他山之石可以攻玉——八十歲的老將DC-3

 全世界現在仍有數百架DC-3飛機能夠飛行,這對於一種已經具有80年多年曆史的飛機來說是前所未有的情況,其中許多DC-3甚至在經過渦槳升級後繼續奮戰在日常運營的第一線。

  雖然誕生於1935年,DC-3仍非常適合在偏遠地區的簡易機場起降並運輸4.5噸貨物,該機也是通過滑雪起降認證的最大的商用飛機,其堅固的起落架很適應在無鋪裝跑道上起降,大而輕的機翼也能有效抵禦湍流。

他山之石可以攻玉——八十歲的老將DC-3


我國南極科考隊的“雪鷹601”就是一架經過渦槳升級的C-47,該機曾參加過諾曼底登陸作戰

悠久的DC-3渦槳改裝史

  1926年,英國人阿倫·阿諾德·格里菲斯撰寫了一篇論文,闡述了使用燃氣渦輪發動機驅動變速箱來帶動一副螺旋槳的渦槳基本概念,隨後皇家航空研究院進一步對該概念進行了研究。

  與活塞式發動機相比,渦槳發動機具有突出的輕重量和高燃油效率優點。在第二次世界大戰期間,英國航空發動機製造商羅爾斯·羅伊斯和阿姆斯特朗·西德利進一步發展了渦槳概念,前者在1945年製造出世界上首臺生產型渦槳發動機——“遄達”(Trent,與後來的羅羅三轉子渦扇同名)。

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羅羅RB.50“遄達”渦槳發動機,基本上是驅動一個減速箱的“德文特”II渦噴發動機

  阿姆斯特朗·西德利公司此時也在研製1425馬力的“曼巴蛇”(Mamba)渦槳發動機,急需飛行試驗檯,於是從英國皇家空軍那裡購買了一架“達科他”Mk.IV運輸機,序列號KJ839。阿姆斯特朗·西德利公司拆除了該機的兩臺普惠R-1830活塞發動機,安裝上一對“曼巴蛇”ASMa.3渦槳發動機。由於新發動機艙經過加長以維持重心不變,所以該機的螺旋槳伸出到駕駛艙位置。改裝後的“達科他”成為首架渦槳DC-3,該機在1949年8月27日開始試飛,並一直持續到1958年。這架渦槳“達科它”在試飛期間測試了多種阿姆斯特朗·西德利渦槳發動機,為該公司的渦槳研發立下汗馬功勞。

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阿姆斯特朗·西德利“曼巴蛇”渦槳發動機

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安裝兩臺“曼巴蛇”渦槳發動機的“達科他”Mk.IVKJ839

  羅羅也跟風使用“達科他”Mk.IV作為渦槳飛行試驗檯,先後改裝出三架渦槳DC-3,其中第一架改裝於1950年。這些DC-3換裝了兩臺1547馬力的“標槍”(Dart)渦槳發動機,被用於協助開發維克斯“子爵”客機的發動機。

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安裝“標槍”渦槳發動機的DC-3

  到20世紀60年代後期,在航線上運營的DC-3仍剩餘大量機身壽命(作為一種早期全金屬半硬殼結構飛機,DC-3是典型的強度過剩),但備用發動機數量正在減少,使該機的維護成本快速上升。美國聖芭芭拉的康羅伊飛機公司看到了為DC-3改裝渦槳的商機,從美國大陸航空公司的退役維克斯“子爵”812客機上買到幾臺“標槍”510渦槳發動機。

  但改裝渦槳的生意並不好做,最後康羅伊只改裝了3架渦槳DC-3,其中第一架名為“康羅伊渦輪三”(三表示DC-3)。該機前身是一架C-47,安裝了兩臺1630馬力的“標槍”發動機,於1969年5月13日首飛。第二架“康羅伊超級渦輪三”號的改裝方式類似,但其前身是一架超級DC-3,具有加長前機身和新尾翼。“康羅伊超級渦輪三”號的發動機艙改裝不理想,具有突出了起落架鼓包,螺旋槳至今也較小,限制了該機的性能,服役表現很不成功,在1984年2月19日的一次地面滑行事故中被毀。

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“康羅伊渦輪三”號,由於渦槳發動機重量輕,所以具有長得嚇人的發動機艙

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“康羅伊超級渦輪三”號


  最後一架名為“康羅伊三渦輪三”,該機沒有使用“標槍”發動機,而是改用1174馬力的加拿大普惠PT6A-45渦槳發動機。除了兩翼發動機艙外,機鼻安裝了第三臺渦槳發動機,成為一架三發飛機。這架怪機在1977年11月2日的首飛中飛出了370公里/小時的最快速度,關閉機鼻發動機後也能飛到290公里/小時。關閉機鼻發動機能提高該機的航程和燃油效率,更適合海上巡邏和搜救任務,以及在南北極冰上機場操作。但機鼻發動機並沒有受到飛行員歡迎,因為這臺發動機在啟動時會讓駕駛艙充滿煙霧。

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“康羅伊三渦輪三”號

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康羅伊公司甚至還規劃了該機的軍用型

  在南非,比勒陀利亞的布拉德克專業航空服務國際公司(BSAS)從20世紀90年代處開始就提供DC-3的渦槳改裝服務。該公司提供三種主要改裝型號,分別是BSAS DC3/C-47-65ARTP、-67RTP和-67FTP,可以看出就是使用了不同型號的普惠PT6A渦槳發動機,其中-65AR是1173馬力,-67R是1220馬力,-67F是1700馬力。到目前為止,該公司已經為南非空軍和民用客戶改裝了超過50架渦槳DC-3。

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PT6A渦槳發動機

  除了基本改裝外,BSAS也提供其他改進選項,如把翼根之前的前機身加長1.016米以避免對發動機艙進行重大修改。此外還有加強機翼,在前後機身、發動機以及機翼背部增加油箱來提高航程。該公司的渦槳“達科它”可用於執行運輸、運兵、空投、空中指揮、炮艇機等任務。在最後一項任務中,該機貨艙內部可安裝加特林機槍、機炮和榴彈發射器,通過左側艙門向側面射擊,翼下還可掛載機炮吊艙、火箭巢、空地導彈。

  自從“沙克爾頓”巡邏機在1994年9月退役後,南非空軍第35中隊就開始用渦槳“達科它”執行海上巡邏和監視任務,該機在機鼻下方安裝了一個前視紅外轉塔,被稱為“達科爾頓”,至今仍在服役中。在民用領域,渦槳“達科它”被廣泛用於地球物理調查、南極運輸和航空噴灑作業。

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南非空軍第35中隊的C-47TP“達科爾頓”


巴斯勒的崛起

  在所有DC-3的渦槳改裝中,最成功的是巴斯勒渦輪-67(BT-67)。

  上世紀80年代,歷史悠久的包機公司巴斯勒航空公司獲得了聯邦快遞的合同,在其奧什科什基地為聯邦快遞向整個美國中西部地區運輸快件。巴斯勒公司的DC-3非常適合執行這種短途低容量航班,但該機已經老化,速度緩慢且維護難度很大。看到自己的DC-3要經常飛到偏僻機場進行昂貴維修,再結合DC-3的巨大保有量,公司老闆沃倫·巴斯勒看到了升級改裝DC-3的巨大商機。1988年,新註冊的巴斯勒渦輪改裝公司向聯邦航空局(FAA)申請到一份補充型號證書(STC),獲得使用普惠加拿大PT6A渦槳發動機替換DC-3的萊特R-1820“旋風”或普惠R-1830“雙黃蜂”活塞發動機的資質,但當時市場反應冷淡。

  在DC-3上有超過10000小時飛行經驗的巴斯勒回想起他最初考慮升級該機時的想法:“DC-3是一架美麗、穩定的飛機,機身幾乎堅不可摧。我們意識到如果把該機渦槳化並進行現代化升級,那麼它還能繼續服役上許多許多年。”

  所以儘管經歷最初挫折,公司還是在1990年購買了一架DC-3(N300TX)專門進行改裝。在對改裝設計進行改進和優化後,全新的巴斯勒BT-67誕生了,該機註冊號也改為N300BF。

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巴斯勒BT-67原型機DC-3(N300BF)

  第一架真正的BT-67是N72BF,該機最初是英國皇家空軍的一架“達科他”IV。這架BT-67在1990年7月進行了改裝後的首飛,至今仍服役於加拿大Kenn Borek航空公司。2012年12月20日,該機從南極洲的霍爾坦納冰川起飛前往新拉扎列夫站時發生了事故,機身嚴重受損,現在經過重建後已被修復。

  到現在為止,巴斯勒渦輪改裝公司已改裝了超過60架DC-3,其中就包括我國南極科考站的“雪鷹601”。


DC-3的新生

  普惠加拿大PT6A-67R渦槳發動機在配合Hartzell五葉螺旋槳後大幅提升了BT-67的性能和載重,這種發動機單臺功率1424軸馬力,比替換掉的活塞發動機增加224軸馬力,重量卻減輕了334千克。發動機大修間隔時間也從1500飛行小時提高到6000飛行小時,發動機預防性停車從平均每500小時一次降至125000小時一次,計劃外維護每100飛行小時只需要兩小時,這些改進意味著BT-67的維護和運營成本大幅下降,可靠性大幅提高。

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PT6A-67R渦槳發動機是BT-67改裝的核心

  除了更換髮動機外,DC-3機身內外還需接受另外32項重大改進才能變身為BT-67。前機身要加長102釐米以補償更輕的渦槳發動機導致的重心變化,因此BT-67的駕駛艙艙壁向前移動了51釐米,使機艙總線長度增加了152釐米。BT-67的翼尖外形也進行了修改,提高了氣動效率並改善了失速特性。該機的駕駛艙航電、電氣系統、燃油控制系統、液壓系統和防冰系統也統統進行了現代化升級。機身經過相當於12000工時的大修後恢復到零小時疲勞壽命標準,同時還進行了強化以承載更大的有效載荷。

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BT-67的改裝內容

  和新車一樣,BT-67提供了種類繁多的選裝件,如金屬控制檯表面、裝貨大艙門、除冰系統、機艙地板絞車、輔助油箱、現代化航電設備、包括傳感器在內的特殊任務設備,標準機身還可以安裝各種天線以及機鼻和機尾錐。該機甚至還可以安裝軍用裝備,如夜視設備、運兵座椅、夜間照明、翼下掛架、甚至還能被改裝成炮艇機。

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BT-67軍用型

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哥倫比亞空軍的BT-67炮艇機

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BT-67炮艇機內部

  巴斯勒公司稱與競爭對手提供的DC-3渦槳改裝相比,BT-67的優勢是徹底拆解機身進行大修和加強,而且其PT6A-67R發動機功率高於競爭對手使用的-65。此外BT-67的發動機排氣管經過重新設計,向機翼上方排出熱廢氣,有利於隱藏紅外輻射。巴斯勒公司自己生產了大多數改裝所需部件,如在機身內原位建造的前機身加長段,電線束和液壓部件。

  巴斯勒強調BT-67是再製造而不是簡單升級,再製造工作從為DC-3除漆開始。在機身被拆開插入加長段前,機身上幾乎每個部件都會被拆除進行翻新,並修復了之前產生的任何凹痕、損壞和腐蝕。由於較輕的渦槳發動機增加了機翼的撓性,所以機身中段進行了加強,然後把PT-6A發動機安裝在全新的發動機支架上。諸如任務設備、升級內飾和航電設備之類的選裝件會在飛機塗裝和試飛前安裝完畢。再製造需要消耗35000到45000工時,具體取決於選裝件。大約六個月後,DC-3就化身為全新BT-67再次首飛,該機基本價格增值到600萬美元。


我們不一樣

  與DC-3相比,BT-67的內部容積增加了35%,有效載荷增加了56%,載油容量增加了100%。在耗油率相同的情況下,該機的速度快了24%,降落速度卻更慢。

  BT-67每小時消耗568升航空煤油,可裝載4.5噸貨物以389公里/小時的速度飛行833公里,每小時飛行成本僅為650美元,這個成本甚至包括維護費用,當天不包括機組人員工資、機場和空管費。在相同成本下,該機可運輸1134千克貨物飛行3963公里。重載BT-67需要1219米長的跑道就能升空,輕載時僅需一半。

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安裝滑撬後在極地服役的BT-67

  巴斯勒公司表示BT-67的運營成本比原來先的DC-3更低,維護起來更簡單。由於活塞式發動機所需的航空汽油現在越來越難得,所以該機的操作靈活性也得到了提高。

  在南極,BT-67經常在零下40°C的低溫下從1000米長900毫米厚的冰面跑道上起飛。雖然大多數BT-67都是貨機,但Cargo North公司的飛機已通過載客認證,Kenn Borek和南極國際物流中心(ALCI)也使用BT-67定期為極地地區的遊客和研究人員提供服務。

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BT-67電磁勘測機

  BT-67除用於商業貨運外,還被廣泛英語極地科考、空中播種、指揮與控制、禁毒、環境研究、地球物理勘探、控制病蟲害、客運和部隊運輸、武裝炮艇機。

  巴斯勒一般每年改裝兩架BT-67,抓緊點可以改裝三架。飛行時間少於40000小時的原裝DC-3是最理想選擇,巴斯勒公司估計仍有足夠DC-3值得改裝,BT-67的生意至少還能做20至30年。因此以BT-67外貌出現的DC-3很可能會在2035年之後繼續服役,屆時該機將飛行超過100年!


轉自 空軍之翼


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