重型直升機王位爭奪戰,“支奴幹”與“種馬王”競標德國STH項目

隨著德國“重型運輸直升機”(STH,Schwerer Transporthubschrauber)項目宣佈波音公司CH-47F“支奴幹”,與西科斯基公司CH-53K“種馬王”獲得候選這個之後,兩家美國公司的戰火也從國內燃燒到國外,在軍售領域“同根而生,分外眼紅”的例子似乎又要多上一筆。當然,這種競爭對於美國和德國來說似乎是雙贏的,行業內的激烈競爭不但能夠刺激技術進步,還能讓客戶爭取較為滿意的價格優惠。於此,德國在換裝CH-53“海上種馬”機隊的道路上又向前邁進了一大步,畢竟這種重型直升機已經太過老舊(冷戰時期開始進入西德陸軍航空兵服役,2013年初全部被移交給德國空軍),且繼續汰換。我們則可從場激烈競爭中一窺當今重型直升機技術發展的趨勢,在未來填補技術空白時略作參考。

重型直升機王位爭奪戰,“支奴幹”與“種馬王”競標德國STH項目

2018年3月,美軍特遣隊一架CH-47F直升機在阿富汗巴格拉姆空軍基地附近進行演習

據德國空軍的數據顯示,截至2020年3月該部隊仍運營著82架“海上種馬”直升機。其中包括16架CH-53G、40架CH-53GA、6架CH-53GE和20架CH-53GS。這些重型直升機隸屬於空軍第64直升機聯隊(Hubschraubergeschwader 64),駐地位於巴登-符騰堡州勞普海姆機場,第二駐地設在勃蘭登堡州霍爾茨多夫空軍基地。該聯隊不僅是德國空軍唯一的直升機聯隊,而且直屬德國空軍作戰指揮部管理。

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俯拍CH-53K“種馬王”直升機,可以清楚地看到尾槳處於偏心位置

老化的“海上種馬”

一段時間以來,德國一直在尋求更換其CH-53G機隊,因為這種冷戰時期主力重型直升機的可用壽命即將結束。近年來,該直升機平臺的可用性也很差,較大的機齡是重要原因之一。“重型運輸直升機項目”(STH)運動開始於2018年,當時德國政府發佈了徵詢建議書(RFP),並在議會預算中批准了採購新型重型直升機資金。2019年6月,德國BAAINBw(武裝力量設備信息技術和現役支持聯邦辦公室)發佈了招標文件,其中詳細規定了招標程序要求,並建議STH項目理想的採購產品是CH-47F或CH-53K。

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美國波音公司發佈德國空軍塗裝的CH-47F“支奴幹”宣傳照片

招標文件指出,德國STH計劃將採購44至60架重型直升機供德國空軍使用。新型直升機必須能夠運輸武器設備、人員和特定車輛,最大起飛重量(MTOW)不小於19.7噸(20噸級)。預計將在2020年簽署採購合同(合同價值57億歐元,約合64億美元),機型被指定為“新型支奴幹”或者“種馬王”。此外,該合同不僅包括德國所需的直升機平臺,還包括飛機維護、保養、大修(MRO)以及技術培訓服務等一攬子附加協議。STH項目的交付計劃將在2023年至2031年之間進行,新飛機將交付給勞普海姆和霍爾茨多夫基地取代CH-53G直升機,而後者也將從2020年開始分批退役。

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德國空軍塗裝的CH-53K“種馬王”模型,七葉主旋翼清晰可見

波音公司和西科斯基(洛克希德·馬丁的子公司)都已經正式提交了STH項目的詳盡競標方案,以便讓德國BAAINBw在2021年之前決定CH-53G的繼任者。儘管CH-47F和CH-53K遵循完全不同的設計理念(且支奴乾的外形只存更小),但它們擁有十分相似的性能特徵,如下表述:

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CH-47F與CH-53K參數對比表,個別指標需斧正

無論是CH-47F還是CH-53K,都將具備空中受油能力,能夠與KC-130J加油機/運輸機協同作戰(德法空軍聯合部隊,部署有三架KC-130J)。另外,德國空軍也裝備有空客A400M運輸機,經適當改裝也具備空中加油能力,這也可以與CH-47F/CH-53K配合使用。新型直升機將被用於運送人員、設備和車輛,以及支持人道主義援助/救災(HA/DR)、醫療後送(MEDEVAC)和戰鬥搜救(CSAR)任務。

久經考驗 — CH-47F“支奴幹”

波音公司稱讚CH-47是“世界上最成熟的重型直升機”,並補充說:“我們有準時交付和質量保障的記錄,再加上較低的採購/運營成本和旨在保持該平臺在未來幾十年先進性的相關技術路線規劃。”言外之意,就是相較CH-53K昂貴的價格和投產無期,CH-47F有較大優勢。

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美國波音公司位於賓夕法尼亞州里德利鎮的直升機工廠,主要用於生產CH-47直升機

上世紀五十年代後期,美國陸軍計劃替換其西科斯基CH-37“摩哈維人”直升機,由此開啟了雙引擎串聯旋翼直升機的研發工作。該技術最初由美國直升機製造商Vertol開發,1960年該公司被波音收購。根據美國陸軍以美洲原住民部落命名直升機的傳統,CH-47被稱為“支奴幹”(Chinook),這是居住在俄勒岡州和華盛頓州美國佔領領土上的土著居民部落。其他遵循該規則命名的直升機包括AH-64“阿帕奇”(Apache)和OH-58D“奇奧瓦”(Kiowa Warrior)。CH-47直升機在越南戰爭期間投入了實戰使用,並在那裡證明了它重型直升機的價值。

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2017年3月5日,美國夏威夷瓦胡島惠勒陸軍機場一架CH-47F進行飛行前檢查

目前,波音公司仍在持續生產古老的“支奴幹”直升機,但是已經升級到CH-47F標準。儘管這種直升機仍然基於上世紀五十年代的基本設計,但隨著時間的推移,該系列機型通過不斷技術升級和現代化系統集成而獲得跨越式的性能提升。波音公司認為“支奴幹”在21世紀仍然具有重要意義,這一點已經被其持續出口多國的業績證明。截至2020年1月,已有950多架CH-47系列直升機在20個國家/地區服役,包括加拿大、希臘、意大利、荷蘭、西班牙、土耳其、英國和美國等8個北約成員國,並且這些直升機為美國源源不斷地提供升級改造訂單。

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一名美軍士兵正在檢修CH-47F“支奴幹”直升機裝備的T55-GA-714A發動機

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T55-714系列發動機結構示意圖

作為“支奴幹”家族的最新型號,CH-47F自2006年6月推出第一款量產型產品以來,已經獲得訂單以替換較老型號的該系列平臺。CH-47F目前採用兩臺升級版霍尼韋爾T55-GA-714A渦軸發動機,改裝了整體式機框部件及機身,以減少振動,提高操作支持和機組人員的舒適度,增強直升機的穩定性和生存能力。

新型數字化座艙是基於柯林斯宇航公司的通用航空電子架構系統(CAAS)開發的,該公司表示,“通過其Flight 2開放系統架構設計,新航電系統集成了多個通信、導航和任務子系統”。美國陸軍認為“CAAS系統為CH-47直升機改善態勢感知、任務性能和生存能力,以及未來增長潛力奠定基礎,並提供了多模式數字兼容性和互操作性”。

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2018年7月26日,美國第7集訓司令部在德國格拉芬沃伊爾訓練區演練CH-47F直升機吊掛悍馬

該飛機還配備了數字式自動飛行控制系統,使其能夠在低能見度的不利環境下懸停或降落。此外,如有必要,CH-47F重型直升機還可能選擇安裝通用公司T408-GE-400渦軸發動機(CH-53K“種馬王”的標配發動機),霍尼韋爾T55-GA-714A發動機單臺輸出功率4868馬力,而通用T408-GE-400的單臺功率則高達7500馬力。2020年3月,美國陸軍作戰能力發展司令部聯合波音公司和通用電氣完成了“支奴幹”換裝T408發動機的地面開車試驗,今年年底之前將完成“支奴幹”換裝新發動機的一系列飛行測試,用於評估換裝新發動機對CH-47直升機帶來的性能提升、未來潛力和成本比較。

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換裝了T408-GE-400發動機進行測試的CH-47直升機

目前,西方國家的大型裝備項目招標,也越來越注重對本土企業相關技術者就業帶來的機會。比如澳大利亞的潛艇世紀大單,與當地船企進行技術合作,並提供相應就業機會就是硬性條件之一。為了增加砝碼,美國波音公司在STH直升機項目中,選擇與德國ESG公司和CAE Electronik合作,並在2020年1月13日提交了CH-47F的競標方案。波音(德國)公司總裁表示,“如果德國選擇支奴幹,相關的維護、培訓以及一些生產工作將在當地進行,我們會繼續為STH項目擴大德國企業參與的範圍,並致力於將波音公司的高端工程和生產機會引入德國”。

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兩種典型重直的激烈競爭

波音防務、空間與安全(德國)公司副總裁說:“我們已經提交了方案,期待可以與德國BAAINBw和工業界合作,為德國國防軍帶來最具價值的產品。支奴幹是獨一無二的平臺,能夠執行其他直升機所不能執行的任務。這是一種經過驗證和實戰檢驗的多功能重型直升飛機,具有先進技術並滿足德國的要求。”

進階王者—CH-53K“種馬王”

西科斯基CH-53K項目國際業務發展總監貝斯•帕塞拉表示,“我們正在提供最高效、性能最強和最智能化的直升機,能夠為德國國防軍在21世紀帶來最具價值的長期產品”。在拉攏德國本土工業巨頭對項目施加影響力方面,洛·馬公司旗下的西科斯基在現階段似乎棋高一籌,該公司專為STH項目競標制定了戰略方針,與德國防務產品承包巨頭萊茵金屬公司(Rheinmetall)合作,向聯邦國防軍推銷CH-53K“種馬王”直升機。西科斯基與萊茵金屬已經與德國本土工業企業組成了廣泛的STH項目聯盟,包括德國Autoflug、柯林斯宇航德國公司、德國亨索爾特(著名光學公司)、HYDRO Systems、利勃海爾、MTU航發公司、Rohde & Schwarz(工控、軟件、儀器儀表)、Vincorion(機電)和ZFL公司等

。看這一長串的德國本土公司合作名單,其中不乏大家耳熟能詳的軍工巨頭,西科斯基競標的決心可見一斑。萊茵金屬航空服務公司(Rheinmetall Aviation Services)總經理)解釋道:“選擇CH-53K對德國航空業和STH項目都具有重大意義,這意味著為高素質員工創造了更多新的長期工作崗位,並向德國進行重要的航空技術轉移。西科斯基和萊茵金屬共同準備了STH項目競標方案,加強了我們的團隊凝聚力,這使我們已發展成為一個高效的工業聯盟。”此外,2019年11月,萊茵金屬宣佈,如果“種馬王”中標,它將與西科斯基合作,在萊比錫/施基德茨黑爾機場建立CH-53K長期機隊管理中心。西科斯基則認為“與CH-47F相比,CH-53K在全壽命週期成本、任務實現能力和整體性能等長期價值方面對德國國防軍更有利。”而且“種馬王”與德國空軍的A400M和C-130J運輸機更為契合。CH-53K使用了航空運輸托盤、絞盤和改進型裝載貨艙,可快速從固定翼運輸機將貨物轉運到CH-53K上,然後將它們高效運送到這些固定翼飛機無法進入的區域。

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436L型航空運輸托盤,整個系統可以將裝卸時間降低75%

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A400M軍用運輸機的貨艙

“種馬王”是在CH-53E“超級種馬”的基礎上重新設計的,後者已在美國海軍陸戰隊(USMC)服役了很長時間。該系列直升機自上世界60年代中期標準版CH-53“海上種馬”誕生以來,成熟的設計和製造工藝已經延續了半個多世紀,並且已生產了700多架各種改進機型,分別在美國、奧地利,德國,伊朗,以色列,日本和墨西哥的軍隊中服役。 CH-53K研發的初衷就是替代替代USMC的“超級種馬”,但截至2020年3月,僅向軍方交付了一架飛機用於測試。另外,CH-53K目前還沒有收到出口訂單,只是日本對該機表現出了興趣,以色列則在進行類似德國STH項目的計劃,尋求20架新型直升機來替代其老舊的CH-53-2000 Ya'sur 機隊。

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CH-53機隊,未來德國空軍重型運輸機中隊可能的樣子

CH-53K較其前型在性能上有較大提升,除了擁有更大的機艙以外,還能夠在更高的海拔和更高的溫度條件下使用,並且有效運輸載荷提高了1倍。西科斯基公司還表示,只要對該型直升機進行簡單的改裝,就可以在未來再次提高內部有效載荷。CH-53K還整合了新型航空電子和數字式飛控系統,可以通過模塊化開放式系統架構(MOSA)提供軟件升級,從而降低運營成本並允許該平臺快速適應新的作戰環境。

CH-53K也裝備了數字玻璃化座艙和電傳飛控系統,以降低飛行員的工作量,支持全天候作戰需求,它由三臺GE Aviation GE38-1B(通用電氣T408-GE-400發動機的生產型號)渦軸發動機提供動力,並採用了複合材料七葉主旋翼系統。

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CH-53K標配渦軸發動機GE38-1B

西科斯基公司指出,“種馬王”的“多功能特性”使其可以在承擔傳統戰術運輸角色之外,執行各種其他任務。 它可以執行與“支奴幹”相同的任務,當然也可以用於空中消防行動。 西科斯基認為:“世界上沒有其他重型直升機,可以在運送更多水去撲滅大火的同時運送物資和人員。高空速、大容量和在任務區的持久力相結合,使CH-53K可輸送的消防用水量是競爭對手的四倍。” 該公司的上述表態,顯然是針對波音公司“支奴幹”直升機CU-47消防型號。CH-53K“種馬王”還集成了相關的檢測傳感器,能夠提供問題、故障早期預測和預防,以減少直升機平臺處於MRO(保養、維修和大修)的時間,從而提高操作可用性和降低壽命週期成本。

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執行航空消防任務的CU-47直升機

問題不斷的“種馬王”

CH-53K“種馬王”直升機的開發一直飽受挫折,工期延誤、成本上漲和設計缺陷困擾著西科斯基。該機原本打算在2011年開始飛行測試,2015年開始向它的初始客戶(美國海軍陸戰隊)交付,到2016年具備初始作戰能力(IOC),2022年完成全部國內交付任務。

然而,“種馬王”實際上直到2015年10月才進行了首次飛行,初始操作測試和評估(IOT&E)階段已經被推遲到2021年,而在海軍陸戰隊進行首次作戰部署將是2024年的事了。

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CH-53K驚豔亮相時,寄託了海軍陸戰隊無數的希望

各種問題不斷爆發,導致CH-53K項目的前景陰雲密佈。2019年,西科斯基公司面臨的最大問題是修復在2018年飛行測試中發現的氣體再吸入問題,該機一號和二號發動機排出的大量廢氣被二次吸入。

如果放任不管,將導致直升機性能降低、過熱、失速等問題,並使發動機的壽命週期成本增加。西科斯基公司與海軍航空系統司令部(NAVAIR)合作尋求問題解決方案,這又導致了額外的測試,進一步增加項目開發週期和成本。為了緩解這一問題,設計部門對一號發動機的排氣管進行了設計更改,提高進入發動機艙的空氣流量,安裝隔熱罩,並修改相關控制軟件。設計修改是在第二架CH-53K原型機上進行的,並進行了四次飛行測試(近13個飛行小時),以驗證設計變更的有效性。預計到2020年底,所有的原型機都將進行相關修改,並在2021年IOT&E開始之前進行海上試驗。除了發動機集成問題外,“種馬王”還在主變速箱、尾槳梁、主旋翼阻尼器等方面發生問題,而且在起飛過程中發生控制故障,可能導致直升機失控。

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CH-53K貨艙裝載設施示意

面對CH-53K項目問題不斷引起的質疑,西科斯基項目主管比爾•福爾克稱:“這些問題主要是由部件和系統供應商造成的,我們已經成立聯合工作組,去解決那些仍然存在的問題。我們有能力為CH-53K在2023-2024年間,開展首次作戰部署提供解決方案,並且滿足預期中的國際訂單交付要求。”

稀缺的重型直升機

CH-47F和CH-53K是滿足德國CH-53G直升機替換計劃(STH項目)要求的唯二候選機型。因為當德國招標文件限定最大起飛重量(MTOW)超過19.7噸,這讓美歐公司的其他大/中型直升機(如空客公司的H225 / H225M、NH-90,萊昂納多公司的AW-101“灰背隼”,西科斯基的S-92)喪失了競標機會,西方國家已經沒有其他20噸級重型直升機的可替代產品。當然,貝爾/波音V-22“魚鷹”(Osprey)傾轉旋翼機也能滿足德國的需求,但該機的購買和運營成本已經超過了德國BAAINBw(國防採購部門)的可負擔成本目標。另外,俄羅斯的米-26T2V“光暈”直升機也可滿足STH項目要求,這是該系列的最新現代化改型,也是目前世界上最大的直升機,但現階段德國還不太可能採購俄羅斯的重型武器平臺。

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米-26T2V重型直升機雖為目前最大的直升機,但是就其任務範圍來說,還是不如CH-53K

從表面上看,CH-53K和CH-47F都可以為德國聯邦國防軍提供優勢並具有相似的特性,通過這些現代化平臺,德軍能夠擴展其重型直升機的任務範圍。但CH-53K“種馬王”的尺寸更大,並且裝備三臺高性能發動機,所以在有效載荷、速度和冗餘性等性能指標方面超過“支奴幹”。為了這筆大單,西科斯基甚至提出了“為德國,德國造”(for Germany, by Germany)的口號,凸顯CH-53K與德國工業界的緊密合作關係,暗示可以增加德國就業機會和航空技術引入。 另外,CH-53K還與為德國現役的CH-53G在飛行員操作和地勤人員培訓方面具有某種程度的通用性,這也成為其投標方案的重要砝碼。

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CH-53K的數字化座艙

CH-47F“支奴幹”則在價格上具有更大優勢,畢竟CH-53K初期超過F-35戰鬥機的價格,是在讓人肝顫。它將是兩個方案中的廉價選擇,而且該機已經經過實戰驗證,並且有更多的北約國家裝備該系列飛機,使其與其他北約成員在重型直升機平臺上更具互操作性,法國最近也表示有興趣購買CH-47F。另外,CH-53K令人著急的進度,也可能為“支奴幹”提供機會。從理論上講,這兩型直升機都算是“海上種馬”的理想接班人,但德國國防採辦部門是否會受到其他因素的影響,比如競標方案對當地航空產業的好處和成本效益而非直升機平臺的本身性能,這就不得而知了。

重型直升機王位爭奪戰,“支奴幹”與“種馬王”競標德國STH項目

經過不斷改進的CH-53K,終於可以在貨艙裡塞進“悍馬”車了,想必也是一大亮點


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