旋翼飞行器|设计权衡，面向实战需求，揭秘美军下一代重型两栖直升机CH-53K( 二 ) 弁言：下一代两栖运输巨无霸西科斯基已

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图3“种马王”直升机的总体布局方案示意图
关键技术要素
美国海军陆战队在确定下一代重型直升机的具体指标需求的时候，也确切表示要尽快更换其日益老化的CH-53E直升机机队，甚至指出需要在21世纪10年代的早期开始对其更换（现在来看这个目标当然是没有实现的）。从这个点出发来说， CH-53K直升机必须要是一种研制风险较低的飞行器，其所涉及的技术需要在相对的环境中完成演示。
所以在西科斯基的CH-53K项目团队开始进行方案设计工作之前就进行了“技术准备率”的评估工作，并定义了CH-53K的“关键技术要素”（CTE；CriticalTechnologyElements），正如图4 。为了确保CTE所涉及到的技术不存在较大的风险，项目团队在启动方案设计之前就启动了相应的技术成熟度提升和风险降低项目。这些工作内容包括：
-通过风洞测试验证主旋翼桨叶性能的评估；
-全尺寸的原型主旋翼阻尼器风险降低测试；
-主传动套筒轴风险降低测试

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图4“种马王”直升机方案设计中的关键技术要素
“种马王”系统介绍——设计细节的权衡
CH-53K的“心脏”是主旋翼动力系统。为了满足KPPs所提出的载荷和航程指标——比“超级种马”CH-53E高两倍以上的性能——CH-53K的主旋翼“快速更换总成”（QCA；QuickChangeAssembly）重量达到了12000磅，如图5所示。该系统的设计既要确保它能够吸收来自3台6000轴马力级别的发动机的输出功率，同时还要确保鲁棒性、高可靠性和低维护需求。在CH-53E直升机的操作过程中，美国海军陆战队发现有超过60%的作业和维护成本都花费在该机的旋翼、传动和推进系统上。为了能够大幅度降低作业和维护成本，项目团队在这些系统的全新设计中引入了大量的现代化技术。

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图5“种马王”直升机主旋翼“快速更换总成”系统
主传动系统采用的是“扭矩分离式”布局，其最大起飞功率超过了17000马力。 “扭矩分离式”传动系统的好处就是能够确保这部分子系统在充分传递发动机功率的同时，确保其重量和尺寸维持在一个较低的水平。按照项目团队额评估，采用类似于CH-53E的行星齿轮式变速箱的话，这部分传动系统的重量将会多出500到800磅，并且尺寸会更大。变速箱壳体的主材质由镁改为了铝，以提高其耐腐蚀性，和易加工性，并且采用了一种改进的与钛传动梁的联接方式。传动轴附件的紧固件设计成可以从机舱内部触及，从而提升了传动系统的可维护性。

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图6主旋翼传动轴示意图
项目团队对该机的主旋翼系统（如图7所示）载荷的评估认为其量级将会达到CH-53E直升机的1.5倍左右，那么全新的旋翼系统首先要能够承受这些强载荷，同时也要保证其可靠性和可维护性。由此， CH-53K的旋翼系统采用了弹性焦轴承和钛制桨毂、桨根套筒和全新的旋转式粘弹减摆器。在旋翼桨叶折叠系统中，项目团队在液压系统和电控系统中进行了权衡之后还是选择了液压系统，这主要是考虑到舰载作业高海况的条件下，桨叶折叠时候可能会面临极高载荷的问题，这种情况下液压系统的可靠性更好一些。

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图7“种马王”直升机主旋翼桨毂示意图
在提出将CH-53K的负载和航程性能指标提升一倍以上的同时，美国海军陆战队还要求CH-53K必须要保持H-53系列直升机出色的舰载兼容性，这就意味着新的重型直升机不能够增加旋翼的尺寸。为同时满足这两个要求，最关键的还是要大幅度提高旋翼桨叶的气动性能。