S-76,西科斯基打造的第一架純商用直升機,到底可靠嗎?


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。該機的目標應用場景有多個,包括

①能夠承載12名乘客(工人)往返海上石油鑽井平臺;

②能夠承載6名乘客的高端VIP客戶運送;

西科斯基公司和其母公司聯合飛機公司自籌了該機從設計、開發到認證整個過程所需的所有資金而沒有接受任何外部注資。

值得一提的是,S-76型直升機的技術基礎正是西科斯基公司在1972年為美國陸軍的“通用戰術運輸系統”(UTTAS;Utility Tactical Transport Aircraft System)所打造的大名鼎鼎的黑鷹直升機(軍方代號UH-60,西科斯基公司內部代號S-70)。尤其是S-76繼承了黑鷹直升機先進旋翼系統的全部優點,包括特別設計的槳葉翼型分佈、扭轉分佈、槳尖後掠和尖削設計,在材料方面,黑鷹直升機的鈦材槳葉大梁設計也被“搬運”到了S-76上,同樣被“拿過來用”的還有黑鷹直升機的彈性主旋翼槳轂設計以及交叉梁無軸承尾槳設計。

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從總體佈局來說,S-76型直升機屬於一種中型雙發商用直升機,由兩臺渦輪軸發動機為主旋翼和尾槳提供動力,同時驅動全機的液壓系統和機載設備,該機的主旋翼和尾槳都是由4片槳葉構成,其起落架為可收放式起落架。

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。

該機的VIP行政運輸版本還為機艙加入了多重隔音設計,使得其機艙相當安靜,乘員完全不需要攜帶耳機就能直接交流甚至在機艙中進行辦公。當時西科斯基推出S-76的目的就是為了取代當時很常見的用於中短途商務客運的小型商務飛機。

開始的時候,西科斯基在UH-60黑鷹直升機的基礎上開發了這種商用直升機,並將其命名為S-74,但是之後為了紀念美國建國兩百週年,該機被重新定型為S-76 Spirit(精神;雖然不知道為啥從74改為76就算是紀念了)。這種設計可以容納2名飛行員和12名乘客,以方便海上石油鑽井平臺工作人員變動的運輸需求。早期版本的S-70採用了兩臺阿利森 Allison 250 C30渦軸發動機提供動力,每臺發動機的功率為650馬力(起飛功率)。1977年3月13日,S-70的第一架原型機完成了首飛測試。1980年10月9日,西科斯基公司決定放棄Spirit這個名字,因為公司高管發現這個名字被翻譯成外語的時候出現了各種意想不到複雜情況(比如說在中文中,Spirit還有幽靈的意思)。

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△在一處海上石油鑽井平臺,S-70正在進行人員輪換的運輸工作

該機的第一種生產型號是S-76A型。在1982年,S-76A創造了中型直升機在前飛速度和爬升速度方面的12項世界紀錄。其中最引人注目的一項記錄就是在一條500公里的封閉賽道上達到了345.7公里的時速。

有不少航空公司運營S-76A型直升機的定期航班,其中班次最多的就是加拿大大不列顛哥倫比亞省溫哥華的Helijet國際航空公司,該公司的一架S-76A型直升機(編號:760074)在2012年2月份被公認為世界上運營時間最長的S-76機身,該機的總的飛行時間達到了37025小時。

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△編號700074的這架S-76A直升機正在進行著陸

而行政版本的S-76型直升機一度都是財富五百強公司高管們商務出行的首選機型。英國專職運送女王和皇室成員的直升機機隊從1998年開始採用一架西科斯基S-76C+型直升機執行相應的運輸任務,而在2009年,一架S-76C++(注意多了個“+”號)接手了這項任務。

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△英國“女王直升機運輸”機隊的S-76C++型直升機

空中救護最初也不是S-76直升機的目標市場,但是該機具備較高的前飛速度、較大的航程以及可以容納兩名病人的機載空間,這在當時的空中救護領域可謂是極具競爭力了的,所以很快空中救護就成為了S-76型直升機的任務市場之一。

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△S-76直升機的空中救護型號

大量採用UH-60軍用黑鷹的尖端技術——S-76的設計特點

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△S-76A剖面示意圖

S-76型直升機的設計目的是為了海上石油市場提供服務,以滿足當時主流的石油勘採商在半徑400海里的離岸石油任務中運載12名乘客和2名機組成員的需求,配備漂浮設備,並能實現A類儀表飛行規則。為了滿足這些實用需求,西科斯基公司在S-76中大量應用了為美國陸軍打造UH-60黑鷹直升機而開發的多種先進技術,其中最主要的就是:鈦合金和複合材料打造的主旋翼槳葉、無軸承式複合材料尾槳、雙線式減振器和簡化的主旋翼傳動系統。

主旋翼的特點:S-76型直升機的主旋翼槳葉主要由複合材料構成,其大梁為鈦材打造,中空設計,是等離子弧焊接和熱成型的橢圓形設計,槳葉外表包裹了玻璃纖維蒙皮,空腔內部則有Nomex蜂窩材料填充。S-76直升機槳葉採用SC1095翼型,其槳葉的扭轉分佈為非線性扭轉,其扭轉設計可以使得懸停狀態下槳葉的氣動載荷分佈更為均勻,從而提升其懸停效率。槳葉葉尖採用後掠下反設計,有利於提升飛行速度和降低噪音。

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△S-76直升機主旋翼槳葉結構細節

Delta-3設計:為了提升S-76的搭乘品質(也就是提高穩定性和減小振動水平)其旋翼系統還設計了最大的17°的槳距錐度角。這種角度設計在直升機旋翼設計中一般被稱為“Delta-3”(或者δ3),其本質是為了解決槳葉揮舞過程中與槳葉變距存在的耦合關係。換句話說,當槳葉在紊流中揮舞的時候,Delta-3角的存在就能夠消除部分變距角帶來的負面影響,以此來防止槳尖失速,從而使得該機飛的更平穩,提升搭乘品質。S-76是通過一個集成移相器的複雜混合單元來納入“Delta-3”設計的。

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△S-76飛行控制和混合器示意圖

無軸承式尾槳:S-76的複合材料無軸承式尾槳主要結構單元為橫樑式翼梁。橫樑式尾槳的設計是為了充分利用單向碳纖維複合材料的特殊性能。尾槳主要由兩套組件構成,每套組件都包含兩片槳葉,因而尾槳總計4片槳葉。連接兩片相對的槳葉的中間梁也是由單向碳纖維複合材料製成,截面形狀為矩形。中間梁在揮舞和扭轉方向是柔性的,但是在擺振(切向)方向則是非常剛硬的。中間梁伸入到尾槳槳葉內部,通過螺栓緊固,兩套尾槳組件的中間梁也呈直角夾緊,形成完整的尾槳。由於不存在各種鉸鏈設計,所以這種無軸承式尾槳規避了很多鉸接式旋翼的不穩定性問題,同樣也不需要潤滑,維護量也極低。

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△S-76直升機的尾槳結構細節

傳動系統:主齒輪箱的最終減速器是一個帶有兩個正齒輪的從動齒輪。這比之前西科斯基公司廣泛應用在直升機上的行星齒輪系統要簡單得多。S-76每臺發動機都有一套單獨的動力傳動系統,各自的系統都會通過一個單齒輪和斜齒式齒輪齧合連接到大齒輪上。尾部的傳動系統默認由左側發動機動力系統來驅動,但是如果左側發動機出現故障的話,右側發動機可以通過大齒輪連接到斜齒式齒輪上來驅動尾部傳動系統。相比傳統的行星齒輪系統,使用大從動齒輪系統可以顯著降低軸承和齒輪的數量。這一設計降低了S-76直升機的總體成本,也提升了該機的可靠性。

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△S-76直升機主齒輪箱傳動系統示意圖

主旋翼槳轂:主旋翼槳轂是由彈性軸承和雙線吸振器組成的單件鋁鍛成型件。雙線吸振器被調整到不同的頻率,從而在源頭上抑制振動,避免旋翼振動傳遞給機身,從而減少機艙噪音和保護機身免受振動破壞。

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△S-76直升機主旋翼槳轂和雙線式減振器

機身:S-76直升機的機身外形經過特別的氣動優化設計來降低廢阻力以此來提升效率。該機也是西科斯基直升機首次在機身製造中大量採用平頭鉚釘。總的來說,S-76可謂是第一架廣泛使用先進複合材料的西科斯基商用直升機。其發動機進氣道和整流罩中採用了凱夫拉縴維,這種材料的重量是玻璃纖維的一半,而強度則堪比玻璃纖維的兩倍。

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△S-76直升機中應用了大量的複合材料設計

不僅僅只是一架商用直升機——S-76的試驗性探索

①SHADOW(縮寫,全稱為:Sikorsky Helicopter Advance Demonstrator of Operator Workload):一架S-76A直升機的機頭被加裝了一個額外的座艙系統,這個設計雖然看起來非常的“奇葩”,但事實上確實為大名鼎鼎的RAH-66科曼奇隱身直升機測試全新的電傳操縱飛行控制系統。而在該機原本的座艙中,也坐著被稱為“安全飛行員”的操作員,他們存在的意義就是在測試中的“電傳操縱飛控系統”出現任何問題的時候接手全機的操縱權限,確保該機的飛行安全。

“SHADOW”系統被用於測試三軸和四軸側臂控制器。它還被用來測試了先進的飛行控制概念,比如說“速度保持”命令,該命令允許飛行員釋放手中的操縱桿,而直升機能夠繼續保持在設定的速度下自主飛行。這些新的飛控概念出現的目的是為了最大限度減少飛行員的工作量,以便其能夠集中精力來執行其他任務,而不需要將大部分精力“浪費”在直升機的操縱和飛行上。

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△改裝成“SHADOW”概念的S-76A直升機

②Fantail(涵道風扇尾槳概念):這是一種試驗性質的S-76B,最主要的改動就是採用了涵道風扇尾槳的設計,其實這也是為了打造RAH-66科曼奇隱身直升機而進行的預先設計研究。美國軍方要求這種設計的直升機能夠在高溫、高海拔並有45節側風的條件下,在6秒鐘內完成180°的急轉彎。為了實現這一需求,西科斯基公司為“Fantail”直升機打造了一個相當強大的涵道風扇尾槳,使得該機能夠以時速70英里(約112.7公里)實現側飛。

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​△S-76B涵道尾槳直升機


集成來自軍用版UH-60黑鷹直升機的多項先進技術,S-76直升機在安全性和可靠性方面一直都記錄良好,並且作為可靠的貴賓和商務運輸航空器而享有盛譽。這也是科比選擇這型直升機作為其私人座駕的重要原因... ...

可惜的是,你永遠不知道下一秒會發生什麼,這個世界上也從來不會有“絕對安全”的運輸工具出現,且行且珍惜。


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