直升机和运输机作为20世纪科学技术最辉煌的创造之一,极大地改变了人类社会经济生活的面貌。直升机和运输机是典型的军民两用产品,是航空工业军民结合最有效的结合点,具有广泛的科技带动作用。
新中国航空工业建立50年来,已生产交付军民用直升机约1000架,军民用运输机1400多架,是世界上少数几个具有直升机和运输机科研生产能力以及产品系列的国家[1，2]。
顽计未来十年,世界需生产交付军民用直升枝13000多架,民航旅客运输机10000多架。我国需要军民用直升机近1000架,民航旅客运输机1000架左右[2~4]。
美俄欧把直升机和运输机发展作为战略产业,国家大力支持,产品不断更新,技术不断提高,直升机和运输机章争相当激烈[1]。未来20年对中国直升机、运输机发展十分关键,研究和加强我国直升机和运输机未来发展势在必行。
《1 中国直升机运输机的现状》
1 中国直升机运输机的现状
《1.1 直升机的现状》
1.1 直升机的现状
1956年我国开始建立自己的直升机工业,1999年国防体制改革后,中国航空工业第二集团成为我国主要承担研制生产直升机任务的特大型企业集团。
40多年来,我国通过仿制、自行设计和国际合作等方式,研制了直5、直6、直7、直8、直9、直11直升机,研制了“海鸥“、“翔鸟“无人直升机和M16超轻型直升机;国际合作研制了EC120直升机,参与了西科斯基公司S92直升机研制。现在生产的主要直升机为直8、直9、直11、EC120。
直5是中国生产的第一种直升机,按照前苏联米4仿制,1958年12月首一,1979年停产,共生产545架,其中出口援外86架。
直8是我国研制的最大吨位的直升机,装3台溏轴发动机,最大起飞质量13000kg,最大巡航途度248km/h,航程800km,升限3050m,陆地水上都可起降,1985年首一,已生产了15架。
直9是我国引进法国直升机公司AS365N“海豚“专利生产的双发多用途直升机(见图1),最大起飞质量3850kg,商载1863kg,巡航速度293km/h,升限4500m,1982年首飞成功,目前生产的直9直升机国产化率达75%。已生产了近100架。
《图1》
图1 直9直升机
Fig.1 Z-9 helicopter
直11是我国直升机行业自行设计的第一个机种,单发单旋翼带尾根式,最大起飞质量2200kg,有效商载880kg,巡航速度238km/h,升限5240m,航程600km,1996年12月首飞成功,已生产交付31架。
EC120是具有当今国际先进水平的5座单发轻型直升机,由中国、法国、新加坡联合投资研制,分别拥有该机24%、61%和15%的股份,1995年6月首飞,用户有20多个国家。1999年开始,年交付量在100架份以上,已累计交付300多架份。
国产直升机主要性能见表1。
《表1》
表1 国产直升机主要性能[2，5]
Table1 China domestic helicopter specifications
《1.2 运输机的现状》
1.2 运输机的现状
我国运输机科研生产经过儿十年努力,从无到有,由小到大,先后仿制和自行研制的主要机型有运5系列、运7系列、运8系列、运10、运11、运12系列、农5飞机等,合作生产了MD82/83/90-30飞机,现在生产的机塑为运5、运7、运8、运12以及农5系列飞机。
农5是我国自行研制的第一架农林专用机,单发螺桨,最大起飞质量2450kg,最大商载960kg,升限4280m,速度220km/h,1989年12月首飞,1992年7月获得中国民航型号合格证。
运5是新中国制造的第一架小型通用运输机,单发螺桨,可乘12名乘客,最大起飞质量5250kg,最大商载1500kg,升限4500m,途度239km/h,可在土跑道和草地上起降,起降践离不到200m,即使发动机停车,仍能安全滑翔降落,1957年12月试制成功,已生产1000多架,是生产时间最长和产量最大的国产运输机。
运12是我国自行研制的通用运输机〔(见图2),双发涓茯,可载客19人、最大起飞质量5670kg,最大商载1984kg,速度328km/h,航程1340km,可在土跑道或草地上起降,起降跃离500m,1982年7月首飞,是我国第一个取得CAAC型号合格证,唯一取得CAA、FAA型号合格证的国产飞机。运12已销售120多架,出口到20多个国家共计94架。
《图2》
图2 Y-12多用途运输机
Fig.2 Y-12 multipurpose transport aircraft
运8是我国现在生产的最大的运输机(见图3),四发涓栓,最大起飞质量61000kg,最大商载20000kg,单件空投质量7400kg,升限10400m,速度662km/h,最大航程5615km,1974年12月25日首飞成功,1993年取得中国民航型号合格证,运8已交付80多架,其中出口16架。
运7是双发涡轮螺桨短/中程运输机,1970年12月25日首飞,1998年取得中国民航型号合格证。新机型“新舟“60最大起飞质量为21800
《图3》
图3 Y8运输机飞
Fig.3 Y一8 transport aircraft
kg,最大商载5500kg,巡航速度503km/h,满载航程2400km,运7系列客机可载客50一60名,已生产近200架。
运10是150座级四发涓扇旅客运输机,共试制两个样机,1970年组织研制,1980年首飞成功,后停止研制,共飞行了130多个起落,170个飞行小时。
我国还曾根据生产许可证国际合作组装了150座级麦道飞机MD82/83/9030,共计37架。
国产运输机主要性能见表2。
《表2》
表2 国产运输机主要性能[1]
Table2 China domestic transport aircraft specifications
《2 中国直升机运输机的未来发展》
2 中国直升机运输机的未来发展
《2.1 直升机的未来发展》
2.1 直升机的未来发展
改进生产: 直11、直9、直8、EC120、S92。
研制发展: 6吨级直升机。
顽研攻关: 10吨级直升机。
前沿研究: 倾转旋翼机。
经过10到15年发展,使我国直升机形成2吨、4吨、6吨、10吨、13吨级直升机系列,形成具有一定国际章争力和规模的直升机研制和生产能力,成为国防装备的可靠研制生产基地和国民经济的增长点。
2.1.1 改进生产一代
1) 直11改进改型(见表3)
《表3》
表3 直11改进改型主要性能对比
Table3 Z一11 variants/upgrades performance comparison
改型第一步:单发型更换大功率的发动机,和名为直11A,最大起飞功率从510kW提高到557KW,改善高温高原性能,正在立项。
改型第二步:研制双发型,和名为直11B,现处于方案论证阶段。
2) 直9-一系列改进改型(见表4)
《表4》
表4 直9-系列改进改型主要性能对比
Table4 Z一9 Hseries variants/upgrades performance comparison
第一步一一研制H410A:在2-9A基础上,更换大功率发动机,发动机最大起飞功率从526kW提高到626kW,2001年已完成取证。
第二步一一研制H425:在H410A基础上,改进旋翼系统、航电系统、结构及内设,燃油系统进行抗坠毁设计,整体水平达到世界20世纪90年代水平,此机型已立项,正在研制中。
第三步一一研制H450:在H425基础上,改进旋翼、传动、操纵系统,改进涵道尾茗,使商载提高200kg,现处于方案论证阶段。
3) 直8改进改型(见表5)
在直8A基础上改型为直8F:a.换发,最大起飞功率从1190kW提高到1448kW;b.研制具有防冰能力的复合材料桨叶,巷换原金属茯叶,现处于方案论证防段。
《表5》
表5 直8A和直8F主要性能对比
Table5 Comparison between Z一8A and Z一8F performance
4) EC120
扩大中方生产份额至40%以上;从2002年起,年产量提高到150架份;计划在哈飞公司建立总装生产线。
5) S92
建立年产48架份垂尾生产能力,完善工艺质量,争取扩大生产份额。
2.1.2 研制发展一代一一6吨级直升机(见表6）
6吨级直升机已开始研制,装两台涡轴发动机,采用综合化航空电子系统,采用抗坠毁设计,坠毁时机上人员生存概率>>85%;材料方面要求结构复合材料>80%,穗盖面基本为复合材料,将填补我国6吨级直升机空白。
《表6》
表6 6吨级通用型直升机主要性能
Table6 6-ton class civil helicopter specification
2.1.3 预研攻关一代一一10吨级直升机 10吨级直升机轮廓设想是单悬翼带尾桨构型,广泛采用复合材料,装两台涡轶发动机,采用APU启动,直升机/发动机一体化控制,配置先进航空电子系统。
现在开展以发动机、传动系统、旋翼、复合材料为核心的关键技术研究,重点突破1765KW湘轴发动机关键技术。
2.1.4 前沿研究一代一一倾转旋翼机(见表7)
倾转旋翼机兼具直升机垂直起落和固定翼飞机升限高、速度快、航程远的优点,是未来的重要运输工具,已建议作为专题列人“S863“计划,同时探索与国外合作研制。
《表7》
表7 倾转旋翼机直升机涌栓飞机主要性能对比[1,5]
Table7 Tiltrotor aircraft, helicopter and turboprop aircraft performance comparison
《2.2 运输机的未来发展》
2.2 运输机的未来发展
改进生产: 农5、运5、运12、运8。
研制发展: BCRJ系列50座级涡扇支线飞机。
预研攻关: 大型运输机。
2.2.1 改进生产一代
1) 运12飞机改进改型(见表8)
《表8》
表8 运12改进改型机种主要性能
Table8 Y一12 variants/upgrades specifications
第一步一一改为高原型运12E:在运12TW基础上,更换大功率发动机,4叶桨代替3叶茗,换装先进电子设备,更改维修方式,整机寿命从20000h提高到36000h,噪声降低5一9dB,单发升限从3000m提高到4200m,2001年已改型完成,取得中国民航适航证。
第二步一一改为货运型运12G:在运12E基础上,更换动力装置,机身重新设计,侧开可装卸集装箱的舶门,更改机翼、尾翼,可装3个LD3标准集装箱,目前处于方案论证阶段。
第三步一一改为气密型运12F:改为气密舵,更换发动机,提高速度,采用综合航空电子系统,起落架改为可收放式,现处于方案论证阶段。
2) 运8飞机改进改型(见表9)
第一步一一改为运8F400:在运8F200基础上,驾驶体制5人改为3人,重新设计机头和驾驶舱,安装先进的电子设备,2001年首飞,2002年取证。
第二步一一改为运8F600:在运8F400基础上,更换大功率发动机,单发最大当量功率从3126kW提高到4039kW,驾驶体制3人改为2人,4叶茗改为6叶桨,机体寿命从20000h提高到30000h,货舱容积从137m*提高到170m。已立项研制,计划2003年首飞。
第三步一一改为运8F800:在运8F600基础上,加长机身,增大机翼,加强起落架,采用整体油箱,增大航程航时,使最大商载从20t提高到30t,航程由3800km增加到7800km,商载超过C130,目前处于方案论证阶段。
《表9》
表9 运8改进改型机种主要性能比较
Table9 Y一8 variants/upgrades performance comparison
2.2.2 研制发展一代一一BCRJ系列50座级涡扇支线飞机(见表10、图4、图5) BCRJ系列50座级涡扇支线飞机由中国航空工业第二集团和巴西航空工业公司合作发展,有37、44、50座3个机种,在世界30一50序级溏扇支线飞机中机种最全,飞机部件和系统通用性达98%。巡航速度830km/h,飞行高度10000m,航程3000km左右。中国航空工业第二集团和巴西航空工业公司首先合资生产50座级BCRJ系列涓扇支线飞机,预计2003年开始交付,同时准备联合研制60座级BCRJ160涡扇支线飞机。
《表10》
表10 BCRJ系列50座级涡扇支线飞机主要性能
Table10 BCRJ series 50 seats turbofan regional aircraft specifications
《图4》
图4 BCRJ系列50座级涡扇支线飞机示意图
Fig.4 BCRJ series 50 seats turbofan regional aircraft
《图5》
图5 BCRJ系列50座级涡扇支线飞机航程示意图
Fig.5 BCRJ series 50 seats turbofan regional aircraft range
2.2.3 预研攻关一代一一大型运输机(见表11)
大型军用运输机的发展重点是:最大商载45t最大载重航程4000km以上,续航时间不小于9h的上单翼飞机。
大型民用运输机技术起点高,可从大型军用飞机的技术基础上发展,先期主要安排大型运输机关键技术研究。大型特种飞机通过大型运输机改型发展。
大型运输机应走军民结合,军机优先,以军促民,国家投资,自主发展和国际合作相结合的道路。
《表11》
表11 国内重点关注的大型运输机主要性能[1]
Table11 Heavy transport aircraft specifications
《3 直升机关键技术研究》
3 直升机关键技术研究
以突破直升机的发动机、传动、旋翼、抗坠毁、复司材料等关键技术为重点,经过10一15年的努力,使整体技术达到或接近世界先进水平。
《3.1 发动机技术》
3.1 发动机技术(见表12)
改进生产: 涡轶8A。
研制发展: 6吨级直升机所需发动机。
预研攻关: 10吨级直升机所需发动机(功重比9一级的发动机)。
《表12》
表12 我国直升机发动机性能[6]
Table12 China domestic helicopter's engine specifications
《3.2 传动技术》
3.2 传动技术
改进生产: 直8、直9、直11传动系统。
研制发展: 6吨级直升机传动系统,20世纪90年代初水平。
预研攻关: 预研10吨级直升机传动系统,性能优于国外同类型直升机传动系统。主减功重比达到4kW/kg,高速输入级部件设计寿命3000h,干运转能力达到30min。
《3.3 旋翼技术》
3.3 旋翼技术
改进生产: 直8、直9、直11旋翼。直8金属桨改为复合材料,直9复合材料茯修改茯尖。
研制发展: 6吨级直升机旋翼,20世纪90年代初水平。
预研攻关:“九五“预研了25B旋翼原理样机。“十五“完成一赛设计分析软件,用该软件设计的背景机旋翼气动性能要优于国外同类型直升机旋翼,悬停效率提高2%,前飞升阻比提高2%一3%,气动噪声降低2一3dB。
《3.4 抗坠毁技术》
3.4 抗坠毁技术
改进生产: 正在进行直9燃油系统抗坠毁设计,直8、直11没有拍抗坠毁设计,可用新技术改进。
研制发展: 正在按抗坠毁要求研制6吨级直升机,要求抗坠毁概率亿85%。
预研攻关: 正在研究10吨级直升机的抗坠毁技术,要求坠机时机上成员生存概率85%,要求机体结构吸能仪20%,适坠性起落架要求易收全机垂直撞击能量的60%,要求燃油系统等具有适坠性等。
《3.5 先进复合材料技术》
3.5 先进复合材料技术
改进生产: 用先进复合材料技术改进生产现有机型,现在直9复合材料占覆盖面的80%,直11旋翼为复合材料,机头整流罪、发动机整流罩等次承力结构也采用了复合材料,直8主要为金属材料。
研制发展: 6吨级直升机复合材料占全机质量的33.5%,金属夹层结构占全机质量的15.5%,合计为49%,逐步达到60%以上,主承力结构、旋翼系统均为复合材料,并开始采用金属基复合材料。
预研攻关: 围绕10吨级直升机开展复合材料攻关,目标是结构复合材料用量达到80%,减轻质量15%。顽研内容包括:先进原材料的研究,损伤容限准则研究,铺层设计方法,成型工艺,可靠性分析,4一6m长大模块铺层设计制造技术。
《4 结束语》
4 结束语
我国直升机、运输机的发展已经具有了一定的规模和科研生产能力,自身潜在市场巨大,加上我国经济实力的不断增强和改革开放,使今后直升机、运输机的发展拥有良好的前景。
充分利用我国市场、经济、技术发展的大好环境,及时制定我国直升机、运输机未来发展政策和战略,采取有力措施,我国直升机、运输机的发展大有可为。着眼未来,建议如下:
1) 把直升机、运输机纳人国家长远发展规划,并制定扶持国产直升机、运输机的有关政策。
2) 直升机、运输机的发展要坚持自主开发和国际合作相结合、技术和贸易相结合、军用和民用相结合。
3) 直升机的改进生产以直8、直9、直11为主,研制发展以6吨级直升机为主,未来发展以10吨级直升机为主。
4) 运输机的改进生产以运8、运12为主,研制发展以涡扇支线飞机为主,未来发展以大型运输机为主。
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