大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

# 寫在前面

這是我關於科曼奇所寫的第七篇文章,不出意外,也應該是近期的最後一篇科曼奇文章了,幾篇文章加起來也有過萬的文字量了,應該是已經把科曼奇的研製歷程、下馬原因、卓絕設計、細節匠心等內容講了個大概,對其研製、發展、隱身特點、設計技術感興趣的讀者朋友可以翻閱本號此前的文章進行閱讀。

本文將重點介紹科曼奇為保障性要求做出的設計考量並以科曼奇的總體佈局和技術性能參數作為系列結束內容,與諸君共賞。

很早之前就有讀者朋友希望我講講米-24等蘇聯經典直升機,下一篇我就從米-24開始介紹,如果有其他希望閱讀到的內容,可以評論留言討論。

本號持續針對空天領域理論、設計、未來等相關內容進行深度解讀,歡迎關注。

# 機頭掛載的20-mm 加特林機槍

在科曼奇的機頭下方,掛載著一挺20mm 的加特林機槍。它能實現240°的左右擺動以便朝途經的目標開火,同時它還能向上抬起15°、向下低頭46°。它還能進行180°旋轉以便重新裝彈。設計師對彈藥的裝填路徑進行了精細設計,最大限度降低了卡彈的風險,並且最大限度提升了彈藥裝填的效率。科曼奇的機槍設計了兩套射擊速率,一套是每分鐘750發,另一套是1500發。在飛行中,該機槍還可以實現動態的膛內瞄準(Dynamic Boresighting;此處如有更好的翻譯方式,還請在評論區不吝賜教)。

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

圖——科曼奇前掛機槍示意圖

# 保障性

由於美國陸軍歷史上出現過多次飛行器運營、維護成本過高且可用飛行器數量太低的問題,因此,美國陸軍對於科曼奇的保障性要求非常高,並將具體的要求寫進了科曼奇所在的輕型直升機項目的技術需求中。波音-西科斯基團隊對此採取的措施是——在整個項目的推進中,時刻保持著保障性工程師和飛行器設計工程師們之間的密切溝通、交流、反饋和互補。

因此,科曼奇的很多設計在初步設計方案中就已經計入了保障性要求。在技術允許的範圍之內,科曼奇設計工程師往往會採用儘可能簡單的設計來提升科曼奇的保障性,但是如果飛行器設計和保障性要求起了衝突,研發團隊往往會為了保證滿足保障性的要求而犧牲一部分科曼奇的設計性能——例如重量等參數。

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

圖——科曼奇設計中的保障性設計考量

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關於圖片的說明:

  • 旋翼槳葉為複合材料耐受設計,其技術源自波音的CH-46/47的複合材料技術,邊緣有鎳塗層防腐蝕設計,槳尖為可替換式槳尖設計,能夠在執行不同的任務時加裝最合適的槳尖;
  • 無軸承主旋翼:主旋翼完全不需要密封圈或者任何軸承,可靠性遠勝於鉸接式旋翼,複雜度也大大下降,對於維護保障而言非常有利;
  • 低振動指標:五片槳葉的主旋翼設計,大大降低了共振發生的概率和全機的振動指標,配備了自動跟蹤和平衡設計並且加裝了振動指標監控系統;
  • 鉸接式傳感器包;能夠實現模塊化的安裝和拆卸,並且各部件能夠隔離/密封;
  • 集成的診斷/預診功能:故障或狀況能夠實時記錄、部件的使用能夠實時記錄;
  • 航電設備艙:模塊化安裝和拆卸並且同樣能夠實現部件的隔離和密封;
  • 涵道風扇尾槳:耐受性強的大弦長槳葉設計,同樣具備防腐蝕邊緣鎳塗層,傳動系統和操縱系統的保障性都納入了設計考量之中。

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科曼奇將美國陸軍的三級維護系統要求降低到兩級。飛行器維護的技術級別要求(一般根據軍事職業分類來確定)在AH-64阿帕奇上是15級,而在科曼奇上只需要4級。

科曼奇在前方飛行加油點(FARP;Forward Aricraft Refueling Point)的轉機時間也被降低到12.5分鐘。這個效率主要得益於科曼奇的單點壓力(重力)加油、動力裝載的20mm彈藥以及導彈發射道的清晰佈局。

科曼奇幾乎不需要任何單獨的第三方自動測試設備,因為數字診斷裝置已經集成到了科曼奇的設計中。機槍的膛內瞄準也是全自動的。所有的航電設備都有多級冗餘設計(包括:傳感器、總線、處理器、模組和顯示器)。

科曼奇僅僅只需要12種特製的用戶級工具。機身和旋翼都由損傷容限型複合材料製成,因此在前線作戰中損傷修復的工作量非常小。此種複合材料的損傷修復可以通過冷粘膠來實現。

項目團隊還開發了一套集成訓練系統(ITS;Integrated Training System)通過光纖集成到了頭盔顯示器中。團隊還專門建立了一架全比例樣機來演示人力資源與人事管理綜合集成(MANPRINT;MANpower and PeRsonnel INTegration)。最終設計的結果是相比於美國陸軍現有的直升機維護負擔降低了有40%。

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

圖——LH輕型直升機項目維護需求與現役直升機的對比

# 總體佈局示意圖

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

圖——科曼奇正視圖,全機高度約兩人高

大繁至簡,大巧不工——科曼奇隱身直升機追求極致的保障性設計

圖——科曼奇俯視圖和側視圖,機身寬度僅1.940m,可能比你家床還要短,機身長度為13.064m,全機長度為14.295m

# 技術特點

下述數據是1990年8月份輕型直升機項目中展示的數據:

任務需求:空機重量7500磅,俯衝速度大於170節,垂直爬升率大於500英尺/分鐘,滿載率為3.5倍總重,懸停轉向目標時間為5秒,隱蔽時間小於2秒,等高度90°轉彎小於6秒,0~80節加速轉彎小於12秒;

初步設計實現目標:空機重量7499磅,俯衝速度177節,垂直爬升率1225英尺/分鐘,滿載率為3.5倍總重,懸停轉向目標時間為4.6秒,隱蔽時間為1.6秒,等高度90°轉彎為5.5秒,0~80節加速轉彎為11.7秒。

其他初步設計參數有:通用起飛重量為10088磅,最大起飛重量為12813磅,旋翼直徑為39英尺,槳葉片數為5片,槳葉弦長為15英寸。


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