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2007年2月,一架正进行互操作性试验的“阿拉巴霍”在贝尔公司位于阿灵顿研发中心附近的高尔夫球场坠毁,这次严重事故成为了压垮美国陆军武装侦察直升机梦想的最后一根稻草。
低空“终结者”
与美国近10余年来其他下马的大型装备项目一样,武装侦察直升机的概念来自于冷战。
上世纪80年代,面对华约装甲集群越来越强大的机动式雷达一导弹防空网,美国陆军迫切需要一款能够在高危环境下获取战场情报,并对即时情报做出火力反应的全能型直升机,该机型在功能上需要将现有的0H-58侦察直升机和AH-1甚至AH-64攻击直升机综合成一个平台。
为此,美国陆军于1982年提出了LHX(实验轻型直升机)计划,以取代UH-1、AH-1、OH-58和OH-6这四款直升机。1988年6月21日美国陆军发出LHX招标,与渡音/西科斯基第一竞标小组和贝尔/麦道超级小组签订了为期23个月的验证与论证合同,要求完成直升机机载设备一揽子初步设计方案、风洞试验和空空战术要求的工程模拟。在竞标研制中,波音/西科斯基采用了涵道尾桨,贝尔/麦道更是采用了新型无尾设计。经过慎重考虑,美国陆军在1991年4月5日宣布波音/西科斯基中标。
1990年初美国陆军将代号LHX改为LH,并于1991年4月正式将共标号为RAH-66,绰号“科曼奇”。研制时间表原定为4架原型机的垒尺寸研究阶段从1995年8月开始。1996年10月签订首批小批量生产合同,要求到2002年生产最初的72架,1998年11月签订首批大批量生产合同,要求到2010年生产其余的1220架。同时要求直升机在1998年初步达到作战能力,并从第四批开始装备“长弓”雷达。
该项目总费用为340亿美元,其中包括19.6亿美元的论证/验证费用和9亿美元全尺寸研制费。但由于原计划的6架原型机缩减为3架,此项经费总额也削减至22.4亿美元。该直升机要求能在敌方强火力威胁下完成侦察任务,因而必须具备超强的隐身能力、侦察能力及生存能力,可谓直升机发展史上的里程碑。
首款隐身直升机
直升机的隐身比战斗机更困难,除了雷达隐身能力受旋翼的影响很难达到战斗机水平外,还要面对减少噪声和增强目视隐身能力的难题。所以为提高隐身性能,“科曼奇”采取了集各种高科技于一身的综合低可探测手段。
作为世界上第一种全隐身直升机,RAH-66的雷达反射截面积(RCs)不到OH-58D和AH-64D的1%。除机体结构大量采用复合材料(占结构重量58%)外,外形设计是能否达到隐身目标的关键。“科曼奇”的机身侧面为菱形,机头光电传感器安装塔是带角颊边缘形状,两侧进气口被埋入机身,旋翼桨毂和桨叶根部力Ⅱ装整流罩,形成平稳过渡的融合体,采用内藏式导弹挂架和可收放式起落架,可拆卸的导弹或副油箱挂载短翼,涵道式尾桨向左倾斜,垂尾向右倾斜,其上安装平尾,避免形成垂直反射角。整个机体高度融合,接缝很少,并在特定部位涂有吸波材料,风挡及座舱盖均采用平面多角形设计,并镀上透明反波镀层。
为减少红外辐射,作为世界上最“冷”的直升机,它综合运用了多种红外抑制技术:如发动机喷口在机身后尾梁两侧,呈“带状”的小喷口之间有一定间隔,喷气流向F45度角,喷口外有多瓣形消声降温装置,采用风冷冷却,冷热流量之比为1.5比1,使机身两侧的红外辐射强度大约只有“阿帕奇”的1/5。冷空气源在机身上表面旋翼轴后面,根据流场压力分布自动从进气口吸入,避免了使用产生噪声源的压气机或风扇之类的动力装置——这套系统能使喷气流速度降低一半。
直升机的隐身与固定翼战斗机不同,直升机必须考虑地面人员听音甚至目测发现的可能。“科曼奇”采用后掠的旋翼桨尖,涵道尾桨、喷气口消声装置、低速飞行时降低旋翼转速等办法减少噪声。实验表明,人发现“阿帕奇”的距离是“科曼奇”的1.5倍,对于反直升机声控地雷的探测装置来说,探测到“阿帕奇”的距离是“科曼奇”的4.5倍。已知OH-58的噪声为98分贝,估计“科曼奇”的机外噪声约为94.5分贝。
“科曼奇”身形细长,座舱采用可减少阳光漫射的平板玻璃,并在表面涂有暗色无反光涂料,同时它的5片桨叶转速为5.75转/S,两者相乘结果为28.75赫兹,即所谓“弗利克”频率。试验表明,如果频率大于22赫兹则肉眼不易发现闪光,如小于12赫兹则较易发现。由此可见,“科曼奇”在缩短肉眼发现距离方面也下了不少功夫。
发现=摧毁
“科曼奇”执行武装侦察任务时主要运用被动侦察手段,如红外探测仪或照相机、微光电视等。波音公司宣称,其对目标观测的距离为现役侦察直升机的2倍。最为突出的是其侦察任务是用计算机辅助计划的,能以最短时间将所发现的目标资料与原来存储的数据做对比分析,从而发现新目标动态,并将最终得出的目标数据与战场态势在显示屏上显示出来,将其近乎实时地传送回指挥中心。这使从侦察机发现战场目标到指挥官下令攻击力量出击的总时间缩短到10分钟左右,如果战场上空已经有攻击飞机就可以立即作出反应。此外,“科曼奇”的“实时图景”还可以立即传送给有相应接受设备的其他武装直升机。
在目视侦察能力方面,设计人员为飞行员配备了头盔瞄准具。“科曼奇”可利用机头的红外激光夜视仪将图像传输到飞行员头盔的夜视镜上,其视场角达35×53度,而“阿帕奇”只有30x40度。另外,机头红外观察仪的波长为8-12微米,可在夜间发现8-10公里外的坦克。
“科曼奇”的信号传输通道能完全兼容美国陆军的188 220标准、空军的AFAPD标准、海军/陆战队的战术通信标准和“三军战术信息联合分配系统”,所以它侦察到的信息能三军共享。其配备有2个多余度的任务计算机和三套数据总线:一为军用飞机现用的1553B标准总线,一为高速光纤总线,一为极高速光纤总线。三者可以互为余度,在发生故障时维持系统的运行。
与传统侦察直升机不同,武装侦察直升机要求对发现的目标即时摧毁。因此尽管机体不大,但“科曼奇”还是可以携带864公斤的武器。其武器舱内置,每个舱门内侧有3个挂架,可挂3枚“海尔法”、“陶”式或6枚“毒刺”导弹,也可挂载81毫米火箭发射筒。机头下方有一门加特林3管20毫米旋转式航炮。对空射速为1500发/分,备弹量500发。不使用时,航炮可收入机身内,瞄准系统与头盔瞄准具交联。
当执行非隐身任务时,“科曼奇”可在机身两侧加装一幅短翼,翼下挂2×4枚“海尔法”或2×8枚“毒刺”导弹,也可挂32枚70毫米“九头蛇”火箭。该短翼还能另带2个1700升副油箱。弹舱若不挂弹可改为425升油箱,而机内的正常油量为1142升。通过加载副油箱,“科曼奇”的转 场航程达2000公里以上。
全球高危地区作业
直升机的生存力包括两个方面,一是作战生存力,如受到敌方武器攻击时的“抗损”能力,一是“正常抗坠毁”能力,即飞机坠毁后的人员生存能力。
“科曼奇”尾翼能承受12.7毫米弹丸的打击并在一片旋翼损失后飞行30分钟,机体可承受23毫米弹丸的直接打击。座舱还具有三防功能。此外,“科曼奇”在美军直升机中首次计划装备弹射座椅,当直升机以12.8米/秒的垂直速度坠地时,该弹射座椅的有效概率高达95%。
武装直升机的低空机动能力对提高作战生存概率关系很大。低空作战要尽量减少暴露于敌方火力的时间。“科曼奇”的最大正过载是2.5G,负过载是负1.0G,使它能在离地高度不大于5米的情况下,以最大速度冲刺时用6秒越过一个100米的“鼓包”。
美陆军为保证新型直升机的生存性能,在项目一开始就提出采用双发布局。“科曼奇”的动力装置为艾利逊_力口特雷公司的2台T800-LHT-800涡轴发动机,每台最大功率1165千瓦。两台发动机基本上独立工作,当其中一台发动机无法运行时,仅靠一台发动机也足以保证直升机返航。
与同时期研制的F-22战斗机一样,“科曼奇”的可维修性要求非常严格,原先指标为:复飞所需时间3小时15分钟(加油及装弹)。平均飞行1小时维护工作量为205小时;转场飞行需5名机务人员;要求8个人在20分钟内将1架“科曼奇”部分拆解并装到C-130运输机上,并可在22分钟内将其重新装配并交付。美军现役的运输机都能运送“科曼奇”,将其装进或卸下的时间平均为22分钟。C-130可装1架,c-141装3架,c-17装4架,C-5可装5架。
重生的海市蜃楼
由于国际形势的变化和技术的飞速发展,“科曼奇”的研制周期长达20多年。尽管原型机早在1996年1月就进行了首飞,但它的科研、采购费用已大大超出了预期,其单机成本由当初军方估计的890万美元上涨至590075美元,总耗资达69亿美元。如此庞大的支出让军方难以承受,而且严重影响了陆军的航空现代化进程。于是,2004年2月美国军方取消了“科曼奇”项目,转而寻求充分利用“科曼奇”的研究成果和其项目取消后的结余经费大力推行现有装备的升级。
然而“科曼奇”项目取消后,美国面临严峻的反恐形势,又急需一种性能先进且低成本的新型武装侦察直升机来替代OH-58D“基奥瓦勇士”。贝尔直升机公司和波音公司参与了竟标,最终经过严格的方案评估,贝尔公司战胜了波音,拿到了生产368架直升机的大单,军方正式为其编号为ARH-70,绰号“阿拉巴霍”。由于OH-58D的承包商也是贝尔,两者都是从“贝尔”206发展而来,因此存在诸多共性。但ARH-70在各项技术细节上还是有着全面进步,尤其是可靠性提高了18倍。
2005年8月9日,美国陆军副参谋长理查德·科迪同贝尔公司签订了一份价值22亿美元的ARH生产合同。2006年7月20日,贝尔在其位于阿拉巴马州的红石兵工厂完成了首架“阿拉巴霍”原型机,并进行了一个半小时试飞。但在2007年经历了由停产到复产的波折后,2008年10月16日,由于美国防务部门未就ARH项目的62亿美元支出向国会作出证明,航空装备办公室正式终止了该合同。然而仔细考虑个中缘由,ARH项目的下马其实主要还是由技术问题促成的。
由于“阿拉巴霍”对传感器套件的要求极高,但开发商始终无法解决整机的系统性缺陷,集成性不达标,使得生产进度缓慢,并将首套系统单元的交付日期从2008年9月推迟至2009年11月;严重的技术问题和一拖再拖的项目进度直接导致ARH-70的成本高涨,已超出预算75%之多,而单套设备的成本也从850万美元猛增至1450万美元。贝尔直升机公司的母公司Textron估计,若完全履行合同他们将损失10-20亿美元之多。
最后的武装侦察直升机
结构设计ARH-70“阿拉巴霍”武装侦察直升机采用单旋翼带尾桨布局,机身上部从前至后依次安装有主减速器和一台HTS-900-2涡轴发动机。该发动机由霍尼韦尔公司研制,额定功率723千瓦,采用经过验证的、十分成熟的T800涡轴发动机的核心架构,特别是双余度全权限数字式发动机控制系统,大大提高了飞行安全,减少了飞行员工作量,并延长了大修间隔时间,成本当然也随之降低。“阿拉巴霍”的设计航程为362公里,续航时间2.33小时。其燃油装在2个互连的抗坠毁软油箱中,前油箱在座舱前排座椅下方,主油箱在后排座椅后下方,标准可用燃油量为484升,还可以在座舱中增加辅助燃油箱,可用燃油量75升,从而增加了续航时间。
ARH-70采用经OH-58D改进而来的4片桨叶旋翼、尾桨和减速器系统。旋翼全部由复合材料制造,转速413转/分。桨叶由大梁,NOMEX蜂窝和增强玻璃纤维蒙皮组成,前缘采用了抗磨蚀不锈钢包条。为了降低旋翼振动和噪声,复合材料的无铰桨毂装有减小旋翼振动的高效阻尼器,旋翼轴与机身之间的连接采用了软安装支架隔声系统。前机身包括驾驶舱和座舱为铝合金蜂窝结构。机身两侧舷窗面积比原型机增加了35%,采用可减少阳光漫反射的平板玻璃,扩大了驾驶员和乘员视野,利于城市作战的快速反应。机头和机身下部为新型合金蜂窝芯,以增加耐磨蚀性。座舱侧壁敷设防雷击的铜丝网夹层。驾驶舱和座舱两侧采用铰接式复合材料舱门,所有舱门的把手都是凹进去的汽车型内外把手。
座舱后部为中机身,主要是发动机舱和行李舱。中机身内为铝合金结构,两侧是整体碳纤维增强复合材料蒙皮,节约了制造费用,减轻了机体重量。发动机舱有隔热钛合金夹板和前后防火墙。发动机及传动轴由复合材料制造的整流罩包覆。后机身为碳纤维尾梁,尾粱中部装有铝合金蜂窝结构的固定式平尾,平尾两端安装后掠式端板,前缘有前缘缝翼,有效改善了平尾的工作效率。尾梁末端安装的垂尾分上、下两部分,下垂尾底端装有尾撑以保护尾桨。2片桨叶尾桨由凯芙拉/NOMEX蜂窝材料制成,具有更大拉力。在风速达到65公里/时的条伴下,不管风向如何,均能保证对直升机航向操纵的要求。
ARH-70采用滑橇式起落架,该起落架是从“贝尔”206L“远程突击队”起落架的基础上发展而来,结合了新的旋翼地面共振特性,不再装液压或弹簧减振装置,并在外侧阻尼衬垫之间中心点处装有后十字交叉管。
为了提高战场生存能力,ARH-70的发动机喷口部位安装了一种排气红外抑制器,用于抑制发动机排出的热量,增加敌方探测难度。同时,贝尔直升机公司还在ARH-70的机头、风挡和旋翼等雷达波强反射部位采用吸波材料或吸波涂层,以降低RCS。
美国陆军要求一架ARH-70A由 C-130或C-17“环球霸王”|||运输机运抵目的地后,能在15分钟内恢复飞行状态。为此,贝尔公司为ARH-70设计了可折叠的主旋翼和可拆卸的武器挂架、垂直尾翼及水平尾翼。另外。驾驶舱装有利顿公司的液晶有源矩阵显示器。仪表板上有8个液晶显示器表。其中3个分别显示扭矩、燃气温度和燃气发生器转速,并可记录事件和超限数值。仪表板照明可调节背景光,仪表板故障间隔时间为79800小时,可方便地拆卸整个仪表座进行维护。头顶断路器板由铰链固定,可向下打开维护。
数字化侦察平台为提高“阿拉巴霍”的侦察能力,贝尔公司采用了FLIR系统公司的BRITEStar||传感器转塔。在这种圆球状转塔中,不仅包括具有优异测距性能的第三代热像仪、微光电视摄像机和激光测距器,还增添了激光指示器和激光光斑跟踪仪,并可根据任务需要加装自动跟踪仪、整体瞄准模块、可逆转塔、MIL-STD-1553B和RS-232/422数据链,以及ARINC界面等多种设备。ARH-70凭借着先进的前视红外系统,无论是在恶劣天气还是黑夜等条件下,都能发现目标动向,将实时作战信息提供给联合作战部队。
与OH-58D所采用的桅顶观察仪不同,ARH-70将目标截获传感器转塔悬挂在了机头下方,可获得良好的前向视野,非常适合于城市侦察。而且这种结构无需考虑主旋翼旋转和振动的影响,不仅减轻了重量,还相应降低了成本。
同“科曼奇”的信息战理念相似,A RH-70同样装备了数字化驾驶舱。该座舱的显示系统同OH-58D止的设备相比具有更好的用户界面。其装备的通信一识别系统包括。蓝军跟踪者”,升级的数据调制解调器、卫星通信设备、UHF/VHF电台、二级UAV控制仪、无线电发射机应答器、内部通信网络。导航设备包括H-76AcE全球导航系统、VOR/ILsx系统、数字式地图、雷达高度表、ARN-1 53-V4“塔康”导航系统、EGI系统等。AR H-70还计划装备FLIR系统公司的“目标截获传感器系统”、罗克韦尔一柯林斯公司的“通用航空电子系统”以及升级的通信软件,以进一步提高其信息化、协同化作战能力。
火力作为OH-58D点升机的替代者,ARH-70不仅拥有出色的侦察能力,而且能携带各种空对空和空对地武器主动攻击。它在机身两侧分别安装一个悬臂式武器挂架,可以根据作战需要挂载各种轻型武器。如七联装70毫米Hydra70火箭发射巢,可装备38枚火箭弹。双联装AGM-114“地狱火”式反坦克导弹发射架,双联装“毒刺”导弹发射架等。机身上安装1挺GAU-17 7.62毫米或GAU-19 12.7毫米机枪,射速2000发/分钟。
根据使用需要,AR H-70未来还可能携带‘‘先进精确杀伤武器系统”和“联合通用导弹”。同时为增强防御能力,ARH-70在机头两侧都安装TAN/APR-39B(V2)雷达告警接收机和AN/AAR-47(V2)导弹逼近告警器,机身上则安装了AN/ALE-47红外对抗布撒器。