计划到首飞

计划到首飞

对西科斯基公司的雇员和当地的公众来说，1972年是令人振奋的一年，UTTAS项目的获得使得公司未来一片光明。拿下UTTAS项目之后，西科斯基公司有可能一扫在直升机生产上持续15年的萎靡不振，并停止连年不断的裁员，这也是西科斯基公司多年来首次在陆军直升机竞标中获胜。为了赢得UTTAS项目，西科斯基公司组成了强有力的领导团队，提出了明确的研制思路，采用了正确的技术理念，研发了创新的设计方案。无疑，在此基础上研制出的新技术直升机必定能够满足军方的所有要求且价格合理，美国陆军没有理由拒绝。

初选中标之后，西科斯基公司的重点转到设计、制造和演示验证比竞争者更好的原型机上面来。由于贝尔公司出局，现在只剩西科斯基公司和波音·伏托尔两家公司争夺最后的胜利。在拿到最终生产权之前，双方要经受52个月的竞争比对测试。但有一点毫无疑问，最终的赢家必将对今后几十年的美国直升机工业影响深远。此时，研制成功的原型机成为两家公司最紧迫的任务。为了让自己公司的YUH-60A能比波音·伏托尔公司的YUH-61A领先一步实现飞行，西科斯基公司下定决心要赶在合同规定日期之前完成UTTAS原型机首飞。

事实证明，西科斯基公司确实做到了。回顾这段历史，设计、制造、调试原型机的过程还算容易，但实现原型机首飞才是该项目最为艰难的一步，西科斯基公司在这一点上遭遇到的困难完全始料未及。

UTTAS项目的初步工程设计阶段（BED）正式开始于1972年8月30日，当天西科斯基公司总裁韦斯利·库尔特与美国陆军航空系统司令部的莫里斯·施奈德签订研制合同。合同金额接近6200万美元，包含研制成本和奖励金，西科斯基公司根据合同要制造3架飞行测试机、一架地面测试机和一架静力测试样机。合同文件量很大，总共有2307页。其中437页用于描述直升机技术要求，规定鉴定工作流程的有575页，还有600页专门对各种工作做了规定。

对比31年前，也就是1941年伊格尔·西科斯基与陆军航空兵签订XR-4原型机合同时的情况，UTTAS的合同签订过程已经相当成熟了。当时那份合同总共就一页纸，规定了直升机的技术要求，结果从此一个全新的产业出现了。西科斯基公司的XR-4直升机是在1941年3月签订的合同，10个月后就进行了首飞。4个月后飞往俄亥俄州代顿市的赖特机场接受验收。飞行验收7个月后，陆军航空兵将第一份生产合同授予西科斯基公司，其意义远不只是生产一种直升机。

西科斯基公司R-4直升机（右）与“黑鹰”直升机（左）。R-4是美国陆军航空兵使用的第一种机型，也是世界上第一种量产直升机，二战期间该机最快生产速度为每月10架

从获得原型机研制合同到最终赢得量产合同为止，UTTAS初步工程设计阶段按时间顺序排列的所有标志性事件

5年内，西科斯基公司向政府交付了近500架R-4、R-5和R-6直升机。如此大的生产量表明直升机已经在美国陆军中站稳了脚跟并成为航空领域的一部分。

对于UTTAS项目来说，YUH-60原型机的生产进度尽管远不如XR-4那么急进，但由于几家生产商的竞争使得该项目具有很大的挑战性。下表列举了UTTAS项目从原型机到获得生产权期间的一些重大事件。

飞行活动安排在合同授予26个月之后开始，比合同规定的早两个月。首架原型机在首飞前两个月出厂。首架机的生产提速确立了各项保障活动的技术协调。这些活动包括每个总装位置、机身型架的加载、零件和配件完备、原材料和采购零件的到货日期、工艺装备的制造和图样发放的进度计划。

根据直升机硬件的可用性安排了实验室测试设备和装置，飞行仪表和数据遥测装置也是如此。签订合同后的头两年都耗在这项工作上，在此期间，一些重大事件都按照提速的进度完成了。在发出了大约2500份图样后，同陆军人员一起对设计进行了初步和关键设计评审。直升机工艺装备、工作指令、部件生产和材料采购单交付都按计划进度完成。静力测试样机、地面试验机和3架飞行测试机的装配都没有遇到重大问题。

UTTAS项目期间与陆军人员共事，使西科斯基公司工程师对陆军前十年间在旋翼机技术专业知识方面所取得的进步印象非常深刻。从笔者的角度看，官方直升机学科的重心在20世纪50年代位于空军赖特·帕特森空军基地，20世纪60年代转向海军宇航局，70年代转到了陆军航空系统司令部。

詹姆斯·E.坎皮恩

肯尼斯·M.罗森

设计成本计划控制系统

在可交付的合同当中，不是只有UTTAS直升机需要进行设计和测试。那段时期，官方要求签约方具有有效的成本计划控制系统（CS）²，尤其是签约方所使用的需官方支付的费用类合同。在这个系统中，所有计划性工作都划分成较小的、易于管理的一揽子工作，指定负责人安排进度和预算。对成本和进度计划方面的实际情况持续进行评估，任何调整都要向管理层和客户报告。根据信息可以判断项目状况是否正常和是否需要在问题变得不可控、漏洞太大前采取补救措施。

西科斯基公司任命财务部的詹姆斯·E. 坎皮恩为UTTAS成本/计划调度经理，并在其带领下制定公司自己的计划，以满足（CS）要求。坎皮恩的任务就是研发一套系统，供经理使用并据此在需要时采取纠正措施。对使用人员进行培训后，系统还必须经过陆军和三军小组的批准。如果没有经过批准，无论原型机性能多优良，生产提案多具吸引力，西科斯基公司都不可能获得生产权。

高管层参与此事有助于系统在内部推行。首先需要向财务部门推行，财务部门的文化修养并不是建立在立竿见影的实际运行成本和计划之上的。成本计划控制系统的价值在于为负责计划管理工作的人员提供立即的反馈，以便能及时采取纠改措施。由于原有观念根深蒂固，推行这样一套直接明了的系统将需要高管层的支持，对此西科斯基公司总裁给予了全力支持。

系统由坎皮恩和他手下的10人小组负责制定，被称为“西科斯基公司项目运行跟踪系统”（Sikorsky Program Operations Tracking System），首字母缩写为SPOTS。这个系统制定出来后，对UTTAS项目组几百名成员进行了培训，为系统的贯彻执行和获得批准做好准备。培训期间，重点主要放在让使用人员能够迅速地看到其工作成效，及时防止出现重大的成本或计划调度问题。在陆军（CS）评审小组初次来访，审查西科斯基公司是否已经做好准备演示SPOTS期间，小组要求与一位具有代表性的一揽子工作负责人进行谈话。坎皮恩选择一位工程师接受谈话，他选择的是肯尼斯·M.罗森。这一选择绝对不是随机的，因为罗森绝非一位普通的工程师。罗森为赢得UTTAS项目曾做出过重大贡献，首先是YUH-60A推进系统设计，之后又为“黑鹰”项目工程管理立下汗马功劳。后来罗森出任了西科斯基公司负责研究和工程的副总裁。

罗森不负众望使陆军小组当时即宣布了西科斯基公司已做好准备可以进行官方批准程序。1973年2月得到美国陆军批准，并于1个月后得到了三军的批准。SPOTS成为首个政府按照成本计划控制系统要求采用的完全计算机化系统。这对西科斯基公司和陆军UTTAS小组来说都是一项重大成就。

在得到三军批准后不久，各军种人员纷纷向西科斯基公司提出申请要求进行SPOTS培训。坎皮恩和他的小组与陆军、海军、空军以及国防审计局联合为国防系统管理学校和赖特·帕特森空军基地的空军技术学院开设了一周的培训课程。所有关于SPOTS的培训和讨论的目的都是为了增强一种观念，即西科斯基公司是UTTAS生产项目的最佳公司。

UTTAS项目中的地面试验机正在进行关键应力与运动、发动机与机体相容性、发动机应力与振动测试，诸如安装调整试验、飞行前验收试验、传动系统的200小时军用合格试验等一系列试验都是在地面试验机上完成的

测试故障威胁首飞

首架UTTAS原型机在批准飞行前需进行大量测试，查找有可能危及飞行安全的异常情况。适航资格规范要求这些测试要在直升机部件有测试装置的情况下开始进行。实验室和地面测试开始不久就出现了几次故障，这证明了试飞前全面测试项目的价值和必要性。其中有两次故障尤其致命，一次来自弹性轴承旋翼，另外一次是和传动系统有关。两次故障如果是在飞行过程中发生将很有可能带来灾难性后果。

采用毂轴结构测试设备对整个旋翼毂组件的过应力进行测试的过程中，旋翼系统出现了问题。在载荷和运动高于飞行水平的情况下进行测试时，弹性轴承内的不锈钢薄片的疲劳损坏造成其中一个球形弹性轴承彻底报废。这个故障导致桨叶连接轴的外侧运动达到测试设备的极限。如果这个故障发生在飞行过程中或旋转试验台上，结果都会是灾难性的。这次故障非常严重以至于对西科斯基公司的UTTAS项目造成了威胁，因为公司的弹性轴承旋翼没有备用的设计方案。幸运的是，他们很快就发现薄片损坏是由测试条件加速，以及不锈钢合金的薄片疲劳强度较低造成的。通过对某些薄片进行应变测量，发现在测试装置中模拟的桨叶挥舞振幅较高，造成薄片振动弯曲应力要比最初所使用的不锈钢所能承受的要高。弹性轴承旋翼是罗德公司设计并制造的，在该公司的及时支持下，采用一种疲劳强度更高的合金进行了替换，为旋翼塔测试和首飞及时、彻底地解决了问题。

第二次严重故障发生在地面试验机上，对于首飞来说，在所有计划的地面测试中，没有任何测试比地面试验机运转更重要。地面测验机是用地面锚链固定在试验台上的UTTAS原型机，通过完全动力谱运转。地面试验机试车是所有推进、传动和旋翼系统都通过真实控制系统在真正机体上同时运转的首个测试。陆军要求在授权许可启动飞行活动之前地面试车50小时。这项试验于1974年9月完成。这是最后一次强制性飞行前测试，是陆军进行安全飞行检查的阶段。地面试车发现了一个最重要的问题是UTTAS尾部和中间减速器没有使用润滑脂。设计人员建议两个减速器使用润滑脂来提高弹伤承受力，因为这样可以减少润滑脂从减速器外壳上的弹孔中漏出。使用润滑脂还有一个目的就是通过提供永久性密封组件来减少维修。这些都显示了润滑脂的优势，也是吸引陆军的所在，所有台架测试都表明性能良好。

但是，直升机系留测试很快暴露了一个问题：由于润滑脂本身是绝热的，如果出现局部齿轮过热的现象，减速器温度传感器将无法探测到，这要么是由润滑脂本身要么是由减速器内装油脂的装置设计缺陷所造成的。由于中间减速器冒烟，地面人员才发现减速器过热，并在起火之前马上停止了地面试验机的地面试车。这次经历的结果就是立即重新使用传统的润滑油及时保障首飞进度。

UTTAS测试团队由沃尔特·A.莱恩带领，他的团队曾负责过适航性规范的准备和磋商工作。整个UTTAS原型机研制项目的地面和飞行测试活动都由莱恩指挥。之后莱恩还负责管理西科斯基公司位于佛罗里达西棕榈沙滩飞行测试机构的所有工程工作。安迪·拉帕太和弗兰克·克鲁兹作为他的助手，分别负责指挥所有地面测试活动和飞行测试项目。尽管存在前面所说的技术问题，他的团队还是按要求及时地完成了所有地面测试。最重要的是，与陆军人员成功地进行了规定的安全飞行检查，并按计划获得了飞行许可。

总体来讲，规定旋翼和传动系统要进行整100小时的地面测试。另外还对很多动部件进行了实验室疲劳测试，在飞行活动开始之前保证疲劳寿命裕度。为了弄清故障模式进而了解该部件需要加强的部位，对部件断裂点进行过应力疲劳测试是最理想的方法。但公司市场部内部担心的是疲劳测试断裂的每个部件可能会引起客户的焦虑。但是飞行标准和UTTAS项目的技术人员并未感受到这种担心。他们非常清楚疲劳测试的结果，在低应力级累积高周后是不会产生任何故障的，部件所受应力达不到故障值就对弄清关键故障模式起不到什么作用。

第一副UTTAS项目旋翼正在西科斯基公司功率为5884千瓦的旋翼试验塔上接受测试。对旋翼的测试在弹性轴承薄片问题被解决后开始。军方要求的100小时飞行前验收试验于1974年8月完成

“十字交叉梁”尾桨被安装在运转台上验证其稳定性、性能与适航性。军方要求的50小时飞行前验收试验于1974年8月完成

不同于传统的旋翼和尾桨测试台，西科斯基公司专门为UTTAS项目设计了主减速器测试系统，以适应其轴角度、输入轴间隙和座架。在飞行前验收测试中，主减速器的测试扭矩为正常飞行时的1.1倍。西科斯基公司于1974年8月完成了100小时不间断运转测试，一个月后完成200小时军用合格试验

在初步工程设计阶段的大部分时间里，美国陆军航空兵系统司令部飞行标准部在西科斯基公司派驻了一名工程师，负责评审测试报告并监管测试活动。但让客户代表自由出入测试实验室并接触所有工程数据，还需要对公司内部文化进行一些调整。结果表明，代表的参与对于和美国陆军航空兵系统司令部就测试结果进行交流，以及在必要时及时改变方向起到了至关重要的作用。代表还敦促陆军加快了测试计划的批复，如果接到批复较晚很可能会延误测试的开展。陆军派驻西科斯基公司的这位重要的工程师就是杰克·凯姆斯特，由飞行标准部任命。

首架序号为21650的飞行样机完全按合同规定进度进行了制造。这对公司和陆军UTTAS项目办公室来说都是一项重大成果。1974年10月中旬获得陆军的飞行许可，团队也开始进入飞行测试研制阶段。

在这一项目处于最佳状态时，西科斯基公司和陆军均未料到在飞行活动开始不久就遇到了众多挫折。签订UTTAS合同的头两年里，公司的关注点主要集中在原型机首飞上，这在预算范围内提前完成了。但接下来一年半时间里的关注重点就转移到了千方百计解决重要技术问题上。实现UTTAS原型机飞行已成为该公司压倒一切的任务。

第一架YUH-60A，序号为S/N 21650，于1974年6月28日出厂，距合同签订仅22个月。这是准备开始飞行前系统运转和检查飞行数据仪表系统

1973年，西科斯基公司参与竞争美国陆军的武装攻击直升机，它最大限度地采用了UTTAS项目中的成果，如动力部件和尾翼，采用了纵列式座椅和机体下方的回转炮塔。如果制造这种UTTAS第一次改型机并进行飞行试验的话，那么提高旋翼的高度可能是它将进行的主要设计改进

改进型号胎死腹中

在原型机设计和制造过程中，1973年有了一次研制首架UTTAS改进型号的机会。尽管后面将对一长串非常成功的“黑鹰”改进型号进行描述，但首次研制改型的尝试开头却很不顺利。当时西科斯基公司打算利用UTTAS部件制造一种新型武装攻击直升机。但YUH-60A原型机还未试飞，对“黑鹰”进行改型的首次尝试过程就结束了。

1969年，AH-56A“夏安”项目取消后不久，陆军就开始着手研制一种新型武装攻击直升机（AAH），其速度能力较AH-56A所规定的更加适中一些。巡航速度降低到纯直升机的能力范围内，因而不需要辅助推进力和机翼来卸载旋翼。很明显，在“夏安”项目终止之后，风险性小是陆军对武装攻击直升机性能要求的一个因素。普遍认为，20世纪70年代初旋翼机技术显然没有成熟到能够研制出低风险复合式直升机的水平，因此不能实现最初先进空中火力支援系统的目标。

1973年发布新型武装攻击直升机招标书时，UTTAS正在设计过程中，很明显其性能和生存性要求都与对UTTAS的要求非常相似。新型武装攻击直升机145节的巡航速度、35摄氏度、1219米高空每分钟137米的爬升率，以及续航能力都与UTTAS相似，甚至预期的总重都与UTTAS的十分相似。

由于这些相似性，西科斯基公司寻求为整个UTTAS推进系统、旋翼和尾桨，以及传动系统匹配一个符合武装攻击直升机要求的专用新机身。这种方法的合理性在于两条产品线之间昂贵的升力和推进系统的共同性将会给通用运输和武装攻击直升机项目在采购和运行保障耗资方面节省大笔开支。这一概念看起来很有吸引力，至少公司内部是这样认为的，西科斯基公司于是决定竞争AAH项目并建立团队拟制提案，争取再次斩获一个陆军项目。下图为西科斯基公司具有UTTAS升力和推进系统的AAH候选设计方案的全尺寸图。

但此次竞标并未成功，UTTAS/ AAH未能问世，也未有任何回旋的余地。陆军可能感觉到将两个重要的直升机项目交给同一家公司会增加风险系数，尤其是西科斯基公司当时还不是陆军熟悉的签约方。

陆军的AAH项目最终除了产生非常成功的AH-64“阿帕奇”直升机外，还使该机型的生产商休斯公司得以跻身为与贝尔、波音和西科斯基公司一样的主要直升机生产商。最重要的是，AAH项目使陆军的作战能力得到了大幅提升。它提供了针对装甲车和地面战斗部队的杀伤力，这是当时任何旋翼机都无法匹敌的。另外，AH-64的设计还为飞行机组成员提供了史无前例的对高密度威胁的防护能力。（未完待续）

编辑：王昕