又一个20飞起来

秦涛

2013年12月23日上午，互联网上又爆出一条消息，某中型直升机在东北某机场成功首飞，媒体一致认为，这架酷似美国“黑鹰”的直升机就是新一代国产多用途中型直升机——直20。

其实，直20的出现早已在人们的意料之中。早在2006年珠海航展的时候，当时的中航二集团就曾展出过一个布局类似于“黑鹰”直升机、却采用了五叶主旋翼和剪刀式尾桨的模型，后来就有人猜测，这是直20计划的肇始。2006年底，中国直升机设计研究所总设计师吴希明接受记者采访时提到了：“8～10吨级机，我们还没有，‘九五和‘十五期间我们进行了大量的型号准备工作，‘十一五左右根据国民经济的需要可能会上……我们要填补8～10吨机的空白”。而到了2012年2月，中航集团直升机设计所副所长黄传跃在接受记者采访时进一步表示，中国正在研制一款10吨级别的通用运输直升机。

直升机装备的相似瓶颈

事实上，世界通行的中型通用直升机概念是美国在总结越南战争经验教训中得出的一个成果。当时美军广泛装备的UH-1系列通用直升机原设计为3吨级直升机，在战争中不断升级，加装各种设备、装甲等，最后增加了约1吨的重量，变为4吨级。但由于原设计的限制，重量增加导致后期的UH-1直升机飞行性能下降严重。最终，美国军方在1972年启动了新型“通用战术运输直升机”研制计划，其成果就是著名的H-60/S-70“黑鹰”直升机。由于设计理念先进、合理，不仅“黑鹰”直升机在全球范围内取得了极大的成功，欧洲在上世纪末研制的NH-90直升机，也是中型通用直升机概念的成功案例。

而直20出现之前，我国直升机装备中所遇到的瓶颈，也与当年的美国有相似之处。从上世纪80年代起，3.5吨级的直9一直是国内装备的主力直升机，由于其发动机功率和起飞重量较小，导致在运用中受到了极大的限制，例如早期的舰载型直9由于增加了“鱼叉-格栅”式着舰装置的重量，使得有效载荷不足，只能单独携带吊放声呐或者鱼雷，必须同时出动双机才能完成反潜任务，直到上世纪末，我国为直9换装了加大功率的发动机（从526千瓦提高到626千瓦），最大起飞重量增加到了4.25吨，才研制出可以单独完成反潜任务的新型直9反潜直升机。所以，我国装备10吨级中型通用直升机的需求也是十分迫切的，这也是直20计划必然出笼的契机。

形似黑鹰

从媒体转载的照片来看，直20在外形上与“黑鹰”有很大的相似性，其总体布局均为双发、单旋翼带尾桨结构，后三点式起落架，不设尾跳板。然而，直20在许多细节部分，与“黑鹰”直升机仍然有所不同，通过目前已知的部分图片与资料，仍然可能对其性能进行一些分析和推测。

首先值得注意的是，直20使用的是五叶主旋翼，与“黑鹰”直升机的四叶主旋翼不同，而与直15直升机的主旋翼相似，由于直20直升机的吨位要比直15大，所以其主旋翼应该是参照了直15主旋翼进行放大设计的。与四叶主旋翼相比，五叶主旋翼的结构虽然要复杂一些，但在发动机工作、直升机飞行时，机体各运动部件的自振频率与旋翼自振频率发生共振的可能性明显减小，可以显著提高搭载乘员的舒适性。这是直20显著优于“黑鹰”直升机的地方，后者由于旋翼离机身太近等设计原因，在试飞时发现存在比较大的振动，不得不装备了笨重的弹簧减振器（后期型号为主动式减振器）以抑制振动。另外，五叶主旋翼的直径可以小于同等升力的四叶旋翼，每叶旋翼负载也比四叶的要轻，这使得直20的旋翼寿命可以更长。

直20的主旋翼应该与直15一样，也采用了全复合材料结构，不仅重量轻，而且寿命长、维护要求低。从照片上可以看出，直20的尾桨并没有采用航展模型上的剪刀式尾桨，而是采用了与直15相似的斜置式尾桨。斜置式尾桨是源自“黑鹰”直升机的一个创新的设计，并被CH-53E、直15等直升机采用。由于有一个向上斜置的角度，斜置式尾桨在产生拉力以平衡主旋翼扭矩的同时，还产生了一个向上的分力，使得直升机的总升力提高，以“黑鹰”直升机的尾桨为例，其在悬停状态时可以产生400磅（约180千克力）的升力，由于尾桨升力的影响，其旋翼直径比无尾桨升力的设计减小了约2英尺（0.61米），而尾桨升力的效率也高于主旋翼升力，产生同样升力的功率消耗仅为主旋翼的三分之一。

直20采用了与“黑鹰”相似的大型全动式平尾，这种平尾通过实时调节攻角，可以保证直升机在任何速度下，都能具有良好的纵向稳定性，当直升机起飞和低速飞行时，平尾采用较大的攻角，可以几乎完全消除主旋翼下洗气流对尾翼的干扰，避免产生纵向不稳定和尾翼振动，而当直升机高速平飞时，平尾可以转为较小的攻角，以适应前飞时迎面气流的流动方向，有利于直升机进行纵向配平，确保纵向稳定性。

直20的机体虽然形状跟“黑鹰”相似，但却明显稍高一些，货舱长度也较长，导致在货舱尾部到尾斜梁的过渡部分不够圆滑，鼓包比较明显。“黑鹰”的机体高度较低，是因为设计时规定必须能装入C-130运输机货舱，而从直20的主旋翼轴整流罩来看，该机并没有刻意压低机体高度的要求，这使得其机舱内部高度可以适当提高，以增加内部容积。但是，较高的机体、较长的货舱也会导致直20的阻力比“黑鹰”要大一些，货舱尾部过渡流线型较差，也会造成紊流区扩大，使得直升机前飞时的方向稳定性下降，所以从照片上可以看出，直20在高大的垂尾下方，还设置了一个尾鳍，其目的就是为了提高方向稳定性。

直20采用了与“黑鹰”、直10、直19相似的不可收放后三点式起落架，这说明直20为战术运输用途做了专门的考虑。固定后三点式起落架抗坠毁安全性好，安装位置可以避开货舱和油箱，在坠落时不至于因为起落架戳穿机舱而导致二次损伤，同时，后三点式起落架的前置主起落架在坠毁时可以吸收部分跌落能量，进一步提高直升机的抗坠毁能力，非常适合在无准备场地、坡地和崎岖地形执行任务的需要。

发动机猜想

直20的两台发动机采用了前输出设计，间距较大，在遭受攻击时可以避免两台发动机同时受伤，提高了动力系统的生存能力。由于吨位达到了10吨级，而且需要有较大的功率储备才能满足战术机动和高原飞行的要求，直20的发动机功率不能太小，按照同等吨位的“黑鹰”、NH-90等直升机来看，其发动机功率至少应该达到1 300千瓦等级。从目前国内公开的直升机用涡轮轴发动机型号来看，可以满足这个要求的，只有直8上使用的涡轴-6C发动机和中法联合研制的涡轴-16发动机。前者的功率为1 360千瓦，已经用于新型号的直8直升机，但由于该发动机的原型是上世纪60年代的技术水平，虽然经过了部分现代新技术的改进，其整体水平仍然比较落后，所以直20采用涡轴-6C发动机的可能性很小。

而涡轴-16发动机是中航工业与法国透博梅卡公司联合研制的新一代中型直升机发动机，早在2011年，涡轴-16发动机就已经在直升机博览会上进行了公开露面。涡轴-16发动机的功率范围为1 200～1 500千瓦，不仅将装备于我国与欧洲直升机公司联合研制的6吨级直-15直升机上，而且其法国型号已经取得了俄罗斯的订单，将用于装备卡-62中型直升机。涡轴-16为双轴式涡轮轴发动机，采用了二级离心式压气机+一级轴流式压气机+二级涡轮的结构，其中离心压气机采用了先进的大小叶片设计，与传统的单一叶片离心式压气机相比，其压缩比和流量都可以得到明显提高，并且叶片的失速边界也得到了扩展，在运行时更加稳定，不易发生喘振，不仅可以大幅度提高发动机功率，还能保证发动机具有较高的可靠性和较长的使用寿命。涡轴-16的翻修寿命可达5 000小时，如果配合“视情维护”程序进行日常维护管理，还可以延长至6 400小时。

巧合的是，中航工业哈飞制造的第一架国产直-15直升机机体结构已经于2013年12月30日铆接下架，预计在2014年进行首飞，这说明了国产涡轴-16发动机的进程也相当顺利。可以推测，直20采用国产涡轴-16发动机的可能性是相当大的。由于涡轴-16的最大功率可达1 500千瓦，虽然直20的机体明显要比“黑鹰”大一些，机体流线型也略差，但较大的发动机功率足以保证直20具有不低于“黑鹰”的飞行性能。