場,也宣告了活塞直升機時代的終結。同時,該機的入役也是美國反潛作戰能力正式成型的重要信號,自此美國海軍「終於」有了與蘇聯潛艇一戰的底氣——儘管幾乎在同一時期,美國從收集到的情報中發現高估了蘇聯的核潛艇實力——當然,蘇聯核潛艇到底多強已經不那麼重要了,因為海王直升機這種潛艇剋星已經整裝待發。

相關焦點

  • 美軍反潛直升機發展史,海鷹領跑世界
    而作為世界直升機技術強國和軍事工業強國,美國和前蘇聯/俄羅斯就是少數幾個能夠獨立研發製造現代艦載反潛直升機的國家之一,美國的SH60系列海鷹艦載反潛直升機,SH3系列海王艦載反潛直升機,前蘇聯的卡25和卡27系列艦載反潛直升機就是世界現役最先進的艦載反潛直升機之一。
  • 圖說:西科斯基SH-60B「海鷹」反潛直升機 打擊敵方潛艇的利器
    今天介紹的是,收藏在彭薩科拉博物館的西科斯基SH-60B「海鷹」艦載反潛直升機。SH-60/MH-60「海鷹」是UH-60「黑鷹」軍用直升機的海軍改進型,西科斯基公司根據美國海軍「輕型機載多用途系統(LAMPSMk.3)」競標而專門研製的。「海鷹」1979年首飛,1984年被美國海軍採購,先後共生產600多架。
  • 盤點:世界各國排名前五的反潛直升機 一專多能 綜合性能最重要
    反潛直升機是海軍航空兵重要的裝備之一,可以陸基或艦載。不同國家都在積極使用這類直升機,今天為您介紹世界排名前五的反潛直升機。EH-101「灰背隼」採用可收放前三點起落架,是英國皇家海軍航空兵的主力艦載反潛直升機之一,於1987年10月9日首飛成功。該機配備三臺發動機,機載設備非常先進,但列裝後表現並不突出,因此屈居第五。
  • 美軍核潛艇闖入演習區,遭反潛直升機鎖定,被迫上浮掉頭撤退
    據美國「戰區」網站1月15日報導,當地時間14日,伊朗在中東海域舉行代號為「Eghtedar 99」的大規模海上軍演,期間美軍「喬治亞」號巡航飛彈核潛艇試圖進行抵近偵察,闖入伊朗演習區域炫耀武力,但是卻遭到了伊朗海軍SH-3「海王」反潛直升機的鎖定和追蹤,雙方在交手多次後分出了勝負,最終以美軍核潛艇被迫上浮掉頭撤離結束
  • 評印度向美國購買反潛直升機
    圖註:印度裝備的卡-27反潛直升機目前,印度海軍的反潛直升機包括卡-27和「海王」兩種,前者搭載於從蘇聯/俄羅斯進口的驅護艦,後者搭載於印度自行建造的驅護艦。印度海軍自上世紀1974年起使用英國韋斯特蘭直升機公司生產的「海王」Mk.42反潛直升機,由於1998年印度核試驗後遭到美國制裁、迫使韋斯特蘭公司一度停止向印度提供零件和後勤保障服務,導致部分「海王」Mk.42一度停飛。加之印度海軍在上世紀90年代後期起加速更新大中型水面戰艦、致使對反潛直升機的需求數量增加,結果導致「海王」機隊在數量上存在缺口。
  • 從直-20F回顧我國反潛直升機的發展
    我國最早的反潛直升機探索,是從第一型直-5開始的,50年代開始引進和仿製蘇聯米-4,這型直升機總產量達500架,算是一個比較成熟的平臺,60年代,一架改裝直-5成為我國第一代吊放式352型聲吶的試驗平臺,該聲吶1976年定型,技術水平相當於美國AN/AQS-4型聲吶,但直-5的活塞式發動機功率小,油耗高,噪音大,整體上也不符合上艦需要,被參試部隊官兵戲稱「海上拖沓機」。
  • 伊朗舉行大演習精銳盡出 美核潛艇抵近偵察 遭反潛直升機警告驅離
    塔斯尼姆通訊社報導,伊朗海軍周四表示,其反潛作戰直升機及時探測並跟蹤了一艘試圖接近印度洋北部演習區域的外國潛艇。伊朗海軍海軍說,這艘屬於外國軍隊的潛艇在意識到自己被探測到後立即離開了演習區域。伊朗海軍直升機警告這艘不明潛艇遠離演習區域的視頻顯示,這艘潛艇可能是美國海軍「喬治亞」號潛艇。伊朗媒體播放了據稱是在荷姆茲海峽附近訓練演習的伊朗海軍SH-3海王直升機拍攝的一艘美國海軍水下潛艇的畫面。它似乎顯示了俄亥俄級巡航飛彈潛艇(SSGN)。這一地點和時間幾乎肯定是喬治亞號(SSGN 729)。
  • 世界反潛直升機排名,俄羅斯卡27位列第二,中國主力型號墊底
    反潛直升機最早誕生於上世紀50年代,當時潛艇靜音技術日益成熟,所展現出的威懾力大幅增強,各國面臨的反潛壓力隨之增大。為了對付日益隱蔽的潛艇,世界主要軍事強國大力研發專用於捕捉海底潛艇的反潛直升機。美國與蘇聯在該領域起步最早,所製造的反潛直升機技術也最為先進。
  • 蘇聯卡莫夫V-50直升機 離經叛道串聯雙旋翼 瞄準陸海兩軍通用型
    美國在東南亞地區的武裝衝突中,大量使用了直升機,而法國在北非的戰鬥中,同樣使用了直升機。在冷戰的大多數時間裡,旋翼機的發展(除少數例外)趨向於保守。設計師堅持採用經過驗證的構型,並根據任務需求發展出一個龐大的直升機家族,例如美軍標誌性的貝爾H-1「休伊」(如圖)和西科斯基H-53系列。
  • 美國S-3型反潛機,曾是蘇聯核潛艇「噩夢」,也因蘇聯徹底消失
    即便蘇聯現在只是歷史中的一個名字,但提起這兩個字還是足以讓美國覺得心裡一顫,尤其是蘇聯的核潛艇曾給美軍造成不可磨滅的陰影,當蘇聯核潛艇一艘又一艘地擺在美軍面前時,美海軍艱難的守衛著自己的封鎖線,甚至覺得自己怕是要堅持不住了。
  • 技術派|印度購買美國先進直升機,欲打造美式航空反潛體系
    目前,印度海軍裝備反潛直升機大部分來自英國和俄羅斯。那麼,印度為何購買美國反潛直升機?大批量購買該型直升機對印度海軍又有何意義?MH-60R「海鷹」反潛直升機使用吊放聲吶搜索潛艇 印度緣何看上美國「海鷹」?
  • 全球最強五大反潛直升機,名單新鮮出爐,中國只有一款上榜
    航母、艦載機、巡洋艦這些大型水上武裝力量獲得更多關注,然而這股水下力量也不容小覷,這就是當今世界三大核打擊力量之一,被譽為「深海殺手」的核潛艇。這類強大的海洋作戰力量,催生出龐大的反潛隊伍,反潛作戰成為各國軍隊的重要使命之一。反潛作戰一般分為:水面艦艇反潛、航空反潛、衛星獵潛三部分,通過各種先進的搜索手段,鎖定、限制或消滅潛入一定海區的敵方設備。
  • 反潛驅逐艦改裝成護衛艦,面對北約追殺,誰來保護俄羅斯核潛艇?
    即便是在最強大的時候,蘇聯海軍也沒有想過與美國海軍進行戰略決戰,一直到今天,蘇聯/俄羅斯海軍的主要任務依然是保護自己的戰略核潛艇,保護自己的戰略核潛艇不被對方反潛兵力追殺的同時,追殺對方的戰略核潛艇,了解這一點,就可以明白蘇聯/俄羅斯海軍的裝備和戰術思想了。
  • 蘇聯全盛時期的「樸素」攻擊核潛艇 用魚雷管發射巡航飛彈
    971型攻擊核潛艇(本文由桌面戰爭兵棋原創撰寫,圖片來源於網絡。)新的一期「蘇聯潛艇」系列文章,這次的文章我們將繼續介紹即671型攻擊核潛艇之後蘇聯攻擊核潛艇的發展。而此時財大氣粗的蘇聯決定同時將建造新一代攻擊核潛艇的任務下發給蘇聯最著名的三家潛艇設計局,即孔雀石設計局、紅寶石設計局和天青石設計局,而且三家設計局設計的新型潛艇蘇聯海軍將全部接收,通過實際使用中的優勢對比再進行進一步的選用,實在是很氣派的做法,也造成了一時間蘇聯海軍同時裝備三型同代攻擊核潛艇的神奇情況。今天我們就先介紹孔雀石設計局設計的971型攻擊核潛艇,北約代號阿庫拉級。
  • S-76,西科斯基打造的第一架純商用直升機,到底可靠嗎?
    西科斯基傑出商用直升機的誕生1975年,西科斯基公司開始意識到他們不能夠幾乎完全依賴軍用直升機訂單來維持公司的正常運轉,因此,為了增大商用直升機訂單在該公司收入中的份額,S-76型直升機應運而生。1975年2月份,HAA(如今被稱為HAI,Helicopter Association International,亦即「國際直升機大會」)大會在內華達州的拉斯維加斯舉行,會上,西科斯基S-76型直升機首次正式亮相,S-76優美的流線型機身設計結合先進的旋翼技術,使其驚豔全場,而多項新技術的結合使得該機在發動機燃料消耗方面取得了較大的進步,同時也提升了該機在商業運輸方面的效率
  • 世界最大反潛巡邏機,俄羅斯圖-142:半路出家的戰略轟炸機
    圖-142大型反潛巡邏機是目前世界上最大型的反潛巡邏機。該機出身名門,由著名的蘇聯圖波列夫設計局於1963年研製,1970年正式定型並加入蘇軍服役。說起圖-142可能很多人會感到陌生。但是說起著名的圖-95戰略轟炸機,估計很多人都會立即想起那4套巨大的共軸反轉式螺旋槳以及細長巨大的機身。
  • 反潛作戰中為何對直升機特別看重?這些原因其實很重要
    拖曳聲吶示意圖就反潛而言,水面艦艇、潛艇雖具有反潛能力,但其通常採用的拖曳聲吶、投放聲吶浮標等反潛手段,由於受平臺速度限制,其在短時間內是無法對較大海域進行掃描的。對於潛艇而言這種情況其實更為嚴重,雖然潛艇的最高航速可以達到或超過30節(核潛艇速度基本超過30節),但其高速航行是會產生較大噪音的,若用這種方式進行反潛,其也就喪失了「隱蔽」這個最為突出的特性。P-3C聲吶浮標安裝位置特寫水面艦艇、潛艇在反潛上的這種局限,也正是需要靠反潛巡邏機、戰鬥機進行彌補的。
  • 潛艇遇到反潛飛機的時候應該怎麼辦?
    問 網友提問: 潛艇遇到反潛飛機的時候應該怎麼辦?除了下潛逃命能用飛彈反擊嗎? 專家解答: 潛艇一旦被反潛飛機盯上確實非常危險。這時,靠規避成功逃脫的概率大約是30%。在航空反潛裝備性能不斷提高的今天,潛艇的水下生存面臨著嚴峻的挑戰。為此,美俄英法德等國都相繼推出了潛空飛彈,以增加潛艇的自衛逃生能力。
  • 直-20直升機通用化取得成功,兼顧反潛與火力支援,未來有新發展
    1983年12月,我國與西方國家蜜月期間,幾家美國軍工公司將數架AS-332,貝爾214ST超級運輸機和西科斯基S-70A-5空運到我國拉薩進行測試。這些測試主要用於驗證5200米直升機的起飛和降落能力,另外還同期驗證了7300米高度,直升機是否能正常工作。
  • 武裝直升機的異類:卡-50和卡-52,另闢蹊徑配備彈射座椅
    一路坎坷的卡莫夫最終功成名就卡莫夫設計局創始人卡莫夫和米裡設計局創始人米裡都是世界級的直升機技術發展天才,兩人和美國直升機技術天才西科斯基齊名,卡莫夫和米裡還是同鄉,兩人都出生於俄羅斯伊爾庫茨克,兩人開始成為前蘇聯直升機技術發展領軍人物的時間也幾乎一致,都在上世紀四十年代中後期。